《计算机接口技术》-中断控制接口教学教案.ppt

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1、计算机接口技术-中断控制接口本章重点：掌握中断的基本概念、中断的识别与中断源优先级的判定了解8259A可编程控制器的结构及工作过程掌握8259A初始化编程。第四章断控制接口4.1中断系统概述中断是微机系统处理随机事件的有效办法，也是提高CPU效率、用来实时控制外部设备的一种有效手段。通常的中断源可以分为外中断源(如I/O设备引起的中断)和内中断源(如软件指令引起的中断)两类。微机系统对中断的处理根据引起中断的事件所处的地点，分成了内中断和外中断。其中，内中断有强迫中断和自愿中断两种。大量的中断是由系统配置的外部设备引起的。如信息

2、传送时要中断，传送结束处理要中断，接口和外设出现故障时也要中断。凡是由主机外部事件引起的中断称为外中断，如操作员对机器干预引起的中断。外中断均是强迫中断。随着计算机的发展，人们发现中断系统不仅能解决上述快速主机和慢速外设之间的矛盾，还能实现分时操作、实时处理和故障处理等操作。随着中断系统新功能的不断增加，中断系统可以实现自动管理，例如虚拟存储器的管理、自动保护、多道程序运行、多机连接等。中断技术的先进性是衡量微机的重要指标之一。4.1.1中断及中断的处理过程微机系统引入中断机制后，使CPU与外设(甚至多个外设)处于并行工作状态，

3、便于实现信息的实时处理和系统的故障处理。中断方式的原理示意图如图4-1所示。虽然不同的微机中断系统有所不同，但实现中断时都有一个相同的中断过程，包括中断请求、中断排队、中断响应、中断服务、中断返回共5个阶段。1.中断的处理过程1)中断请求中断请求是由中断源向CPU发出中断请求信号。外部设备发出中断请求信号要具备以下两个条件：①外部设备的工作已经告一段落。例如输入设备只有在启动后，在将要输入的数据送到接口电路的数据寄存器之后，才可以向CPU发出中断请求。②系统允许该外设发出中断请求。如果系统不允许该外设发出中断请求，可以将这个外设

4、的请求屏蔽。如果这个外设的中断请求被屏蔽，那么即使这个外设的准备工作已经完成，也不能发出中断请求。2)中断排队中断申请是随机的，有时会出现多个中断源同时提出中断申请的情况。但CPU每次只能响应一个中断源的请求，那么究竟先响应哪一个中断源的请求呢？这需要根据各中断源工作性质的轻重缓急预先安排一个优先级顺序，当多个中断源同时申请中断时，按此优先级顺序进行排队，等候CPU处理。一般是把最紧迫和速度最高的设备的优先级设为较高。CPU首先响应优先级别最高的中断源。当中断处理完毕时，再响应低级别的中断申请。中断排队可以采用硬件的方法，也可以

5、采用软件的方法。前者速度快，但需要增加硬件设备；后者无须增加硬件设备，但速度慢，特别是中断源很多时尤为突出。3)中断响应经中断排队后，CPU收到一个优先级别最高的中断请求信号，如果允许CPU响应中断(IF＝1)，就在执行完一条指令后，中止执行现行程序，响应中断申请。此时首先由硬件电路保护断点(即将当前正在执行的程序的段地址(CS)和偏移地址(IP)以及标志寄存器(FR)压入堆栈)，然后关闭CPU内的允许中断触发器IF(可屏蔽中断时)，接下来就是寻找中断服务程序的入口地址。寻找中断服务程序入口地址的方法有软件方法和硬件方法两种。软

6、件方法也就是查询方式。硬件方式目前均采用矢量中断方式。所谓矢量中断，即当CPU响应中断后，由提出中断请求的中断源向CPU发出一个中断矢量，CPU根据这个中断矢量找到中断程序的入口地址，转到相应的中断服务程序。使用IntelCPU的PC系列微机系统采用的就是矢量中断方式。概括来说，CPU响应中断的整个过程中要自动完成三项任务：①关闭中断(禁止CPU响应其他中断申请)。②保护断点现场信息(将断点和标志寄存器的内容入栈)。③获得中断服务入口地址，转到中断服务程序。一旦CPU响应中断，就可转入中断服务程序，中断处理要做好如图4-2所示的

7、6件事。①保护现场CPU在响应中断时自动完成对断点和标志寄存器内容的保护，但对主程序中使用的寄存器的保护由用户视使用情况而定。由于中断程序也要用到某些寄存器，若不保护这些寄存器在中断前的内容，中断服务程序会将其修改。这样的话，从中断服务程序返回主程序后，程序不能正确执行。由用户保护这些寄存器内容的功能称为保护现场，实质上是执行PUSH指令，将需要保护的寄存器的内容推入堆栈。②开中断CPU接收并响应一个中断后会自动关闭中断，以防止其他的中断打断它。但在某些情况下，有比该中断更优先的情况要处理，此时，应停止对该中断的服务而转入优先级

8、更高的中断处理，故需要再开中断。若不允许响应更高级别的中断请求，在此不用开中断。③提供中断服务中断服务的核心就是对某些中断的处理，比如传送数据、处理掉电紧急保护、各种报警状态的控制处理等。④关中断由于开中断，因此这里对应一个关中断过程，以便恢复现场的工作能顺利进