微計算機原理及應用

而疑九零微計算機原理及應用

SOUTHWESTUKIWUmrFORNATICMIAIJES

微型計算機原理及應用

西南民族大學電信學院

授課教師：杜誠

聯(lián)系方式/p>

Email：dcheng_76@

2012年10月24日西南民族大學電氣信息工程學院

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第7章微計算機的中斷系統(tǒng)

7.1中斷控制方式的優(yōu)點

中斷是為處理一些緊急發(fā)生的情況，使程序中

斷當前任務，將CPU的控制轉向該緊急事件進行處

理，并在處理完后返回原程序的一種過程。

因此，中斷一方面是為了解決CPU與外設間速度方

面存在差異而引入的控制方式之一。

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若用查詢方式.則CPU將浪費很多時間去等待外改，

而不能執(zhí)行其他的程序。

在各種微計算機系統(tǒng)中，常利用CPU的中斷機構來處

理與外部設備間的數(shù)據(jù)傳送，以最少的響應時間和內

部操作來處理所有外設的服務請求，使整個計算機系

統(tǒng)的性能達到最佳。另一方面.中斷也是處理來自內

部異常故障的重要手段。

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使用中斷控制方式歸納起來主要有以下3方面的優(yōu)點o

1.分時操作

2.實時處理

3.故障處理

7.28086/8088的中斷機構

1?外部中斷

外部中斷是由用戶確定的硬件中斷，又分

為可屏蔽中斷INTR和非屏蔽中斷NML

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1

INTn指令非屏蔽中斷請求

NMI

中斷邏輯

中

INTR斷

可

控

屏

制

蔽

中

器

斷

INT3INTO單步除數(shù)為請

指令指令中斷0中斷求

(8259A)

軟件中斷

8086/8088CPU

硬件中斷

中斷分類

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可屏蔽中斷可用中斷允許標志IF屏蔽。

此類中斷的請求信號通常是經可編程中斷控制器8259A

進行管理之后發(fā)出的，并由1NTR引腳輸入CPU。

非屏蔽中斷，不能由IF加以屏蔽，其中斷請求信號由

NMI引腳輸入CPU,只要有非屏蔽中斷請求到達，

CPU就進行響應，不能對它進行屏蔽，因此常用于對

系統(tǒng)中發(fā)生的某種緊急事件進行處理。

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2、內部中斷

內部中斷是通過軟件調用的中斷。這類中斷都是

非屏蔽型的，包括單步中斷、除法出錯中斷、溢出

中和指令中斷(INTn)。

3、中斷的優(yōu)先權

當系統(tǒng)中有多個中斷源時?？赡艹霈F(xiàn)兩個或多個

中斷源同時申請中斷的情況，中斷邏輯將根據(jù)輕重

緩急給每個中斷源確定CPU對它響應的優(yōu)先級別(優(yōu)

先權)。

在響應某一中斷請求時又有更高級的中斷請求到來,

CPU將暫停目前的中斷服務轉去對更高級的中斷源

進行服務，這稱為中斷嵌套。

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7.2.2中斷過程

中斷是一個過程，包括中斷檢測、中斷響應及執(zhí)

行中斷服務程序和中斷返回。圖72示出了8086/

8088的中斷處理流程。

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年逞學院

2012圖7-280868088中斷處理流程圖

數(shù)

據(jù)

線控

C?Pl1布I制地

3線性制址

隹辨總

IIPI4線

IC，I③“，斷類型號n

送UP”

PSW

CD段口發(fā)中斷i點求彳二號

②等前孑斤令執(zhí)彳」先后.

