西安邮电大学计算机学院微型计算机原理课件 第7章（2）.pptVIP

* * 7.3 中断技术 7.3.1. 中断的基本概念 1. 中断的定义 计算机在执行正常程序过程中，当出现某种异常事件或某种外部请求时，处理器就暂停执行当前的程序，而转去执行对异常事件或某种外部请求的处理操作。当处理完毕后，CPU再返回到被暂停执行的程序，继续执行，这个过程称为程序中断。 图7.10 中断过程示意图 2. 中断系统 为实现中断功能而设置的硬件电路和与之相应的软件，称为中断系统。 3. 中断源 所谓中断源，是指引起中断的原因或发出中断请求的来源。中断源可分为硬件中断源和软件中断源两类。 4. 中断处理过程 对于一个中断源的中断处理过程应包括中断请求、中断响应、保护断点、中断处理和中断返回等五个过程。 ① 中断请求：是中断源向CPU发出的请求中断的要求。软件中断源是在CPU内部有中断指令或程序出错直接发中断；而硬件中断源必须通过专门的电路将中断请求信号送给CPU，CPU也有专门的引脚接收中断请求信号。 例如，8086/8088 CPU用INTR引脚(可屏蔽中断请求)和NMI引脚(非屏蔽中断请求)接收硬件中断请求信号。一般外设发出的都是可屏蔽中断请求。 输入 锁存器 数据总线 中断请求 D 端口 译码 地址总线 Q 中断屏蔽 INT ＋5 V 输入 设备 三态 缓冲器 Q RD 图7.11 中断请求与屏蔽接口电路 ② 中断响应：是指当计算机系统接收到中断请求后应作出的反应。中断响应应具备两个条件：一是中断允许触发器的状态为1（即开中断），二是CPU在执行完现行指令之后。 R ≥1 允许中断 开中断指令 关中断指令 CPU CPU响应中断信号 INTR RESET S Q 图7.12 CPU内部设置中断允许触发器 ③ 保护断点：所谓断点是指处理完中断后返回主程序时执行的第一条指令的逻辑地址（即当时的CS和IP的值）。因此，CPU一旦响应中断，需要对其正在执行程序的断点信息进行保护（即将CS和IP的值压入堆栈），以便在中断处理结束后仍能回到该断点处继续执行。 ④ 中断处理：是指执行完成中断服务功能的处理程序。它主要包括保护现场(将中断服务程序中涉及到的寄存器内容压入堆栈)、中断服务(是中断服务的核心，可完成中断服务的功能)和恢复现场(将原先压入堆栈的寄存器内容再弹回到CPU相应的寄存器中)等。 ⑤ 中断返回：是指执行完中断服务程序后返回到原先被中断的程序。它是保护断点的逆过程，即将原先压入堆栈的断点值弹回到CS和IP中，继续执行程序。 7.3.2 中断优先级和中断的嵌套 1．中断优先级 中断请求是随机发生的，当系统具有多个中断源时，有时会同时出现多个中断请求，CPU只能按一定的次序予以响应和处理，这个响应的次序称为中断优先级。对于不同级别的中断请求，一般的处理原则是： (1) 不同按高低。不同优先级的多个中断源同时发出中断请求，按优先级由高到低依次处理。 (2) 低级让高级。低优先级中断正在处理，出现高优先级请求，应转去处理高优先级请求，服务结束后再返回原优先级较低的中断服务程序继续执行。 (3) 高级封低级。高优先级中断正在处理，出现低优先级请求，可暂不响应。 (4) 同级等处理。中断处理时，出现同级别请求，应在当前中断处理结束以后再处理新的请求。 中断优先级 多个中断请求急， 要分中断优先级。 不同中断按高低， 同级中断等处理， 低级中断让高级， 高级中断封低级。 屏蔽中断要允许， 等到最后一个T4。 2．中断优先级的确定 在微机系统中通常用三种方法来确定中断源的优先级别，即 软件查询法 硬件排队电路法 专用中断控制芯片法 1) 软件查询法 软件查询法需要简单的硬件电路支持。以8个中断源为例，其硬件电路如图7.13所示，将8个外设的中断请求组合起来作为一个端口(中断寄存器)，并将各个外设的中断请求信号相或，产生一个总的INT信号。 ≥1 CPU D 7 INTR INT 1 中 断 寄 存 器 INT D 0 INT 2 … INT 8 … … 图7.13 软件查询法的硬件电路 任一个外设有中断请求，该电路都可向CPU发中断请求信号(INT)，CPU响应后进入中断处理程序，在中断处理程序的开始先把中断寄存器的内容读入CPU，再对寄存器内容进行逐位查询，查到某位状态为1，表示与该位相连的外设有中断请求，于是转到与其相应的中断服务程序，同时该外设撤消其中断请求信号。软件查询方式的流程图如图7.14所示。 对1号中断源服务 N N N Y Y Y 断点保护 INT 1 ？ IN