微机原理第七章中断-dsh

高不睬低，停低转高 中断嵌套 5、中断屏蔽
中断源 硬件屏蔽 CPU的IF
CPU
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二、中断分类
1、内部中断（软件中断）
⑴中断指令 INT n
n—中断类型码 n=0～255
⑵由CPU的运算错误引起的：
a.除法错中断： INT 0 （除数为零或商超过范围，自动产生中断）
b.溢出中断： INT 4 （当OF=1，且在程序中有INTO指令，产生中断）
b.中断请求
显然，中断请求的方法较合理
中断定义：当有外部数据输入或内部异常时，发送请求给 CPU，CPU暂时停止正在运行的程序，处理中断结束后， 返回继续运行先前的程序。
两个最重要的特点:可返回性，现场保护
ppt课件断点保护
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一、中断概念
1、中断源：引起程序中断的事件，内部中断、外部中断
2、中断响应：对外部中断而言，INTA对INTR的响应
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00103H 13H 5
★各个外设的中断服务子程序的入口地址集中在一个表
（中断向量表）中，CPU响应中断时，根据中断源提供 的中断类型号 i， →i×4→在中断向量表查找对应的中断 服务子程序 i 的入口地址，内容装入CS、IP，转而执行 中断服务子程序 i
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4、中断优先级： ①当同时有多个中断请求，先响应优先级高的 ②当一个中断服务程序正在执行时，又一个中断源申请中断：
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2、外部中断（硬件中断） ⑴不可屏蔽中断NMI
a. 上升沿触发 b. CPU必须予以响应，不能用IF屏蔽 c. INT 2，中断类型码为2，
中断向量固定存放于00008H～ 0000BH中 d. 用于发生重大故障时申请中断

2. 陷井（Traps）是在引起异常的指令执行之后才被报告
的一种异常，且服务程序完成后，返回到原程序引起异 常指令的下一条指令处继续向下执行。
★陷井与中断处理方法一样，但与失效不同
3. 夭折（Abort）是一种不能确定引起异常指令确切位置
的异常（有时称为中止或失败）。
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2020年4月12日星期日
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辑
控制器
IRQ0 IRQ1 IRQ2
： IRQ15
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外部中断
1. 不可屏蔽中断(NMI):
含义：不能用软件来控制是否允许中断的一种外部中断。 常见NMI中断有： （1）电源掉电 （2）存储器检验出错 （3）总线奇偶错等。
2. 可屏蔽中断(INTR):
含义：可用软件控制是否允许中断的外部中断。即STI使IF=1，允许 中断；CLI使IF=0，禁止中断。
第7章 微型计算机的中断系统
【本章提要】
首先介绍中断与异常的基本概念，然后讨论实地址和保护地址方 式下的中断，进而详细介绍8259中断控制器及其编程应用，最后介绍 中断调用及中断程序设计的一般方法。
【学习目标】
熟悉中断与异常的概念 熟练掌握实地址方式和保护方式下的中断服务程序入口地址的求法 理解可屏蔽中断的中断响应过程 掌握可编程控制器8259A工作原理 理解8259A的工作方式，并熟练掌握8259A的编程方法及应用 了解常用中断调用方法，掌握中断程序设计方法
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中断服务（处理）
1．保护现场
保护现场实质：将重要信息压入堆栈。
2．开中断
目的：开放所有可屏蔽中断，以允许高级中断嵌套。

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中断向量表


中断类型号：8086/8088系统有256种类型的中断，对应类 型号0～FFH（P501）。 0——除法出错 1——单步中断 2——不可屏蔽中断 3——断点中断 4——溢出中断 5——打印屏幕 8～0FH——8259A中断 10H～1FH——BIOS中断 20H～3FH——DOS中断调用 中断向量表：8086、8088中断系统按中断类型号由小到大 的顺序把与它们对应的中断处理程序的入口地址放在一张 表中，并将它安置在内存中00000H～003FFH的1K空间内， 这张表就称为中断向量表（也称中断矢量表） 每个中断向量占4个字节，高2个字节放中断入口地址 的段地址（CS），低2字节放偏移地址（IP） 中断向量地址＝中断类型号×4
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中断嵌套
原主程序 1#中断 服务程序 2#中断 服务程序 3#中断 服务程序
响应
响应
响应
1#中断请求
2#中断请求 3#中断请求 返回 返回 返回

