微計算機(jī)原理及應(yīng)用

而疑九零微計算機(jī)原理及應(yīng)用

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微型計算機(jī)原理及應(yīng)用

西南民族大學(xué)電信學(xué)院

授課教師：杜誠

聯(lián)系方式/p>

Email：dcheng_76@

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第7章微計算機(jī)的中斷系統(tǒng)

7.1中斷控制方式的優(yōu)點(diǎn)

中斷是為處理一些緊急發(fā)生的情況，使程序中

斷當(dāng)前任務(wù)，將CPU的控制轉(zhuǎn)向該緊急事件進(jìn)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(shè)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(fèi)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(jī)系統(tǒng)中，常利用CPU的中斷機(jī)構(gòu)來處

理與外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送，以最少的響應(yīng)時間和內(nèi)

部操作來處理所有外設(shè)的服務(wù)請求，使整個計算機(jī)系

統(tǒng)的性能達(dá)到最佳。另一方面.中斷也是處理來自內(nèi)

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(diǎn)o

1.分時操作

2.實(shí)時處理

3.故障處理

7.28086/8088的中斷機(jī)構(gòu)

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(biāo)志IF屏蔽。

此類中斷的請求信號通常是經(jīng)可編程中斷控制器8259A

進(jìn)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(dá)，

CPU就進(jìn)行響應(yīng)，不能對它進(jìn)行屏蔽，因此常用于對

系統(tǒng)中發(fā)生的某種緊急事件進(jìn)行處理。

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2、內(nèi)部中斷

內(nèi)部中斷是通過軟件調(diào)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(quán)

當(dāng)系統(tǒng)中有多個中斷源時。可能出現(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(yīng)的優(yōu)先級別(優(yōu)

先權(quán))。

在響應(yīng)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(wù)轉(zhuǎn)去對更高級的中斷源

進(jìn)行服務(wù)，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(yīng)及執(zhí)

行中斷服務(wù)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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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(diǎn)求彳二號

②等前孑斤令執(zhí)彳」先后.

C-PU進(jìn)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(xiàn)+斷臼勺I】向應(yīng)、執(zhí)彳亍與M息1?1

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7.2.3中斷向量表的設(shè)置方法

中斷向量表用來存放中斷服務(wù)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(yīng)的中斷服

務(wù)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(wù)

程序相對應(yīng)。當(dāng)CPU處理中斷時.需要把控制

引導(dǎo)至相應(yīng)中斷服務(wù)程序入口地址。

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為了實(shí)現(xiàn)這一引導(dǎo)，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(yīng)的中斷服務(wù)程序人口地

址依次存放在中斷向量表內(nèi)，每個地址占4個字節(jié)，

低兩個字節(jié)存放中斷服務(wù)程序入口地址的偏移地址IP,

高兩個字節(jié)存放中斷服務(wù)程序人口的段基址cs。

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當(dāng)CPU調(diào)用類型號為n的中斷服務(wù)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(nèi)容裝入指令指針寄存器IP,即：

(IP)^(4n：4n+l)

高字節(jié)內(nèi)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(wù)程序的入口地址設(shè)置在與類型號相對應(yīng)的中斷

向量表中.介紹中斷向量表設(shè)置的3種方法。

(1)在程序設(shè)計時定義一個起始地址為0數(shù)據(jù)段，

結(jié)構(gòu)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(jīng)匯編、連接產(chǎn)生的可執(zhí)行程序裝入內(nèi)

存，把服務(wù)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(wù)程序的入口地址置人中斷向量表.結(jié)構(gòu)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(shè)置中斷向量表

ININTENDS

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(3)借助DOS的功能調(diào)用INT21H,把中斷服務(wù)程

序的入口地址置入中斷向量表中。在執(zhí)行該功能

調(diào)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(shè)置新中斷向量，取代原中斷

向量，以便當(dāng)中斷發(fā)生后，轉(zhuǎn)移到新中斷服務(wù)程

序中去。

③新中斷服務(wù)程序完畢后，利用25H號功能恢復(fù)

原中斷向量

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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(shè)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(shè)置新中斷向量

MOVAH,25H；恢復(fù)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(jī)和外設(shè)交換信息的重要方法之一。

外設(shè)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(chǎn)

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(yīng)于中斷類型號2。

NMI請求信號不能用中斷允許標(biāo)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(quán)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(biāo)志IF屏蔽。當(dāng)設(shè)

置IF=0.從INTR引腳進(jìn)入的中斷請求將得不到

響應(yīng)，只有當(dāng)設(shè)置1F=1時，CPU才會響應(yīng)，并通

過INTA引腳往接口電路送兩個脈沖作為應(yīng)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(wù)程序入

口，從而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

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四、中斷的優(yōu)先權(quán)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(yīng)哪個中斷請求？

解決問題的方法：

優(yōu)先級：在設(shè)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(dāng)CPU正在執(zhí)行中斷服務(wù)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(jìn)行響應(yīng)？

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(yīng)更高優(yōu)先權(quán)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(quán)的方法有軟件查詢、編碼比較電路、

