微型计算机接口与技术第4章.pptVIP

第4章 微型计算机的中断系统 4.1 中断原理 4.1.1 中断的基本概念 1． 中断 由于某个事件的发生，CPU暂停当前正在执行的程序，转而执行处理该事件的一个程序。该程序执行完成后，CPU接着执行被暂停的程序。这个过程称为中断。 2． 中断源 引发中断的事件称为中断源。 有的中断源在CPU的内部，称为内部中断。如：程序异常（运算溢出等），陷阱中断（例如，单步运行程序等），软件中断（执行特殊指令）等。 大多数的中断源在CPU的外部，称为外部中断。如：外部故障（电源故障，存储器读写校验错），外部事件（定时时间到，外部特殊信号），IO事件（外部设备完成一次IO操作，请求数据传输）等。 3． 中断类型 用若干位二进制表示的中断源的编号，称为中断类型。 4． 中断断点 由于中断的发生，某个程序被暂停执行。该程序中即将执行，由于中断没有被执行的那条指令的地址称为中断断点，简称断点。 5． 中断服务程序 处理中断事件的程序段称为中断服务程序。如：故障中断服务程序，输入输出中断服务程序。 不同类型的中断需要不同的中断服务程序。 中断服务程序不同于一般的子程序。子程序由某个程序调用，它的调用是由程序设定的，因此是确定的。中断服务程序由某个事件引发，它的发生往往是随机的，不确定的。 6． 中断系统 为实现计算机的中断功能而配置的相关硬件、软件的集合称为中断系统。 4.1.2 中断工作方式的特点 具备了中断功能后，计算机的整体性能可以得到很大的提高。具体表现为： 1. 并行处理能力 有了中断功能，可以实现CPU和多个外设同时工作，仅仅在它们相互需要交换信息时，才进行“中断”。这样CPU可以控制多个外设并行工作，提高了CPU的使用效率。 2. 实时处理能力 计算机应用于实时控制时，现场的许多事件需要CPU能迅速响应、及时处理，而提出请求的时间往往又是随机的。有了中断系统，才能实现实时处理。 3. 故障处理能力 在CPU运行过程中，有时会出现一些故障，例如，电源掉电(指电源电压快速下降，可能即将停电)、存储器读写检验错、运算出错等。可以利用中断系统，通过执行故障处理程序进行处理，不影响其他程序的运行。 4． 多道程序或多重任务的运行 在操作系统的调度下，使CPU运行多道程序或多重任务。一个程序需要等待外设I/O操作结果时，就暂时“挂起”,同时启动另一道程序运行。I/O操作完成后，挂起的程序再排队等待运行。这样，多个程序交替运行。从大的时间范围来看，多道程序在“同时”运行。也可以给每道程序分配一个固定的时间间隔，利用时钟定时中断进行多道程序的切换。由于CPU速度快，I/O设备速度慢，各道程序感觉不到CPU在做其他的服务，好像专为自己服务一样。 4.1.3 中断管理 中断系统需要实现对中断全过程的控制，解决中断源识别、中断优先权和中断嵌套等一系列问题。 1. 对中断全过程的控制 中断源发出中断请求时，CPU能决定是否响应这一中断。若允许响应这个中断请求，CPU能在保护断点后，将控制转移到相应的中断服务程序去，中断处理完，CPU能返回到断点处继续执行被中断的程序。 2. 中断源的识别 如上所述，计算机内有多个不同的中断源。CPU收到中断请求之后，需要识别是哪一个中断源发出了中断请求信号，以便执行相应的中断服务程序。 中断源的识别有软件和硬件二种方法。 软件识别方法：不论发生了哪一种中断，CPU响应中断后，进入同一个中断处理程序。在这个程序里，CPU逐个查询各中断源的状态，从而确定是哪一个设备申请了中断。 硬件识别方法：CPU响应中断后，进入一个“中断响应周期”。在这个周期里，申请中断的设备向CPU发送它的中断类型。 3． 中断的优先权 对于系统中的所有中断源，必须根据中断的性质及处理的轻重缓急对中断源进行排队，并给与优先权。所谓优先权，是指有多个中断源同时提出中断请求时，CPU响应中断的优先次序。 确定中断优先权有多种可选的方法。 （1）软件查询法 采用程序查询的方法确定中断服务的顺序。CPU响应中断后，用软件查询的办法确定哪个中断源提出了中断申请。同时有多个中断申请时，首先被查询的中断首先被处理，因而拥有较高的优先权。 （2）分类申请法 CPU分设二个中断申请信号的输入引脚。 可屏蔽中断申请引脚（INTR）：普通的中断申请信号通过这个引脚输入CPU。CPU的内部有一个“中断允许寄存器”（IF），它的状态可以由程序设定。IF=1时，CPU在一条指令执行完成后可以响应来自INTR的中断申请；IF=0时，CPU不响应来自INTR引脚的中断请求。 不可屏蔽中断申请引脚（NMI）：紧急的中断申请信号通过这个引脚输入CPU。除了CPU响应DMA的请求之外，在一条指令执行完成后CPU总是响应来自NMI的中断