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第7章 中断方式

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7-1 第七章 中断技术

基本内容: 中断常用的概念如：中断、断点、断点保护、中断返回、中断服务程序、保护现场；中断的用途；中断源及分类；中断的一般过程；中断源识别；中断优先权的确定。

基本要求：理解中断的概念、分类；掌握中断的处理过程，会编写中断服务程序；掌握中断的优先权排队方法；了解中断嵌套的概念。

重点内容: 中断的一般过程；中断源识别；现场保护；中断向量表与中断类型号关系。

难点内容: 中断优先权的确定、现场保护。

第一节 中断的基础知识

一、 中断的概念

1. 什么是中断

所谓中断，是指处理器在执行正常程序过程中，当出现某些异常情况或某个外部设备请求时，处理器暂时中止正在执行的程序，转而去执行其特定的服务程序，并在执行完服务程序后返回原来被中止的程序处继续执行的过程。

中断最初用于解决高速CPU与低速外设之间的速度矛盾。目前己经广泛地应用在分时操作、实时处理、人机交互、多机系统等方面。

2. 什么是断点

所谓断点，就是指响应中断时，主程序中当前指令下面的一条指令地址，包括代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP的值。只有保存了断点，才能在中断处理子程序完成以后，正确返回到主程序继续执行。

3. 中断返回 （举例说明）

使CPU返回到中断前的程序，并从断点处继续执行。

4. 中断服务程序

一般地，每一个中断源都有其相应的服务程序，即中断程序。当CPU识别中断源后，就会取得其中断程序的入口地址，并转入该中断程序，进行相应的中断服务。中断服务是整个中断处理的核心。

5. 中断现场和中断保护

状态寄存器状态（硬件保存）、内部寄存器内容（程序保存） 原程序CPU响应中断中断返回中断请求中断处理程序 7-2 当CPU响应某个中断时，就会转到相应中断源的服务程序上。为了使CPU在完成中断服务后能返回原程序继续执行，需要将原程序被中断处的相关信息保存到堆栈中。

对8086/8088 CPU，断点处的IP、CS和标志寄存器内容由硬件进行自动保护，其他信息的保护则由中断服务程序来完成。

二、 中断源及分类

引起中断的外部设备或内部原因，

称为中断源。

种类：

（1）一般的输入/输出设备；

（2）实时时钟；

（3）故障源；

（4）软件中断。

不可屏蔽中断：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）总线奇偶错有 无 当前指令执行完毕

有中断请求否?

关中断

保护现场和断点

开中断

中断服务

关中断

恢复现场

开中断 取下一条指令

返回

图1 微机系统的中断处理过程 7-3 等。

可屏蔽中断：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。

常见INTR中断有：所有外部设备中断如键盘、鼠标、打印机、显示器、声卡、CD-ROM等。

软件中断的特点：

① 用一条指令进入中断处理子程序，并且，中断类型码由指令提供。

② 不执行中断响应总线周期，也不从数据总线读取中断类型码。

③ 不受中断允许标志IF的影响

④ 执行过程中可响应外部硬件中断

⑤ 软件中断没有随机性

三、 中断的一般过程

有些书上把中断处理细分为七个过程：1) 中断请求； 2) 中断响应； 3) 断点保护；

4) 中断源识别；5) 中断服务；6) 断点恢复；7) 中断返回。

此处简化为5个过程：中断请求、中断判优、中断响应、中断服务、中断返回。

1、中断请求

含义：中断源发出中断请求信号。

中断源→CPU,由外设、指令执行引起(包括中断指令或执行结果引起)

对外部中断源，这个信号加至CPU的中断请求输入引脚，形成对CPU的中断请求；

对内部中断源，则通过CPU内部特定事件的发生或特定指令的执行作为对CPU的中断请求。

• 外部中断源主要有：

(1) I/O设备，如键盘、显示器、打印机等。

(2) 数据通道，如软、硬磁盘，磁带等。

(3) 实时钟，如外部所需的定时电路等。

(4) 故障源，如掉电、存储器奇偶校错等。

• 内部中断源主要包括：

(1) CPU指令产生异常,如被0除、溢出、单步等。

(2) 程序执行INT软件中断指令，如INT 19H等。

2、中断判优

由于中断是随机的，可能同时出现多个中断源同时请求中断，这时必须对申请中断的中断源进行优先级判别，这一阶段称为中断判优。

IBM-PC规定的中断优先级的次序是：

内部异常中断（除单步外）> INT n > NMI > INTR > 单步中断

3、中断响应

中断响应过程：把从接到中断请求到中断处理之前，即从请求有效到转中断服务程序入口地址这一段时间。 7-4 对不可屏蔽中断NMI响应，CPU执行完当前工作指令后,做好保护工作后进入。