C-PU進才j中幀回宣

⑤才用除H4*1ri

(&)<I?n，作為IP

⑨IRKT持令使1P

cfrnm伸出

用棧

圖73E7拜"獻+斷臼勺I】向應、執(zhí)彳亍與M息1?1

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7.2.3中斷向量表的設置方法

中斷向量表用來存放中斷服務程序入口地址

的Cs和IP值。

它是中斷類型代碼n和與此代碼相對應的中斷服

務程序（過程）間的一個連接鏈，因而又稱為中斷

指針表。

8086/8088每種類型的中斷都指定0?255范圍

中的一個類型號H,每一個n都與一個中斷服務

程序相對應。當CPU處理中斷時.需要把控制

引導至相應中斷服務程序入口地址。

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為了實現(xiàn)這一引導，在存儲器的低端劃出1KB空間

000H?3FFH）存放中斷向量表。

就可把各個中斷類型號所對應的中斷服務程序人口地

址依次存放在中斷向量表內，每個地址占4個字節(jié)，

低兩個字節(jié)存放中斷服務程序入口地址的偏移地址IP,

高兩個字節(jié)存放中斷服務程序人口的段基址cs。

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當CPU調用類型號為n的中斷服務程序時，首先把

中斷類型號n乘以4,得到中斷指針表的人口地址

4n,然后把此入口地址開始的四個字節(jié)中的兩個

低字節(jié)內容裝入指令指針寄存器IP,即：

(IP)^(4n：4n+l)

高字節(jié)內容裝入指令指針寄存器CS,即：

(CS)^(4n+2：4n+3)

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幣斷I司量

指針

004FH

004EH

004DH

004CH

圖5.1中斷向量指針示意圖

例：求軟盤13H的中斷向量

中斷號一向量地址—中斷向量

軟盤13H-13Hx4=4CH->0070:0FC9

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使用中斷之前.必須采用一定的方法.將中斷服

務程序的入口地址設置在與類型號相對應的中斷

向量表中.介紹中斷向量表設置的3種方法。

(1)在程序設計時定義一個起始地址為0數(shù)據(jù)段，

結構如下

VDATASEGMENTATOOH

ORGn*4

這種方法的基本思想足借助DOS的裝入程序，在

經匯編、連接產生的可執(zhí)行程序裝入內

存，把服務程序的入口地址置入中斷向量表。

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(2)在程序的初始化部分使用幾條傳送指令.把中斷

服務程序的入口地址置人中斷向量表.結構如下：

VDATASEGMENTATOOH

ORGn*4

VINTSUBDW2DUP(?);保留4個字節(jié)單元

VDATAENDS

ININTSEGMENT

ASSUMECS：ININT,DS：VDATA

MOVAX,VDATA

MOVDS,AX;初始化DS

MOVVINTSUB,noffsct

MOVVINTSUB+2,nseg;設置中斷向量表

ININTENDS

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(3)借助DOS的功能調用INT21H,把中斷服務程

序的入口地址置入中斷向量表中。在執(zhí)行該功能

調用之前

①用35H號功能，獲取原中斷向量，并保存在字變

量中。

②用25H號功能，設置新中斷向量，取代原中斷

向量，以便當中斷發(fā)生后，轉移到新中斷服務程

序中去。

③新中斷服務程序完畢后，利用25H號功能恢復

原中斷向量

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SOUTH，ESTFORN-UTIE3_______________________________________________________________________________________________________________________________________________