鏈?zhǔn)脚抨?duì)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(jìn)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(shè)現(xiàn)有3種外設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)都可向CPU發(fā)中斷請求，CPU響應(yīng)中

斷請求進(jìn)入中斷服務(wù)程序設(shè)計中斷服務(wù)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(shè)

設(shè)

設(shè)

ABC

優(yōu)

先級

高

破

級

工低

級

程

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中斷服務(wù)程序/原理及應(yīng)用

FOR"TIOtlAU

保護(hù)現(xiàn)場

外設(shè)A

申請中斷IPFRIP.A

外設(shè)人服務(wù)程序

外設(shè)B

申請中斷iPERIPB

外設(shè)B服務(wù)程序

PERIPC1N

外設(shè)C服務(wù)程序

「恢復(fù)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(yīng)的接口上接

一個邏輯電路，這些邏輯電路構(gòu)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(shè)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(jī)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(shè)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(wù)所作的工作

優(yōu)先級排隊(duì)處理

有完全嵌套，循環(huán)優(yōu)先級，特定屏蔽等

接受和擴(kuò)充外部設(shè)備的中斷請求

可以擴(kuò)展至8片，實(shí)現(xiàn)64級中斷.

提供中斷類型號

通過中斷類型轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的入口地址

進(jìn)行中斷請求的屏蔽和開放

能使用編程方式實(shí)現(xiàn)多級中斷管理.

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--、8259A引腳及內(nèi)部'結(jié)構(gòu)CPU側(cè)：

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(shè)側(cè)：

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(nèi)部結(jié)構(gòu)

INTAINT

D7?Do數(shù)據(jù)

總線

緩沖器控制邏輯

內(nèi)

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(yīng)于連接在IRCTIR7線上的外設(shè)所產(chǎn)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(nèi)容可用0CW3命令讀出。

2正在服務(wù)寄存器ISR

在中斷響應(yīng)之后，第一個獲準(zhǔn)中斷請求的中斷級在相

應(yīng)的ISR中置位。

如IR3獲準(zhǔn)，ISR中的IS3置位，表明IR3正處于服務(wù)。

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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(yīng)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(guān)中斷

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3優(yōu)先權(quán)分析器PR

-優(yōu)先排隊(duì)當(dāng)在IR輸入端有中斷產(chǎn)生時，送到PR,PR

檢查進(jìn)來的中斷請求的優(yōu)先級并和“正在服務(wù)中的中

斷”進(jìn)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(duì)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(dāng)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(yīng)“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

2012年10月24日西南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

?0而a表上挈|微計算機(jī)原理及應(yīng)用

SOUTMESTFORN-UTIE3

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(yīng)過程中主片的CASO?CAS2為輸出，從片的

CASO?CAS2為輸入

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SOUTH，ESTFORN-UTIE3

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(yīng)

中斷后要及時清除高電平。

查詢中斷方式：外設(shè)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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SOUTHWESTMTVFOR■—UTIE3

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(guān)系通過軟件設(shè)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(guān)系。

主正時/EN接高電平；

從軍3/EN接低電平。

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SOUTH，ESTMTVFOR■—UTIE3

屏蔽方式:

通常屏蔽：利用OCW1使IMR中相應(yīng)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(shè)定.

優(yōu)先級排隊(duì)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(yīng)用：級聯(lián)時主片特殊全嵌套，從片全嵌套。

自動輪轉(zhuǎn)：剛被服務(wù)的IR的優(yōu)先級降至最低；

指定輪轉(zhuǎn)：指定的IR的優(yōu)先級降至最低。

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SOUTHMESTUNIVERSITYFORN-UTIE3

結(jié)束中斷的處理方式（ISR復(fù)位方式）：

自動中斷結(jié)束方式：中斷響應(yīng)后ISR中最高優(yōu)先級

位自動復(fù)位；即自動清除中斷服務(wù)所對應(yīng)的ISR位.

非自動中斷結(jié)束方式：中斷服務(wù)程序返回前，需要處

理程序發(fā)出對ISR中相應(yīng)位復(fù)位的中斷結(jié)束命令；

不指定方式：ISR中最高優(yōu)先級位復(fù)位；

指定方式：命令中指定的ISR中相應(yīng)位復(fù)位。

設(shè)置方式見OCW2操作命令字.

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SOUTH，ESTFORN-UTIE3

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(duì)④結(jié)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?qū)?/p>

入，或以特征位標(biāo)記.

命令：初始化--ICW1?ICW4,

操作??OCW1?OCW3。

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?0而a表上挈|微計算機(jī)原理及應(yīng)用

SOUTHMEWTUNIVERSITYFORN-AUTtES

L中斷請求觸發(fā)方式的設(shè)定(ICW1)

功能：設(shè)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(shè)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(rèn)為

有外設(shè)提出中斷請求，并使IRR相應(yīng)位置一。

邊沿觸發(fā)方式：當(dāng)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(rèn)為有中斷請求。

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微計算機(jī)原理及應(yīng)用

⑴初始化命令I(lǐng)CW1

AOD7D6D5D4D3D2DIDO

EQ

01LTIMADISNGLIC4

LZ

_D0=0不需要ICW4

需要

特D0=lICW4

16位機(jī)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