对可屏蔽中断响应，

对INTR响应,要满足三个条件:

(1) 无总线请求；

(2) CPU允许中断(IF=1)；

(3) CPU执行完当前指令。

可屏蔽中断的响应过程：

(1) 处理器接到中断申请，处理完当前指令即进入响应周期。

(2) 第二阶段即中断响应周期，在其间CPU向外部中断控制器发送两个响应脉冲信号INTA。

第一个响应脉冲通知中断控制器，已经响应外部中断请求，让中断控制器提供中断类型号。第二个响应脉冲，CPU取走中断类型号。

前两个可理解为读取中断类型码

(3) 将标志寄存器中的内容压入堆栈保护，然后清IF和TF标志，以禁止INTR引脚以及陷阱和单步中断。

(4) 将断点地址压入堆栈（CS:IP或CS:EIP）。

断点地址：指中断时CPU待执行的下一条指令对应的逻辑地址。

顺序：先压入断点地址的CS，后压入偏移地址EIP（或IP）。

(5)通过中断类型号n与中断服务程序入口地址的关系找出该类型对应的段基地址和偏移地址，从而转入中断服务程序入口地址。完成中断响应任务。

对以上各中断响应时先完成三任务：

①标志寄存器PSW入栈

②关闭中断,令IF和TF=0

③CS、IP入栈(断点保护)

④取得中断入口地址,进入中断程序

(SP)←(SP)-2

((SP)+1,(SP))←(PSW)

(SP)←(SP)-2

((SP)+1,(SP))←(CS)

(SP)←(SP)-2

((SP)+1,(SP))←(IP)

(IP)←(TYPE*4)

(CS)←(TYPE*4+2)

3、中断服务

一般地，每一个中断源都有其相应的服务程序，即中断程序。当CPU识别中断源后，就会取得其中断程序的入口地址，并转入该中断程序，进行相应的中断服务。中断服务是整个中断处理的核心。

(1) 保护现场。

保护现场实质：将重要信息压入堆栈。

PSW、CS、IP已在进入前完成保护；对于其他寄存器等的保护,与子程序一样可适当入栈保护。 7-5 (2) 开中断STI

进入中断服务前,已令IF=0,此时不会响应其它中断,若需要重新令IF=1

目的：开放所有可屏蔽中断，以允许高级中断嵌套。

(3) 执行中断服务功能

中断服务程序主体——中断的目的。

(4) 关中断

目的：关中断以确保可靠有效地恢复现场。

(5) 恢复现场

恢复现实质：将原来压入堆栈中的内容弹出来。

POP 寄存器

4、中断返回

使CPU返回到中断前的程序，并从断点处继续执行。

中断服务程序的最后一条指令都无一例外地使用中断返回指令（如IRET或IRETD)。

中断返回的目的：使原来在中断响应过程中的断点地址和标志寄存器中的内容，依次从堆栈中弹出，以便继续执行原来的程序。

恢复断点地址及PSW

(IP)←((SP)+1,(SP))

(SP)←(SP)+2

(CS)←((SP)+1,(SP))

(SP)←(SP)+2

(PSW)←((SP)+1,(SP))

(SP)←(SP)+2

四、中断向量表与中断向量

8086采用矢量型的中断结构，共有256个中断矢量号，又称中断类型号，编号从0～255。

中断向量——每一个中断服务程序有一个确定的入口地址,该地址称为中断向量。

中断矢量表是中断矢量号与它相应的中断服务程序的转换表。8086以中断矢量为索引号，从中断矢量表中取得中断服务程序的入口地址。

存放256个中断向量的内存区域。即存放中断服务程序入口地址的内存区域称为中断向量表。

中断向量表大小：1KB

中断向量表地址范围：00000H～003FFH。 7-6

CPU响应中断时，只要知道类型号即可响应对应中断。

例：产生NMI中断，则类型号为2，2*4=8 即从0008H开始取出中断服务程序的地址进行执行。

8086/8088 CPU把存储器的0000～03FFH共1024个单元作为中断矢量的存储区,每个中断矢量占用4个存储单元。4个单元中的前两个单元存放中断服务程序所在段的段内偏移量,偏移量为16位地址，低8位地址存放在存储器的低地址单元；高8位地址存放在存储器的高地址单元；后两个单元存放中断服务程序所在段的16位段地址。如下：