中断优先级 3#>2#>1#
中断嵌套可以有多级，具体级数原则上不限， 只取决于堆栈深度。
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考试题型
一、1填空 （10分） 二、2改错：（20分） 三、分析读程 30分 四、编程设计 40分 1、 设计程序 2、 存储器与cpu接连 3、 8255端口地址，命令字、编程
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中断请求的查询
是否有内 部中断 是否有不可 屏蔽中断 是否有可 屏蔽中断 是否允许外部中断
是否有单步 执行中断
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PSW入栈
保护现场
恢复现场
TF
检查是否有不 可屏蔽中断
保护程序 断点地址
允许CPU继续 响应其他中断
检查是否有单 步执行中断

类型码后的处理过程是一样的。图7-3给出中断响应
过程。
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7-2 中断处理过程
微机接口
二、中断向量表
寻找中断源可以有查询中断和矢量中断两种方 法。
• 查询中断：中断响应后启动中断查询程序，依次查 询设备中断触发器，转向此设备预先设置的中断服 务程序入口地址。
• 矢量中断：将每个设备的中断服务程序的入口地址 依次放在中断向量表中，当CPU响应中断，控制逻 辑根据外设提供的中断类型号查找中断向量表，然 后将中断的服务程序的入口地址送到段寄存器和指 令指针寄存器，CPU转入中断服务子程序。
（27个）
。
CS
0007CH
。
类型31
IP
CS
00080H
类型32
IP
CS
用户使用
。
IP
(224个)
。
CS
003FCH
。
类型255
IP
003FFH
CS
7-2 中断处理过程
2、中断入口地址的设置
用DOS功能来设置
设置中断向量
预置：AL=中断类型号 DS：DX=中断服务程序入口地址 AH=25H
执行：INT 21H
1、INT n
2、运算错误
除法错 溢出
3、debug
单步中断 断点中断
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7-2 中断处理过程
微机接口
可屏蔽中断处理过程：中断请求；中断响应；保 护现场；转入执行中断服务子程序；恢复现场 和中断返回。其流程图7-2所示
一、CPU响应中断过程
CPU响应中断的三个条件：
• 外设提出中断申请
的段地址为A000H,偏移量为2050H.

在实际的应用当中，一般有多个中断源。如果同一时间有多
个中断源向CPU提出中断请求，CPU该如何处理，这就涉及到多级 中断的管理问题，其关键是中断优先级的控制问题。中断优先级
是指每个中断源在接受CPU服务时的优先等级。 当CPU正在处理某级中断时，如果有优先级别更高的中断进 入，且IF=1，那么CPU可以响应该更高级别的中断，形成中断嵌 套，又称为多重中断。 7.3.1 中断优先级 IBM PC机中规定优先级从高到低的次序为： 内部中断(除法错，INTO，INT n) 不可屏蔽中断(NMI) 可屏蔽中断(INTR) 单步中断
第七章 微型计算机中断系统
7.1 概述
7 可编程中断控制器8259A 习题7
7.1
概 述
7.1.1 中断概念 当CPU正常运行程序时，由于微处理器内部事件或外设请 求，引起CPU中止正在运行的程序，转去执行请求中断的外设 (或内部事件)的中断服务子程序，中断服务程序执行完毕， 再返回被中止的程序，这一过程称为中断。 1.中断源 2.中断响应 3.中断向量表 4.中断优先级 5.中断嵌套 6.中断屏蔽 7.中断系统：能实现中断过程的软硬件系统叫中断系统。
(1)边沿触发方式 (2)电平触发方式 (3)中断查询方式：当CPU内部关中断时，CPU不是靠从INTR 引脚接收中断请求信号来进入中断服务处理，而是利用软件查 询来获得外设的中断请求信息，实现对外设的中断服务。 先对8259A发送查询命令；然后读取查询字。 该方法一般用在多于64级中断的8259A级联系统中。 7.4.4 8259A的编程方法 在使用8259A时，除按各引脚规定的信号接好电路外，还必 须用程序选定其工作状态。例如各中断请求信号的优先权分配、 中断屏蔽、中断类型码等。每一种状态都由一个命令字或命令 字中的某些位来规定。 8259A的命令字分为初始化命令字ICW和 操作命令字OCW两种。因此8259A的编程分为初始化编程和操作 编程两步。先进行初始化编程，后进行操作编程。初始化

