微机原理与接口技术－－李云强 第7章 中断技术

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1、微机原理与接口技术中国水利水电出版社主编李云强当CPU和外设使用查询方式来传送数据时，外设处于被动状态，只有当被CPU查询到且具备传送数据的条件时才有可能工作，所以在查询方式下，CPU将大量时间花在等候上，降低了工作效率，因此引入了中断的概念。本章主要讨论微机中断系统的基本原理（如基本概念、处理过程、优先级及嵌套），并详细介绍可编程中断控制器8259A的工作原理及应用，最后给出了中断应用的设计举例。第7章中断技术7.1中断的基本原理7.1.1中断基本概念中断是指CPU正常运行程序的过程中，CPU内部或外部的某些事件或紧急、异常情况需要及时处理，

2、导致CPU暂停正在执行的程序，转去执行处理该事件的程序，并在处理完毕返回原程序处继续执行被暂停的程序，这一过程称为中断。中断过程如图7-1所示。中断时，被打断执行的程序中下一条被暂停执行的指令所在的地址称为断点。图7-1中断过程示意图中断最初的目的是为了解决高速CPU与低速外设之间的速度矛盾。实际上，中断的功能，被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，中断技术大大地提高了CPU的工作效率。能引起CPU产生程序中断的随机事件叫做中断源，中断源主要分为两大类，内部中断源和外部中断源。内部中断源即中断源在微处理器内部，如计算溢出、

3、中断指令的执行、程序调试中指令的单步运行等都是内部中断源。外部中断源，即引起中断的原因是外部设备。如外设的I/O请求、定时时间到、设备故障、电源掉电等都是外部中断源。中断系统为区别不同种类的中断源，一般采用若干位二进制编码进行区分，方法是为每个中断源分配一个不同的编码，称为中断类型码。中断源能发出中断请求信号到CPU，所以中断源中一般要求有中断请求触发器，请求信号有边沿请求和电平请求两种。边沿请求触发的中断是一种通过中断线上电平变化引起的中断，它或者使用下降沿（从1到0），或者使用上升沿（从0到1）触发。想要通知中断的设备在中断线上驱动一个脉冲

4、，然后将中断线释放到静态值。如果脉冲太短以至于无法被轮询I/O检测，那么就需要一个特殊的硬件来检测边沿。电平请求触发的中断是一类利用中断请求线的高电平或低电平来指示未服务中断的中断。想要指示中断的设备将中断请求线驱动成有效电平，然后保持该电平直到中断被服务。处理中断事件的程序段叫做中断服务程序。如除法错中断服务程序、输入输出中断服务程序等。中断系统是指能够实现计算机的中断功能而配置的相关硬件、软件的集合。一个完整的中断系统应具备如下功能:①设置中断源：中断源是系统中允许请求中断的事件。设置中断源就是确定中断源的中断请求方式。②中断源识别：

5、当中断源有请求时，CPU能够正确地判别中断源，并能够转去执行相应的中断服务子程序。③中断源判优：当有多个中断源同时请求中断时，系统能够自动地进行中断优先权判断，优先权最高的中断请求将优先得到CPU的响应和处理。④中断处理与返回：能自动地在中断服务子程序与主程序之间进行跳转，并对断点进行保护。7.1.2中断工作方式的优点中断的优点有下面四点：(1)故障检测和自动处理计算机系统出现故障和程序执行错误都是随机事件，事先无法预料。如电源掉电、存储器出错、运算溢出等，采用中断技术可以有效地进行系统的故障检测和自动处理。(2)实时信息处理在实时信息

6、处理系统中，需要对采集的信息立即做出响应，以避免丢失信息，采用中断技术可以进行信息的实时处理。在实时控制系统中，现场定时或随机地产生各种参数、信息，要求CPU立即响应。利用中断机制，计算机就能实时地进行处理，特别是对紧急事件的处理。(3)并行处理中断技术实现了CPU和外部的并行工作，从而消除CPU的等待时间，提高了CPU的利用率。另外，CPU可同时管理多个外部设备的工作，提高了输入/输出数据的吞吐量。图7-2并行处理示意图CPU与外部设备进行数据传输的过程如下：CPU启动外部设备工作后，执行自己的主程序，此时外部设备也开始工作。当外设需要数据

7、传输时，发出中断请求，CPU停止运行主程序，转去执行中断服务子程序。中断处理结束以后，CPU继续执行主程序，外部设备也继续工作。如此不断重复，直到数据传送完毕。在此操作过程中，对CPU来说是分时的，即在执行正常程序时，接收并处理外部设备的中断请求，CPU与外部设备同时运行，并行工作。7.1.3中断处理过程从中断源向CPU发出中断请求信号到CPU将这一请求处理完成的过程，叫做中断处理过程。这一过程包括：中断请求、中断响应、中断处理和中断返回4个步骤。1．中断请求当中断源需要CPU对它进行服务时，就会产生一个中断请求信号。由于每个中断源向CPU发

8、出的中断请求信号是随机的，而CPU是在现行指令执行结束后才检测有无中断请求发生，故CPU在执行现行指令期间，必须把随机输入的中断请求信号锁存起来，并保