中断矢量表分为三部分：

（1）专用中断：类型0～类型4，共有5种类型。专用中断的中断服务程序的入口地址由系统负责装入，用户不能随意修改。

（2）备用中断：类型5～类型3FH，这是Intel公司为软、硬件开发保留的中断类型，一般不允许用户改作其他用途。

（3）用户中断：类型40H～类型FFH，为用户可用中断，其中断服务程序的入口地址由用户程序负责装入。

例，已知SP=1800H，FLAG寄存器的内容PSW=0241H，中断服务处理程序的入口地址表如下所示；当前地址CS=1000H, IP=0280H处有一条双字节指令 INT 7H，当CPU执行该指令后，填写以下寄存器的内容和栈顶相关单元的偏移地址和内容。

中断服务程序入口地址表

执行INT 7H指令后：

CS = 4030 H IP= 2010H

PSW= 0041 H

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计算机组成原理考试重点

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计算机组成原理

第一章计算机系统概论

1. 概念：存储单元，存储字长,存储容量P17，机器字长P17,指令字长 （P19—1.7)

2. 什么是指令？

3. P8， 冯诺依曼计算机特点，计算机结构框图，图1。7.（P19—1。5)

第二章 计算机发展及应用

1。 什么是摩尔定律?

第3章 系统总线

1．总线的概念 P41

2． 总线的分类， 系统总线分类?通信总线分类？

3． 了解总线结构,尤其是双总线和三总线 （P53）

4． 总线控制（重点）P57

（1）总线判优控制： 集中式,分布式， 特点是什么呢？

集中式控制：

 链式查询,计数器定时查询， 独立请求方式；

 分别采用怎样的控制方式?

（2)总线通信控制(P59）

 什么是总线周期？ 可以分为哪些阶段？

 申请分配阶段，寻址阶段,传数阶段，结束阶段各自有哪些功能？

 总线通信控制的主要功能:解决通信双方如何获知传输开始和传输结束,以及通信双方如何协调，如何配合的问题。

 四种通信方式：同步通信，异步通信,半同步通信和分离式通信。

 同步通信特点？

 异步通信特点？ 根据应答方式的不同进行分类：不互锁方式，半互锁方式，全互锁方式.

 例题:3。2, 例题3.3 5课后题3.2, 3.4 3。5 3。6 3。7 3。13 3.14 3.16

第4章 存储器

1了解主存的基本组成P72

2。 了解主存存储单元地址分配, 存储字长:一个存储单元存放一串二进制代码的位数。P73

3。 概念:存储容量,存储速度，存取时间，存取周期, 存储器带宽。

4. 动态RAM的三种刷新方式：P86

 集中刷新

 分散刷新

 异步刷新

5存储器容量的扩展方式：位扩展，字扩展,位字扩展 P91

6存储器与CPU连接（设计题）P93 例题4。1

7存储器校验：汉明码校验方法P100 例题4。4 例题4.5

微型计算机技术及应用第四版_课后题答案

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第一章 微型计算机概述

1. 微处理器、微型计算机和微型计算机系统三者之间有什么不同？

答：① 微处理器是微型计算机的核心，是微型计算机的一部分。它是集成在一块芯片上的CPU，由运算器和控制器组成。

② 微型计算机包括微处理器、存储器、I/O接口和系统总线，是微型计算机系统的主体。

③ 微型计算机系统包括微型计算机、外设及系统软件三部分。

第二章 8086微处理器

1. 总线接口部件有哪些功能？请逐一进行说明。

答：1.总线接口部件的功能是负责与存储器、I/O端口传送数据。

2.具体讲：① 总线接口部件要从内存取指令送到指令队列；

② CPU执行指令时，总线接口部件要配合执行部件从指定的内存单元或者外设端口中取数据，将数据传送给执行部件，或者把执行部件的操作结果传送到指定的内存单元或外设端口中。

1. 总线周期的含义是什么？8086/8088的基本总线周期由几个时钟组成？如一个CPU的时钟频率为24MHz，那么，它的一个时钟周期为多少？一个基本总线周期为多少？如主频为15MHz呢？