①硬件判优方法
硬件判优方法有两类：中断优先权电路和采用中断控制 器。 1）中断优先权电路—菊花链式优先权电路 中断优先权电路有菊花链式优先权电路，优先权编码电 路等。下面主要介绍菊花链式优先权电路。 菊花链式优先权电路是获得中断优先权排队的一个简单 的硬件方法，能处理多中断源同时申请中断，也可以实现中 断嵌套。其原理是在每个中断设备的接口电路中增加一个称 为菊花链的逻辑电路，用于控制中断响应信号的传递，排在 前面（靠近CPU）的设备优先权最高，其余依次降低。 菊花链式优先权排队电路原理框图如图7-1所示,菊花链逻 辑电路如图7-2所示。
2．中断系统的作用及功能 中断系统是指为实现中断而设臵的硬件和软件集 合，包括中断控制逻辑、中断管理及相应的中断指 令。 中断系统在微机中可以有以下作用： 实现并行处理； 实现实时处理； 实现故障处理。
微机的中断系统应具有以下功能： 中断响应 断点保护和中断处理 中断优先权排队 中断嵌套
严格地说，上面的描述是针对硬件事件引起的中断而言
的。软件方法也可以引起中断，即事先在程序中安排特殊的 指令，CPU执行到该类指令时，转去执行相应的一段预先安 排好的程序，然后再返回去执行原来的程序，这可称为软中 断。
把软中断考虑进去，可给中断再下一个定义：中断是一
个过程，是CPU在执行当前程序的过程中因硬件或软件的原 因插入了另一段程序运行的过程。因硬件原因引起的中断过 程的出现是不可预测的，即随机的，而软中断是事先安排的。
这种中断套中断的过程称为中断嵌套，也称为多 重中断。
多重中断流程的编排与单级中断的区别：

加入屏蔽本级和较低级中断请求的环节。
在进行中断服务之前，要开中断。
中断服务程序结束之后，为了使恢复现场过程不致 受到任何中断请求的干扰，必须安排并执行关中断指 令，将中断关闭，才能恢复现场。 恢复现场后，应该安排并执行开中断指令，重新开 中断，以便允许任何其他等待着的中断请求有可能被 CPU 响应。

