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微机原理第八章

中断系统

中断的概念

定义

• 计算机在执行正常程序的过程中，由于内部或外部事件发生，需要暂时中止当前程序运行，转到预先安排的中断服务程序，服务程序结束后恢复原来程序运行的这一元整过程。

  

中断的作用和特点

• 中断是CPU与外设间数据传输方式之一

• 中断提高对外设请求的实时响应性(高速CPU与低速外设的矛盾)

  

  • 查询:CPU需花费大量时间查询等待。当系统中有多个外设时,不具备实时性。
  • 中断:外设准备就绪，会主动向CPU发出请求。CPU与外设大部分时间并行工作,效率高。适用于实时控制、处理突发/紧急事件等。

中断的分类

外部中断（硬件）

• 不可屏蔽中断

  • 由NMI引入

  

  • 无条件响应，不能由软件禁止
  • 中断类型号2（INT 2)
  • 主要用于处理系统的意外或故障，如电源掉电、存储器读/写错误、扩展槽中输入/输出通道错误等。

  

• 可屏蔽中断

  • 由INTR引入

    

    • 高电平,维持到响应中断

  • 可由软件控制:STI/CLI IF=1/0 允许/禁止

  • 可屏蔽中断用于CPU与外设进行数据交换，常通过8259A(可编程中断控制器）与CPU连接

    

内部中断（软件）

• 定义

  • 不需要硬件支持
  • 不受IF标志控制
  • 基本都是不可屏蔽中断

• 方法

  • 除法错中断 INT 0
  • 单步中断 INT 1
  • 溢出中断 INT 4
  • 断点中断 INT 3
  • 其他 INT n

中断处理

问题:当有多个外设同时申请中断时，CPU应如何处理

• 中断优先级

  • 当多个中断源同时申请中断时,CPU按优先级由高到低的次序依次响应。
  • 高优先级中断可打断低优先级中断过程,实现中断嵌套;反之不然。

• 中断屏蔽

  • 通过软件设置（IF=O）,使CPU不响应外设的中断请求。

中断处理过程

• 中断查询

  • CPU在指令最后一个T状态检测INTR,若有请求且CPU允许、外设未屏蔽,则当前指令执行完后响应中断

• 中断响应

  • CPU向外设发 INTA,外设收到后,向DB送中断类型号n;此后,CPU

    • (1)从DB获取n
    • (2) FLAGS入栈,清IF, TF
    • (3) CS, IP入栈,保护断点
    • (4) n*4杏矢量表，取出入口地址并转向中断服务程序

• 中断服务

  • 保护现场,执行中断服务程序

• 中断返回

  • 恢复现场,IP, CS,FLAGS依次出栈,中断返回

• 中断源的识别

  • 查询中断法

    

  • 向量中断法

    • 存放入口地址的首地址=4*中断类型号

    

    • 中断向量表

      • 将每个设备中断入口地址依次排列存放,形成一个入口地址表,即:中断向量表。CPU根据外设提供的类型号从表中查找入口地址并转移。

      • 中断矢量(入口地址)的设置方法:

        • 利用DOS功能调用设置
        • AL ←中断类型号
        • DS: DX ←中服入口地址
        • AH ←25H
        • INT 21H

      • 例

        

        

• 含中断程序编写方法

  • 设置中断向量
  • 设置8259A中断屏蔽位
  • STI CPU与外设接口自动完成:
  • 外设通过INTR发请求
  • 当前指令执行完，CPU发两个INTA→外设
  • 外设→n至DB,CPU获取n
  • 保护标志与断点:FLAGS,CS,IP入栈并清除IF,TF
  • n*4,查向量表,取入口地址
  • 转向中断服务程序

• 中断优先级

  • IBM PC响应中断的优先顺序:

    • 内部中断→NMI(非屏蔽)→INTR(可屏蔽)→单步中断

  • 可屏蔽中断优先级设定方法:

    • 软件查询法
    • 硬件查询法
    • 专用优先级控制器（8259A）

  • 软件查询法

    

  • 硬件查询法

    

  • 中断嵌套

    • 仅用于可屏蔽中断，优先级决定响应等级