第7章 中断系统

中断的基本概念
中断是指CPU
中止正在执行的程序，转去执 行请求CPU 为之服务的内、外部事件的服务 程序，待该服务程序执行完后，又返回到被 中止的程序中继续运行的过程 中断源是指引起CPU中断的事件
中断的基本概念
中断源有：
(1)外部设备的请求，如CRT
终端、键盘、打
印机等； (2)由硬件故障引起的，如电源掉电，硬件损 坏等； (3)实时时钟，如定时器芯片等； (4)由软件引起的，如程序错、运算错、为调 试程序而设置的断点

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③执行一个总线写周期，将标志寄存器内容
压栈，同时使IF 为0，TF 为0；由INTR引脚 引入，它受中断允许标志的影响，也就是说， 只有当IF=1 时，可屏蔽中断才能进入，反之 则不允许进入，可屏蔽中断可有多个，一般 是通过优先级排队，从多个中断源中选出一 个进行处理；
中断处理过程
1.中断请求
中断请求是中断过程的第一步。中断源产生
中断请求的条件，因中断源而异
2.中断判优 两个或两个以上的中断源同时提出中断请求，必须 根据中断源的轻重缓急，给每个中断源确定一个中 断级别，CPU 首先响应优先级别最高的中断源的请 求，处理完毕后，再响应级别较低的中断源的请求。 中断判优的另一作用是决定可否实现中断嵌套。当 CPU 响应某一中断请求并为之服务时，若有一个优 先权更高的中断源发出请求，CPU 应能及时响应； 反之，若有一个优先权较低的中断源发出请求，中 断判优电路应屏蔽这一中断请求，直至原有中断请 求服务完再响应优先权较低的中断请求
2.软件中断（内部中断） 内部中断是由于80X86内部执行程序出现异常引起 的程序中断，包括除法错中断、溢出中断、INTn指 令中断、单步中断和断点中断。内部中断响应后不 需要INTA 总线周期，处理过程与NMI过程基本相同。 (1)除法错中断。在执行除法指令时，若除数为0 或 商超过寄存器所能表达的范围，则CPU 立即产生一 个0 型中断。 (2)溢出中断。如果上一条指令使溢出标志位OF 为1， 则执行INTO 指令产生中断，溢出中断的中断类型 号为4。
中断方式下接口电路
数据输入的过程：当外设发STB→数据入锁
存器，中断请求触发器置1→若没有屏蔽则产 生INTR→CPU满足条件（允许中断；指令执 行完）发INTA →（进入中断服务子程序）读 数据，发RD ，和地址→清中断请求触发器， 数据送D0～D7。
中断优先权
中断优先权管理有两层含义:

中断向量和中断向量表

图7-7 给出了中断 类型码与中断向量 所在位置之间的对 应关系。其中 00H～04H 为专用 中断，05H～3FH 为系统保留中断， 用户一般是不能对 它们定义的（这里 面有一些为固定的 用途。
中断向量和中断向量表

08H～0FH 为硬件中断；10H～1FH 为BIOS 调用； 20H～3FH 为DOS调用，如INT 21H 即为MS-DOS 的系统调用），40～FF 为用户定义的中断。中断 类型号×4 即可计算某个中断类型的中断向量在整 个中断向量表中的位置。如类型号为20H，则中断 向量的存放位置为20H×4=80H，（设中断服务子 程序的入口地址为4030：2010，则在0000： 0080H～0000：0083H 中就应顺序放入10H，20H， 30H，40H。当系统响应20H 号中断时，会自动查 找中断向量表，找出对应的中断向量装入CS，IP， 即转入该中断服务子程序

