計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)newch7

1、7.17.27.37.47.57.6中斷概述CPU響應(yīng)中斷的條件和過程中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷8088的中斷方式IBM PC/XT的中斷方式中斷控制器8259A第七章 中斷系統(tǒng)7.1中斷概述中斷：是指CPU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由程序預(yù)先安排好的，或者由內(nèi)、外部引起CPU中斷正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)到為預(yù)先安排的這些引起程序中斷的CPU中預(yù)先設(shè)定?；騼?nèi)、外部服務(wù)的程序中去。稱為中斷源。PC的中斷指令在 7.1.1應(yīng)用中斷的好處：1. 同步操作2. 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理3. 故障處理 7.6.1中斷的概念 中斷常用術(shù)語（1）中斷返回處理完成后，要返回原程序A， 當(dāng)計(jì)算機(jī)對緊急實(shí)際上是將從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行原程序，這個(gè)過程

2、稱為中 斷返回。 （2）中斷服務(wù)程序的處理程序B，稱為中斷服務(wù)程序。中斷非尋常 服務(wù)程序是程序員事先安排好的程序，非尋常一般 是指發(fā)生的時(shí)間是無法預(yù)知的，但的性質(zhì)及處 理方法是已知的。7.6.1中斷的概念 （3）中斷現(xiàn)場和保護(hù)現(xiàn)場計(jì)算機(jī)正在運(yùn)行程序A，收到緊急的要求，中斷 了當(dāng)前程序A；在中斷時(shí)刻，程序A運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)稱為 中斷現(xiàn)場。它應(yīng)包括狀態(tài)寄存器的狀態(tài)，以及CPU內(nèi)部 寄存器的當(dāng)前內(nèi)容。為了使中斷返回后這些信息不會丟 失，必須加以保護(hù)，這稱為保護(hù)現(xiàn)場。保護(hù)的方法有些是靠硬件自動完成的，有些則靠程序來實(shí)現(xiàn)。（4）斷點(diǎn)計(jì)算機(jī)正在執(zhí)行程序A，由于某一個(gè)非尋常發(fā)生， 暫停A程序的運(yùn)行，而執(zhí)行緊急

3、處理程序B，程序A 被中斷時(shí)的下一條指令的地址稱為斷點(diǎn)或斷點(diǎn)地址。7.1中斷概述7.1.2 中斷源引起中斷產(chǎn)生的斷源。1. 一般的輸入輸出2. 數(shù)據(jù)通道中斷源3. 實(shí)時(shí)時(shí)鐘4. 故障源或發(fā)出中斷請求的來源，稱為中 5.為調(diào)試程序而設(shè)置的中斷源7.1中斷概述7.1.3 中斷系統(tǒng)的功能1. 實(shí)現(xiàn)中斷及返回2. 能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先排隊(duì)3. 高級中斷源能中斷低級的中斷處理 7.2CPU響應(yīng)中斷的條件和過程7.2.1 CPU響應(yīng)中斷的條件1.設(shè)置中斷請求觸發(fā)器2. 設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器3. 中斷是開放的4. CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應(yīng)中斷 7.2CPU響應(yīng)中斷的條件和過程7.2.2 CPU對中斷的響應(yīng)1.關(guān)中斷2

4、. 保留斷點(diǎn)3. 保護(hù)現(xiàn)場4. 給出中斷入口，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序5. 恢復(fù)現(xiàn)場6. 開中斷與返回 數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)緩沖器1&7.2CPU響應(yīng)中斷的條件和過程DB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鎖存器輸入RDIO/M& 設(shè)CPUAB 備地址譯碼器中斷請求觸發(fā)器 RDY 狀態(tài)信號D1QINT +5V三態(tài)緩沖器7.2CPU響應(yīng)中斷的條件和過程中斷方式的輸入過程：1.2.3.外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，發(fā)出選通信號選通信號將數(shù)據(jù)鎖存，同時(shí)產(chǎn)生中斷信號若中斷屏蔽觸發(fā)器不屏蔽（即允許中斷），則將 中斷信號傳送給CPUCPU接收到中斷信號，且IF=1，則CPU響應(yīng)中 斷，發(fā)INTA響應(yīng)信號，清除傳來的中斷請求信號，并獲取外設(shè)的中斷向量CPU