物房的DOS/就功健蠲用

?獲取中斷向量（功能號AH二35H）

入口參數(shù):AL二類型號

出口參數(shù):ES:BX二中斷向量

?設置中斷向量（功能號AH二25H）

入口參數(shù):A"類型號

入口參數(shù)DS:DX二中斷向量

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；定義保存原中斷向量的2個字單元

OLD_OFFDW?n

OLDSEGDW?；設置新中斷向量

MOVAH,25H；恢復原中斷向量

；保存原中斷向量MOVAL,N■■■

MOVAH,35HPUSHDSCLI

MOVAL,NMOVDX,SEGINT_SEVMOVAH,25H

INT21HMOVDS,DXMOVAL,N

MOVOLD_OFF,BXMOVDX,OFFSETINT_SEVMOVDX,OLD_OFF

MOVOLD_SEG,ESINT21HMOVDS,OLD_SEG

CLIPOPDSINT21H

STI

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7.3外部中斷

外部中斷是微機和外設交換信息的重要方法之一。

外設可通過8086/8088CPU的NMI和INTR兩條引腳

向CPU提出中斷請求。外部中斷是通過接口的硬件產

生的，所以又稱為硬件中斷或硬中斷。

NMI是非屏蔽中斷請求信號，高電平有效.邊沿觸

發(fā)方式，對應于中斷類型號2。

NMI請求信號不能用中斷允許標志IF加以屏蔽禁止，

一旦發(fā)生.就立即被CPU鎖存起來。NMI的優(yōu)先權級

別比INTR的優(yōu)先級別高。

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7.3.2INTR中斷

INTR是可屏蔽中斷請求信號，高電平有效，

電平觸發(fā)方式。

INTR請求信號可被中斷允許標志IF屏蔽。當設

置IF=0.從INTR引腳進入的中斷請求將得不到

響應，只有當設置1F=1時，CPU才會響應，并通

過INTA引腳往接口電路送兩個脈沖作為應答信

號。中斷接口電路收到/INTA信號后.將中斷向

量送至數(shù)據(jù)總線.同時清除中斷請求觸發(fā)器的請

求信號。CPU根據(jù)中斷向量找到中斷服務程序入

口，從而執(zhí)行中斷服務程序。

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四、中斷的優(yōu)先權管理

問題：

1）如多個I/O接口同時發(fā)出中斷請求，CPU首先響

應哪個中斷請求？

解決問題的方法：

優(yōu)先級：在設計中斷系統(tǒng)時，為每個中斷源按處

理的輕重緩急指定一個優(yōu)先級。

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2）當CPU正在執(zhí)行中斷服務子程序時，這時又有新

的中斷請求到來，CPU也要能確定是否進行響應？

中斷嵌套：對CPU正在處理中斷時又有新的中斷

請求發(fā)生的情況，一般要能響應更高優(yōu)先權的中斷請

求，而屏蔽掉同級或低級的中斷請求，即中斷嵌套。

CPU判別優(yōu)先權的方法有軟件查詢、編碼比較電路、

鏈式排隊電路，以及專用硬件處理器四種方法。

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通常對中斷優(yōu)先級采用3種辦法進行管理

■軟件查詢方式

■菊花鏈法

■專用芯片管理方式

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741軟件杳詢方式

軟件查詢方趣借助1個簡單的接口電路。

假設現(xiàn)有3種外設A,B,c均采用中斷方試與cpu交換數(shù)

據(jù)，其中A的優(yōu)先級最高.B次之，C最低。

3個外設的中斷請求觸發(fā)器組成一個中斷請求寄存器，

端口地址設為20H,將這3個中斷請求信號相“或”后接

至UCPU的INTR信號端。

這樣，任何一個外設都可向CPU發(fā)中斷請求，CPU響應中

斷請求進入中斷服務程序設計中斷服務程序時，要在開

始部分安排一段能區(qū)別優(yōu)先級別的查詢程序。

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SOUTHWESTU，l"IWTyFORNATKMUUJES

中斷請求

寄存器

外

外

外

設

設

設

ABC

優(yōu)

先級

高

破

級

工低

級

程

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中斷服務程序/原理及應用

FOR"TIOtlAU

保護現(xiàn)場

外設A

申請中斷IPFRIP.A

外設人服務程序

外設B

申請中斷iPERIPB

外設B服務程序

PERIPC1N

外設C服務程序

「恢復現(xiàn)場

'「

中斷返回

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7.4.2菊花鏈法

菊花鏈法是一種獲得中斷優(yōu)先級管理的簡單

硬件方法，其做法是在每個外沒對應的接口上接

一個邏輯電路，這些邏輯電路構成一個鏈以控制

中斷回答信號的通路，稱為菊花鏈。

在該電路中，越靠近CPU的接口.優(yōu)先級越高。

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1①B而疑九多

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SOUTHWBFTUKI"IWTYFORMATKHUUdES