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向量中断法
• 多个外设经中断控制器向CPU提出中断请求，CPU 响应中断发出INTA信号，中断控制器将相应的中 断向量号（中断类型号）放在数据总线上，CPU读 取后，即可确定中断源，查中断向量表进行相应处 Ï Î ç ¾ Õ ¶ Î À 理。 Data Bus
CPU
INTR INTA
Ï Î Õ ¶ Ö Å ¾ Õ Å é
◎ 中断判优
多个中断请求同时到来时，将中断源进行优先级排队，优先 级高的先被响应。1、软件判优2、硬件判优
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中断的处理全过程
中断响应就是在满足中断响应条件时，CPU“中断”现正在进行 的处理任务，转向中断请求相对应的处理程序的过程。 中断响应过程中系统会自动完成下列动作： * 关中断，在进入到中断服务程序的过程中，不会被高级别的中 断源打断，如果允许嵌套，则在中断服务程序中，用指令开中断。 * 标志寄存器压入堆栈 * 保护断点，将被打断程序的断点处的段地址和偏移地址入栈 * 保护现场 * 转到中断请求所对应的处理程序 （控制权转移：方法有固定入口地址；矢量中断）
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中断的处理全过程
◎ 中断返回 中断返回就是CPU控制权由中服程序转移到被中 断程序的过程。用IRET指令。CPU在执行IRET指令 时，会自动将标志寄存器的值和断点地址的值从堆栈 弹出到相应的寄存器。 中断响应时会自动关中断，如果此时允许中断嵌 套，则在中断服务程序开始处用指令开中断。如果不 允许嵌套，开中断指令通常放在中断返回指令IRET 的前面。表明只有该中断服务程序执行完毕后，CPU 才可以响应其他中断。
查询中断法
• CPU响应中断后，转入执行一特定地址的中断服务 程序，该中断服务程序查询状态口，确定发出中断 请求的外设，然后进行相应的处理。

中断源产生中断的随机性，使中断服务程序 的执行也具有随机性，即何时执行中断服务程 序不是在程序中安排好的。
7.2 中断处理过程及中断源识别
中断处理过程
四个步骤：
中断请求 中断响应 中断服务 中断返回
以下以外部中断为主介绍这四个步骤。
1）中断请求
外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到 CPU的INTR或NMI引脚；
中断请求及响应 中断处理 中断返回
中断的用途
CPU的中断功能的实现带来了以下好处： 1、同步处理 2、实现了实时处理 3、多道程序或多重任务的运行 4、突发事件处理
中断的定义
CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件 (外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程 序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服 务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事 件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一 过程称为中断。
中断请求信号：边沿请求，电平请求 例如，NMI为边沿请求，INTR为电平请求
中断请求信号应保持到中断被处理为止； CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。 在8086/8088系统中，外设的中断要经过8259A
可编程中断控制器(PIC)的排队判优后向CPU发出： (I/O接口)n1 → PIC → CPU
中断矢量法。由中断源提供中断类型号，CPU根 据类型确定中断源。（8086/8088即采用此种方 法）
1．查询中断（软件识别中断优先权）
INTR
≥1 ...
AB
A15~A0
译码
器 IOR
D7~D0
DB
G 缓冲
器
中断源1 ...
中断源8
软件查询法判优流程
读中断请求寄存器

7.1.2 中断源
1.中断源:
系统外部中断源： I/O设备：如键盘、打印机等； 数据通道：如软盘、硬盘等； 实时时钟：如外部的定时电路； 用户故障源：电源掉电等。 内部中断源： 执行中断指令； 除法错； 单步执行、断点中断、溢出中断等。
2.中断源识别目的:
形成该中断服务程序的入口地址？中断向量或中断查询
•有请求输入时，将IRR相应位置位； •经IMR屏蔽电路处理后（IRR与IMR相与），送PR； •PR检测出最高的中断请求位，并经嵌套处理考虑是否发送INT； •若可发INT信号，则控制逻辑将INT信号送给CPU的INTR引脚 •若CPU处在开中断，则在当前指令完成后，发两个INTA信号； •8259A接到第一个INTA信号后，使ISR位置位，IRR相应位复位； •CPU启动另一个响应周期，输出第二个INTA脉冲，8259A 向数据总线送出中断类型码；同时，CPU取出此向量乘以4， 得到中断服务程序的入口地址； •中断响应周期完成，CPU执行中断服务程序，8259A工作
中断服务子程序
中断子程序名 PROC 属性 保护现场 STI …… 恢复现场 CLI IRET 中断子程序名 ENDP
7.4 用户中断服务子程序的装载
例:类型号为20H的中断服务程序入口符号地址为 INT-5,中断向量的装入方法。
中断服务程序框架： INT-5 PROC NEAR ……. IRET INT-5 ENDP
优先权 编码组
……
中断输入
优先权 寄存器
数据总线
1、若CPU未进行中断处理，优先权失效信号为高，否则为低； 2、若CPU在进行中断处理，则将其优先权编码送至优先权寄存器得 B； 3、若有新的中断请求来，则产生优先权编码送至优先权编码组得A； 4、判断A>B是否成立，若成立输出高电平，打开与门 1，送出请求。

