大学理科课件 第9章 中断及中断控制器.ppt

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1、第9章中断及中断控制器本章主要内容（1）中断的基本概念（2）中断的响应和处理过程（3）中断服务程序设计9.1基本概念9.1.1中断在程序运行时，系统外部、内部或现行程序本身若出现紧急事件，处理器必须立即强行中止现行程序的运行，改变机器的工作状态并启动相应的程序来处理这些事件，然后再恢复原来的程序运行，这一过程称为中断(interrupt)。在通用计算机中，为了提高系统的效率，采用CPU与外设并行工作的方式，中断就作为外设和CPU之间联系的手段。随着计算机系列化产品和操作系统的出现，中断系统的地位更加重要。1.中断源能够向CPU

2、发出中断请求的中断来源称为中断源。常见的中断源为：(1)一般的输入/输出设备，如CRT终端、打印机等；(2)数据通道，如磁盘、磁带等；(3)实时时钟，如定时器输出的作为定时中断请求信号等；(4)故障信号，如电源掉电等；(5)软件中断，如为调试程序而设置的中断源。2.现代计算机采用的中断系统的主要目的（1）维持系统的正常工作，提高系统效率；（2）实时处理；（3）为故障处理作准备。9.1.2中断响应和处理的一般过程每个中断源向CPU发出的中断请求信号通常是随机的，而大多数CPU都是在现行指令周期结束时，才检测有无中断请求信号到来。

3、故在现行指令执行期间，各中断源必须把中断请求信号锁存起来，并保持到CPU响应这个中断请求后，才清除中断请求。CPU在执行每条指令的最后一个机器周期的最后一个时钟周期，检测中断请求信号输入线。若发现中断请求信号有效，对于可屏蔽中断还必须CPU开放中断，则在下一总线周期进入中断响应周期。进入中断响应周期后，中断响应和处理的一般过程如下。进入中断响应周期后，中断响应和处理的过程如下：1）关中断CPU在响应中断时，发出中断响应信号INTA，同时内部自动地关中断，以禁止接受其他的中断请求。2）保存断点把断点处的指令指针IP值和CS值压入

4、堆栈，以使中断处理完后能正确地返回主程序断点。3）识别中断源CPU要对中断请求进行处理，必须找到相应的中断服务程序的入口地址，这就是中断的识别。4）保护现场为了不使中断服务程序的运行影响主程序的状态，必须把断点处有关寄存器(指在中断服务程序中要使用的寄存器)的内容以及标志寄存器的状态压入堆栈保护。5）执行中断服务程序在执行中断服务程序中，可在适当时刻重新开放中断，以便允许响应较高优先级的中断。6）恢复现场并返回把中断服务程序执行前压入堆栈的现场信息弹回原寄存器，然后执行中断返回指令，从而返回主程序继续运行。在上述中断响应及处理

5、的6项操作中，前3项是中断响应过程，一般由中断系统硬件负责完成；后3项是中断处理过程，通常是由用户或系统程序设计者编制的中断处理程序(软件)负责完成。针对一个具体的系统或机型，中断服务程序设计者应该清楚该系统在中断响应时，中断响应硬件完成了哪些操作（如程序状态字PSW是否已被压入堆栈），还需中断处理软件（中断服务程序）完成哪些操作。9.1.3中断优先级和中断嵌套1.中断优先级在实际系统中，多个中断请求可能同时出现，但中断系统只能按一定的次序来响应和处理，这时CPU必须确定服务的次序，即根据中断源的重要性和实时性，照顾到操作系统

6、处理的方便，对中断源的响应次序进行确定。这个响应次序称为中断优先级（priority）。通常，可用软件查询法确定中断优先级，也可用硬件组成中断优先级编码电路来实现。现代PC机中多采用可编程中断控制器（如8259A）来处理中断优先级问题。（1）软件查询法确定中断优先级采用软件查询法解决中断优先级只需要少量硬件电路。如图9.1所示，系统中有多种外部设备，将这些设备的中断请求信号相“或”，从而产生一个总的中断请求信号INTR发给CPU。图9.1软件查询接口电路磁盘磁带CRT显示键盘输入打印输出电源故障纸带输入保留INTR当CPU响应

7、中断请求进入中断处理程序后，必须在中断处理程序的开始部分安排一段带优先级的查询程序，查询的先后顺序就体现了不同设备的中断优先级，即先查的设备具有较高的优先级，后查的设备具有较低的优先级。一般来说总是先查速度较快或是实时性较高的设备。软件查询的流程如图9.2所示。图9.2软件查询流程图保护现场恢复现场A申请服务？B申请服务？C申请服务？外设A中断服务程序NNN外设B中断服务程序外设C中断服务程序YYY(2)菊花链优先级排队电路菊花链(DaisyChain)优先级排队电路是一种优先级管理的简单硬件方案。它是在每个设备接口设置一个简

8、单的逻辑电路，以便根据优先级顺序来传递或截留CPU发出的中断响应信号INTA*，以实现响应中断的优先顺序。（3）可编程中断控制器中断优先级管理的第三种方法是利用专门的可编程中断控制器，如可编程中断控制器8259A。2.中断嵌套当CPU正在执行优先级较低的中断服务程序时，允许响