答：1.总线周期的含义是总线接口部件完成一个取指令或传送数据的完整操作所需的最少时钟周期数。

2.8086/8088的基本总线周期由4个时钟周期组成。

3.当主频为24MHz时，Tφ=1/24MHz≈41.7ns，T总=4Tφ≈167ns。

4.当主频为15MHz时，Tφ=1/15MHz≈66.7ns，T总=4Tφ≈267ns。

1. CPU启动时，有哪些特征？如何寻找8086/8088系统的启动程序？

答：1.CPU启动时，有以下特征：

① 内部寄存器等置为初值；

② 禁止中断(可屏蔽中断)；

③ 从FFFF0H开始执行程序；

④ 三态总线处于高阻状态。

2.8086/8088系统的启动程序从FFFF0H单元开始的无条件转移指令转入执行。

1. 在中断响应过程中，8086往8259A发的两个信号分别起什么作用？

答：第一个负脉冲通知外部设备的接口，它发出的中断请求已经得到允许；外设接口收到第二个负脉冲后，往数据总线上放中断类型码，从而CPU得到了有关此中断请求的详尽信息。

计算机组成原理(第七章 输入输出系统

计算机组成原理(第七章 输入输出系统

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第七章 输入输出系统

第一节 基本的输入输出方式

一、外围设备的寻址

1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。

2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。

3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：

（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。

（2）外围设备向CPU提供状态信息。

（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。

历年真题

1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。（2002年）

【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。

【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

二、外围设备的定时

1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。

2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。

历年真题

1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。（2001年）

【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。

第7章 串行通信接口(SCI)

第7章 串行通信接口(SCI)

第7章 串行通信接口(SCI)

1 第7章 串行通信接口(SCI)

目前几乎所有的台式电脑都带有9芯的异步串行通信口，简称串行口或COM口。有的台式电脑带有两个串行口，分别称为COM1、COM2口。大部分的笔记本电脑也带有串行口。随着USB接口的普及，串行口的地位逐渐变低了。但是，作为设备间的一种简便的通信方式，在相当长的时间内，串行口还不会消失。因为简单且常用的串行通信只需要三根线(发送线、接收线和地线)，所以，串行通信可以作为MCU与外界通信的简便方式之一。大部分嵌入式MCU都具有串行通信接口(Serial Communication

Interface，SCI) ，掌握SCI的编程是学习MCU的重要内容之一。

本章从掌握规范的SCI基本编程角度讨论串行通信编程，把与芯片型号相关内容和与芯片型号无关内容区别开来，便于读者融会贯通与实际应用。

本章7.1、7.2节是与芯片无关的有关串行通信的通用基础知识，只有理解这些基础知识，才能进行串行通信的应用。7.3、7.4节阐述GP32芯片的SCI模块的编程方法，在此基础上，重点掌握7.5节给出的编程实例。注意，在汇编程序中，只有初始化子程序与GP32相关，收发程序在整个08系列中是通用的，在C程序中，只有初始化子程序与GP32相关，收发程序对任何芯片是通用的。当然，要注意头文件SCI.h相关位的定义。关于串口程序的测试，最好利用教学资料中提供的PC机方的高级语言源程序进行。根据自己对高级语言的熟悉程度选用VB、C#、VC或其他高级语言。实际上，掌握一门PC机方的高级语言编程对嵌入式系统开发是必要的。

7.1 异步串行通信的基础知识

本节简要概括了串行通信中的通常使用的相关基本概念，为学习MCU的串行接口编程做准备。对于已经了解这方面知识的读者，可以略读本节。

7.1.1 基本概念

“位”(bit) 是单个二进制数字的简称，是可以拥有两种状态的最小二进制值，分别用“0”和“1”表示。在计算机中，通常一个信息单位用8位二进制表示，称为一个“字节”(byte) 。串行通信的特点是：数据以字节为单位，按位的顺序从一条传输线上发送出去。这里至少涉及到以下几个问题：第一，每个字节之间是如何区分的；第二，发送一位的持续时间是多少；第三，怎样知道传输是正确的；第四，可以传输多远等等。这些问题属于串行通信的基本概念。串行通信分为异步通信与同步通信两种方式，本节主要给出异步串行通信的一些常用概念。正确理解这些概念，对串行通信编程是有益的。