保护现场
中断服务处理
恢复现场
图7.8 8086CPU 响应 INTR 的过程
开中断STI (置FR中IF=1) 中断返回IRET
微 型 计 算 机 系 统 原 理 及 应 用 第 七 章
讨论：
（1）为什么要在中断服务程序中执行
STI 指令？
（2）STI 指令在中断服务程序中的不同
位置时，对CPU 处理中断有何影响？
IRi 得到响应。
4. 中断服务寄存器 ISR
8位寄存器，用于存放当前正在处理的
中断级，并使对应位置“1”。中断嵌套时，
可能多个位置“1”。
微 型 计 算 机 系 统 原 理 及 应 用 第 七 章
5. 中断屏蔽寄存器 IMR
8位寄存器，可对IRR起屏蔽作用，由 软件设置屏蔽位。某位置 “1”，对应 IRi 禁止产生中断。
（1）用STOS 指令填空中断向量表 假设类型号60H 的中断向量为 SEG_INTR: OFFSET_INTR。
CLI CLD MOV MOV MOV MOV STOSW
MOV STOSW STI
AX, 0 ES, AX DI, 460H ; DI 指向表中对应位置 AX, OFFSET_INTR ; 取偏移地址 ; AL[DI], AH[DI+1], DI+2DI AX, SEG_INTR ; 取段基址
服务程序入口地址)
在表中的地址 = 中断 类型号 × 4
图7.9 中断向量表
微 型 计 算 机 系 统 原 理 及 应 用 第 七 章
2. 中断向量的装入
BIOS 负责0～1FH 共32个中断向量
的装入。用户若想装入自己的中断向量 到向量表中的，可用以下方法：

INTA ：中断响应信号，输入。由此接收CPU发来的中 断响应脉冲。
第七章微型计算机中断系 统
二、内部结构
第七章微型计算机中断系 统
1、数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是8位双向三态缓冲器，是8259A 与系统总线接口，通常连接低8位数据总线D7-D0。
2、读写控制电路 读写控制电路接收CPU送来的读/写命令、片选信 号及端口选择信号。读写操作由这4个信号控制来 实现，使8259A接收CPU送来的初始化命令字和 操作命令字，具体如下表所示。
第七章微型计算机中断系 统
三、8259A的中断管理方式
1、8259A的编程结构 中断管理方式是通过8259A初始化时写入初始化
命令字和操作命令字来设置的。初始化命令字写入 ICW1-ICW4，它是由初始化程序设置的，初始化 命令字一经设定，在系统工作过程中就不再改变。 操作命令字写入寄存器OCW1-OCW3，它是由应用 程序设定的，用它对中断处理过程进行控制，在系 统运行过程中，操作命令字可重新设置。
第七章微型计算机中断系 统
A0：地址线，输入，在使用中8259A占用相邻两个端 口地址，A0与 CS 配合，A0=1选中奇地址端口，A0=0选 中偶地址端口。在80X86的PC系列机中，主片8259A的 端口地址为20H和21H。
SP/ EN :从片/允许缓冲器信号。双功能引脚：
作为输入时，8259A作为主片（ SP/ EN ＝1） 8259A作为主片（ SP/ EN ＝0）
行原来的程序。
第七章微型计算机中断系 统
二、中断向量表
寻找中断源可以用查询中断及矢量中断两种方 法。
查询中断是采用软件查询方法，中断响应后启 动中断查询程序，依次查询哪个设备的中断请求触 发器为1，检测到后，转向此设备预先设置的中断 服务子程序。