求

h斯f

rif

設備BA^一

H毓&

Kll毗

峭

R邏

CPU以及V

總線用花的

拄制娜跚電路

A

INTA

+_

1NTRINgTA

⑶菊槌(b)菊花鏈邏物電路

圖7-5菊花鏈及其中斷邏觸路

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7.4.3專用芯片管理方式

這種方式是指采用專門的可編程中斷優(yōu)先級管理

芯片來完成中斷優(yōu)先級的管理。

IBMPC系列微機系統(tǒng)最常用的方法。lute［公司的

8259A就是這種專用芯片，又稱為中斷控制器。

將它接在CPU和接口之間，CPU的1NTR腳和/INTA

腳不再直接和接口相連，而是和中斷控制器相連接;

另一方而，各外設接口的中斷請求信號并行地送到

中斷控制器，此管理電路為符中斷清求信號分配優(yōu)

先級。

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7.5可編程中斷控制器8259A

1、8259A協(xié)助CPU處理中斷事務所作的工作

優(yōu)先級排隊處理

有完全嵌套，循環(huán)優(yōu)先級，特定屏蔽等

接受和擴充外部設備的中斷請求

可以擴展至8片，實現(xiàn)64級中斷.

提供中斷類型號

通過中斷類型轉入中斷服務程序的入口地址

進行中斷請求的屏蔽和開放

能使用編程方式實現(xiàn)多級中斷管理.

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--、8259A引腳及內部'結構CPU側：

CS128V-----

WR-------?227-_---_---_---_----AOUCS；

326_TFATXT)r\O

RD?----------INTAU15O~1JD7；

DB0V-------------A425

:RD、WR、A；

DB1524■IR6----------o

DB2―?623______IRSTNTTNTA-

±11±、±11AZA.9

722

DB3；______；R3外設側：

DB4821

DB5920■IR2IRg^IRy；

DB6V-------------A1019VIR1

DB71118-IKO以耿：

______TXTT

CASO-12*11M1_____

CAS1-1316___^ep/?SP/EN、CASn?CAS?o

GND-1415-----------CAS2

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SOUTHWESTUNIVCRSITYFORNATIOMA1.ITIE$

2.8259A內部結構

INTAINT

D7?Do數(shù)據(jù)

總線

緩沖器控制邏輯

內

部

總

線

SP/ENv(

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SOUTHWHEWTUXIVEMTYFORN-UTIES

1中斷請求寄存器IRR

它存放在IR線上提出了中斷請求的中斷源，該寄存器8

位(D(fD7)對應于連接在IRCTIR7線上的外設所產生

的中斷請求，哪一根輸入線有請求，哪位就置“1”。

具有鎖存功能，其內容可用0CW3命令讀出。

2正在服務寄存器ISR

在中斷響應之后，第一個獲準中斷請求的中斷級在相

應的ISR中置位。

如IR3獲準，ISR中的IS3置位，表明IR3正處于服務。

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3中斷屏蔽寄存器IMR

-是對中斷請求IR起屏蔽作用，即對中斷請求IR還是

允許，寄存器8位對應8級中斷屏蔽。哪一級中斷被

屏蔽，哪位就寫“1”，即禁止IR提出中斷請求。

“0開中斷

Di=<

、1關中斷

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3優(yōu)先權分析器PR

-優(yōu)先排隊當在IR輸入端有中斷產生時，送到PR,PR

檢查進來的中斷請求的優(yōu)先級并和“正在服務中的中

斷”進行比較，確定是否讓這個中斷請求送給處理器。

過程如下：由8個“與”門邏輯選出參加中斷優(yōu)先級排

隊的中斷請求級，即由8位位IRR與8位IMR分別送入

“與”門輸入端，只有當IRR位置“1”和1乂區(qū)位置“0”

（開放中斷請求）同時成立時，相應“與”門輸出才

為高電平，并送到優(yōu)先級編碼器的輸入端參加編碼。

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DoD7

比>1中斷屏蔽寄存器IMR

較

器

Ro

B

B

Bo.

1

A.

2.

>?