5、執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，即讀取數(shù)據(jù)4.5.7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3.1 中斷優(yōu)先權(quán)判別和確定各個(gè)中斷源的優(yōu)先權(quán)可以用軟件和硬件兩種 方法。1.用軟件確定中斷優(yōu)先權(quán)把8個(gè)外設(shè)的中斷請求觸發(fā)器組合起來，作為一個(gè)端口， 并賦以設(shè)備號，把各個(gè)外設(shè)的中斷請求信號相“或”后， 作為INTR信號，故任一外設(shè)有中斷請求，都可向CPU送出INTR信號。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，把中斷寄存器的狀態(tài)，作為一個(gè)外設(shè)讀入CPU，逐位檢測它們的狀態(tài)，若有中斷請求就轉(zhuǎn)到相應(yīng)的服務(wù)程序的入口。 7.6.28086的中斷系統(tǒng) 中斷源有許多個(gè)，需要用中斷控制器來進(jìn)行優(yōu)先級管理： a.當(dāng)多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，優(yōu)先級高的得到響應(yīng)。

6、 b.優(yōu)先級高的中斷可以中斷優(yōu)先級低的中斷 中斷優(yōu) 先級除法錯(cuò)誤，INTO，INT n NMIINTR單步中斷最高最低7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3.1 中斷優(yōu)先權(quán)查詢程序有兩種實(shí)現(xiàn)方法(1)屏蔽法 IN TEST JNE TEST JNE TEST JNEAL,20H AL,80H PWF AL,40H DISS AL,20H MT;輸入中斷請求觸發(fā)器的狀態(tài);檢查最高位;外設(shè)A中斷服務(wù)程序;檢查次高位;外設(shè)B中斷服務(wù)程序;檢查次高位;外設(shè)C中斷服務(wù)程序 7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3.1 中斷優(yōu)先權(quán)(2)移位法XORAL,AL AL,20H AL, 1 PWFAL, 1 DISS IN;

7、輸入中斷請求觸發(fā)器的狀態(tài) RCL JC;外設(shè)A中斷服務(wù)程序 RCLJC;外設(shè)B中斷服務(wù)程序7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3.1 中斷優(yōu)先權(quán)2. 硬件優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路(1) 中斷優(yōu)先權(quán)編碼電路若有8個(gè)中斷源，當(dāng)任意一個(gè)有中斷請求時(shí)，通過或門， 即可有一個(gè)中斷請求信號產(chǎn)生，能否送至CPU的中斷請求線，還要受比較器的控制。(2) 雛菊花環(huán)(Daisy Chain)式或稱為鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路 7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷中斷響應(yīng)(來自CPU)中斷請求輸入1中斷輸出1中斷請求輸入2 中斷輸出2中斷請求輸入3 中斷輸出3中斷請求輸入4 中斷輸出4鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路F/F A&F/F B&F/F C&F/F D

8、& 2)簡單硬件方式（菊花鏈法）設(shè)備1接口 中斷應(yīng)答中斷請求CPU以及總線控制器INTAINTR菊花鏈邏輯電路邏輯電路邏輯電路設(shè)備3接口菊花鏈設(shè)備2接口菊花鏈7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3.2 多級中斷的概念多級中斷系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有相當(dāng)多的中斷源，根據(jù)各中斷的輕重緩急而分成若干級別，每一中斷級分配一個(gè)優(yōu)先權(quán)。根據(jù)系統(tǒng)的配置不同，多級中斷又可分為一維多級中 斷和二維多級中斷。一維多級中斷是指每一中斷中只有一個(gè)中斷源，而二維多級中斷是指每一級中斷中又有多個(gè)中斷源。7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.3中斷優(yōu)先權(quán)及多重中斷7.48086/8088的中斷方式 1.軟中斷：軟件中斷是CPU根據(jù)程序中的某

9、條指令或程序?qū)?biāo)志寄存器中某個(gè)標(biāo)志的設(shè)置而產(chǎn)生的。(1)DIV(除)或IDIV(整除)指令(2)INT指令(3) INTO指令(4) 單步執(zhí)行 7.48086/8088的中斷方式 2.硬中斷：硬件中斷也稱為外部中斷，CPU提供了兩個(gè)外部中斷輸入引腳，18腳（INTR）可屏蔽中斷輸入引腳，17 腳（NMI）非屏蔽中斷輸入引腳。(1)可屏蔽中斷,出現(xiàn)在INTR線上(2)非屏蔽中斷,出現(xiàn)在NMI線上 7.48086/8088的中斷方式NMITR可屏蔽的中斷請求8086中斷分類IN8086CPU）單步（TF=1除法錯(cuò)誤INT0INT n指令中斷邏輯8259A非屏蔽中斷請求可屏蔽中斷請求通過8259A中

10、斷控制器產(chǎn)生非屏蔽中斷請求包括掉電、存儲器滿、總線信息奇偶錯(cuò)等類型0中斷除法錯(cuò)誤中斷軟件陷阱類型1中斷單步中斷（TF=1）INT n指令類型為n的中斷指令外部中斷 8086中斷 內(nèi)部中斷INT 3指令斷點(diǎn)中斷指令I(lǐng)NT0指令溢出中斷指令I(lǐng)RET指令中斷返回軟件中斷7.48086/8088的中斷方式 3.中斷向量表中斷向量：中斷處理子程序的入口地址； 中斷向量表：在內(nèi)存的前1KB(地址為00000H003FFH) 區(qū)域存放著256個(gè)中斷向量(或256個(gè)中斷類型) ，每個(gè)中斷向量占用4字節(jié)空間。 7.48086/8088的中斷方式 3.中斷向量表 o每一種中斷類型對應(yīng)一個(gè)中斷向量；o每個(gè)中斷向量占

11、4個(gè)字節(jié)，前兩個(gè)字節(jié)存放中斷處理子程序入口地址的偏移量（IP），后兩個(gè)字節(jié)存放中斷處理子程序入口地址的段地址（CS）；o256個(gè)中斷中：0-4為專用中斷，5-31為系統(tǒng)保留（21個(gè)），32以上共224個(gè)為用戶自定義中斷。 8086中斷向量表指出了中斷向量類型碼與中斷向量之間的關(guān)系中斷服務(wù)程序起始地址的計(jì)算：3FEH 3FCH CS基址所在單元IP偏移量所在單元TYPE*4+2TYPE*2可使用的中斷向量084H080H 例：外設(shè)的編碼類型為33，計(jì)算該外設(shè)的中斷服務(wù)程序入口地址07EH保留的中斷向量CS基址所在單元IP偏移量所在單元33*4+2=134=86H33*4=132=84H014H0

12、10H00CH專用的中斷向量008H004H000HCS基址IP偏移量 類型255 類型33類型32 類型31類型5類型4類型3類型2類型1類型07.48086/8088的中斷方式4. 中斷響應(yīng)和處理過程(1)類型碼乘4,作為中斷向量表指針； (2)CPU標(biāo)志寄存器入棧；(3) 復(fù)制追蹤標(biāo)志T的狀態(tài),清除I和T標(biāo)志,屏蔽新的INTR中斷和單步中斷；(4) 保存主程序中的斷點(diǎn),即把主程序斷點(diǎn)處的IP和CS的 值推入堆棧保護(hù),先推入CS的值,再推入IP的值；(5) 從中斷向量表中取中斷服務(wù)程序的入口地址,分別送 至CS和IP中,先取CS的值；(6) 按新地址執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 5、中斷服務(wù)過程 C

13、PU響應(yīng)中斷請求 中斷服務(wù)程序 對外部設(shè)備的控制程序主機(jī)與外設(shè)數(shù)據(jù)交換1、保護(hù)現(xiàn)場2、設(shè)置本優(yōu)先級3、開中斷1、關(guān)中斷2、恢復(fù)CPU現(xiàn)場3、開中斷4、返回指令CPU自動執(zhí)行1、關(guān)中斷2、發(fā)出中斷響應(yīng)信號3、讀入中斷向量地址4、PC內(nèi)容壓棧7.5IBM PC/XT的中斷方式 1.IBM PC/XT的中斷類型(1)內(nèi)部中斷即軟中斷(2)非屏蔽中斷NMI(3)可屏蔽中斷INTR 7.5IBM PC/XT的中斷方式7.5IBM PC/XT的中斷方式 2. IBM PC/XT系統(tǒng)保留的中斷8086CPU最多能處理256種不同的中斷，其中5個(gè)保留 為CPU專用；一部分是由磁盤操作系統(tǒng)DOS保留為系統(tǒng)使用，

14、用戶可以使用200個(gè)左右中斷。 7.5IBM PC/XT的中斷方式7.6中斷控制器8259A7.6.1 8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器2. 中斷請求寄存器(IRR)3. 優(yōu)先權(quán)電路4. 中斷服務(wù)寄存器(ISR)5. 中斷屏蔽寄存器(IMR)6. 控制邏輯7. 讀/寫邏輯8. 級聯(lián)緩沖/比較器 7.6中斷控制器8259A7.6中斷控制器8259A 1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是三態(tài)，雙向，8位的緩沖器，D7D0用于和CPU的數(shù)據(jù)總線連接。2. 中斷請求寄存器（IRR）中斷請求寄存器用來寄存所有IR輸入線輸入的中斷請 求信號，即保存正在請求服務(wù)的中斷級。 7.6中斷控制器8259A