BA

0

A

A1

2

R7

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5讀/方捽制邏輯

控制接受CPU來的命令包括初始化命令字ICW

和操作命令字OCW并控制傳送8259A的狀態(tài)字

到數(shù)據(jù)總線表見p94

6級連緩沖器/比較器

-用于級連工作」片8259A作主片其余8片8259A作從

片，最多可以組合64級向量優(yōu)先級控制

主片和從片的CASO?CAS2并接在一起作為級連總線

中斷響應過程中主片的CASO?CAS2為輸出，從片的

CASO?CAS2為輸入

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3.8259A工作方式

引入中斷請求的方式：

邊沿觸發(fā)方式：正跳變向8259A請求中斷。

電平觸發(fā)方式：高電平向8259A請求中斷，響應

中斷后要及時清除高電平。

查詢中斷方式：外設向8259A請求中斷，但

8259A不向CPU發(fā)中斷請求信號

INTo而是將請求狀態(tài)保存等待

CPU來杳詢。

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連接總線與級聯(lián)方式:

緩沖方式：色系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線都具有總線

緩沖器，此時37函表示數(shù)據(jù)傳送方向，級聯(lián)時

主/從關系通過軟件設定ICW4來決定。

非緩沖方式：小系統(tǒng)中，8259A數(shù)據(jù)線管堡

系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，不需要總線緩沖器，此時而酶

表示級聯(lián)時生/叢關系。

主正時/EN接高電平；

從軍3/EN接低電平。

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屏蔽方式:

通常屏蔽：利用OCW1使IMR中相應位置位；

特殊屏蔽：開放比自己優(yōu)先級低的IR。通過OCW3的

D6D5=U設定.

優(yōu)先級排隊方式：

全嵌套：禁止同優(yōu)先級和低優(yōu)先級請求發(fā)生；

特殊全嵌套：禁止低優(yōu)先級請求發(fā)生。

應用：級聯(lián)時主片特殊全嵌套，從片全嵌套。

自動輪轉：剛被服務的IR的優(yōu)先級降至最低；

指定輪轉：指定的IR的優(yōu)先級降至最低。

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結束中斷的處理方式（ISR復位方式）：

自動中斷結束方式：中斷響應后ISR中最高優(yōu)先級

位自動復位；即自動清除中斷服務所對應的ISR位.

非自動中斷結束方式：中斷服務程序返回前，需要處

理程序發(fā)出對ISR中相應位復位的中斷結束命令；

不指定方式：ISR中最高優(yōu)先級位復位；

指定方式：命令中指定的ISR中相應位復位。

設置方式見OCW2操作命令字.

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4.8259A的操作功能及命令

中斷操作功能：

①請求②屏蔽③排隊④結束⑤級聯(lián)

⑥中斷類型號⑦查詢

I/O端口地址：只提供二個端口（使用A0區(qū)別）；

同一端口寫入多個命令字時,則按規(guī)定的順序寫

入，或以特征位標記.

命令：初始化--ICW1?ICW4,

操作??OCW1?OCW3。

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L中斷請求觸發(fā)方式的設定(ICW1)

功能：設定中斷請求的觸發(fā)方式，是電平觸發(fā)

還是邊沿觸發(fā)。

8259A為了判斷外設提出中斷請求，有兩種檢測方式:

電平觸發(fā)方式：在IR輸入線檢測出有一個高電平，

并且在第一個INT脈沖到來之后維持高電平，就認為

有外設提出中斷請求，并使IRR相應位置一。

邊沿觸發(fā)方式：當在IR輸入端檢測到由低到高的上

跳變時，且正電平保持到第一個INTA到來之后，

8259A就認為有中斷請求。

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⑴初始化命令ICW1

AOD7D6D5D4D3D2DIDO

EQ

01LTIMADISNGLIC4

LZ

_D0=0不需要ICW4

需要

特D0=lICW4

16位機無效

征無效Dl=。:為多片級聯(lián)

位Dl=l:為單片使用

D3=0:為邊沿觸發(fā)

D3=l為電平觸