15、 3. 優(yōu)先權(quán)電路優(yōu)先權(quán)電路的主要作用是確定中斷請求寄存器IRR中 各位的優(yōu)先等級，并確定能否向CPU申請中斷。4. 中斷服務(wù)寄存器(ISR)中斷服務(wù)寄存器ISR的主要作用是保存當(dāng)前被CPU服 務(wù)的中斷級，也就是記錄正在被處理的中斷請求。5. 中斷屏蔽寄存器(IMR)中斷屏蔽寄存器IMR的主要作用是對各中斷源的中斷請 求信號（IROIR7）實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。 7.6中斷控制器8259A6.控制邏輯控制邏輯內(nèi)部包括內(nèi)部控制電路，中斷控制電路，初始 化命令寄存器組和操作命令寄存器組， 它根據(jù)CPU對8259A編程設(shè)定的工作方式產(chǎn)生8259A內(nèi)部控制信號， 并根據(jù)中斷請求寄存器IRR和優(yōu)先權(quán)電路的判別結(jié)

16、果，在適當(dāng)時(shí)候向CPU發(fā)生中斷請求信號，并接收CPU發(fā)來的 中斷響應(yīng)信號INTA，控制提供中斷類型號。 7.6中斷控制器8259A 7. 讀寫邏輯接收CPU來的控制信號，包括端口控制信號，數(shù)據(jù)方 向控制信號，控制將CPU送來的初始化命令I(lǐng)CW和操作 命令OCW 存入8259A 內(nèi)部相應(yīng)的寄存器， 用以規(guī)定8259A的工作方式。8. 級連緩沖/比較器一片8259A最多構(gòu)成8級中斷（IROIR7），要想擴(kuò)展 中斷源，必須多片連在一起，叫級連方式。級連緩沖/比較器的功能有兩個(gè)： 提供級連控制 提供緩沖控制 7.6.4 8259A的編程初始化編程是指系統(tǒng)在上電或復(fù)位后對可編程器件進(jìn)行控制字設(shè)定的一段程

17、序。1.初始化命令字ICW1、 ICW2、 ICW3、 ICW4ICW1的主要功能：確定級聯(lián)方式,觸發(fā)方式。ICW2的主要功能：確定中斷向量,中斷類型碼。ICW3的主要功能：確定主片/從片的級聯(lián)狀態(tài),即確定主 片的連接位和從片的編碼。ICW4的主要功能：選擇CPU系統(tǒng),確定中斷結(jié)束方式,規(guī) 定是主片還是從片,選擇是否采用緩沖方式 7.6.4 8259A的編程8259A的ICW寫入順序N級聯(lián)YN要ICW4Y初始化結(jié)束寫ICW4寫ICW3寫ICW2寫ICW17.6.4 8259A的編程 2.操作命令字OCW1、 OCW2、 OCW3OCW1的主要功能：保存中斷屏蔽字。OCW2的主要功能：控制825

18、9A的中斷循環(huán)優(yōu)先級方式 及發(fā)送命令中斷結(jié)束方式。OCW3的主要功能：設(shè)定查詢方式和特殊屏蔽方式。 7.6.4 8259A的編程例7-1.8259A單片應(yīng)用。在某8088系統(tǒng)中擴(kuò)展一片中 斷控制器8259A，其端口地址由74LS138譯碼器譯碼 選擇，假設(shè)8CH和8DH.中斷源的中斷請求線連到IR7輸入線上，邊沿觸發(fā)方式，IR7的中斷類型碼為77H，其 他條件保持8259A的復(fù)位設(shè)置狀態(tài)。要求：寫出8259A 的初始化程序，中斷類型碼為77H的中斷向量設(shè)置程序。解：(1)8259A的初始化程序初始化程序包括寫入ICW1 、ICW2和 ICW4(由于單片使用，不需寫入ICW3),并且必須按規(guī)定的順序?qū)懭搿?)ICW1命令字：單片，邊沿觸發(fā)，需要ICW4,故為00010011B=13H，寫入偶地址。 7.6.4 8259A的編程2) ICW2命令字：IR7的中斷類型碼為77H,即可作為ICW2命令字寫入，寫入奇地址