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(3)INTn 指令中断。在执行中断指令INTn 时产生的 一个中断类型号为n 的内部中断。 (4)单步中断。当陷阱标志TF 置“1”时，80X86 处 于单步工作方式。在单步工作时，每执行完一条指 令，CPU 自动产生中断类型号为1 的中断。 (5)断点中断。断点中断是80X86 提供的一种调试程 序的手段。用于设置程序中的断点，中断类型号为 3
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④执行一个总线写周期，把CS
内容压栈； ⑤执行一个总线写周期，把当前IP 内容压栈； ⑥执行一个总线读周期，从中断向量表中读 取中断服务程序的偏移地址并送IP； ⑥执行一个总线读周期，从中断向量表中读 取中断服务程序的段地址并送CS。
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中断源同时提出中断请求时，中断系统能根 据各中断源的性质分清轻重缓急，给出处理 的先后顺序，确保优先级别较高的中断请求 先处理
(3)能实现中断嵌套。若在中断处理过程中又
有新的优先级较高的中断源提出请求，中断 系统要能使CPU 暂停当前中断服务程序的执 行，转去响应和处理优先级较高的中断请求， 处理完后再返回原优先级较低的中断服务程 序中
中断优先权


3.专用硬件方式 采用可编程的中断控制器芯片，如Intel 8259A。 中断控制器使得CPU的INTR和INTA引脚不再与接口直接相 连，而是与中断控制器相连，外设的中断请求信号通过 IR0～IR7 进入中断控制器，经优先级管理逻辑确认为级别 最高的那个请求的类型号后会经过中断类型寄存器在当前中 断服务寄存器的某位上置1，并向CPU 发INTR 请求。CPU 发出INTA 信号后，中断控制器将中断类型码送出。在整个 过程中，优先级较低的中断请求都受到阻塞，直到较高级的 中断服务完毕之后，当前服务寄存器的对应位清0，较低级 的中断请求才有可能被响应
一是多个中断源同时提出请求时，应首先响
应优先权高的中断请求； 二是当CPU 正在处理某一级中断请求时，又 有其他的中断请求产生，这时应能响应更高 一级的中断请求，而屏蔽掉同级或较低级的 中断请求。
中断优先权
中断判优逻辑的具体实现方法有以下三种。 1.软件查询法 只需有简单的硬件电路，如将A，B，C 三台设备的 中断请求信号“或”后作为系统INTR，这时，A， B，C 三台设备中只要至少有一台设备提出中断请 求，都可以向CPU发中断请求。进入中断服务子程 序后，再用软件查询的方式分别对不同的设备的服 务，查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺 序就给出了设备的优先级

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3.中断类型码
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为每个中断源分配了一个中断类 型码，其取值范围为0～255，即可处理256 种中断。其中包括软件中断，系统占用的中 断以及开放给用户使用的中断。
中断向量和中断向量表
中断向量：把各个中断服务子程序的入口称为一个 中断向量； 中断向量表：将这些中断向量按一定的规律排列成 一个表，就是所谓的中断向量表，当中断源发出中 断请求时，即可查找该表，找出其中断向量，就可 转入相应的中断服务子程序。8086/8088中断系统 中的中断向量表是位于0 段的0～3FFFH 的存贮区 内，每个中断向量占四个单元，其中前两个单元存 放中断处理子程序的入口地址的偏移量（IP），低 位在前，高位在后；后两个单元存放中断处理子程 序入口地址的段地址（CS），也是低位在前，高位 在后，整个中断向量表的排列是按中断类型号进行 的
中断系统功能
(1)能实现中断响应、中断服务及中断返回。
当某一中断源发出中断请求时，CPU能决定 是否响应这一中断请求，若允许响应这个中 断请求，CPU 在保护断点后，将转移到相应 的中断服务程序中，中断处理完，CPU 返回 到原断点处继续执行原程序
(2)能实现中断优先权排队。当有两个或多个
中断响应过程与时序
1.硬件中断的响应过程 硬件中断是指由NMI引脚进入的非屏蔽中断或由 INTR引脚进入的可屏蔽中断。下面以可屏蔽中断为 例。 CPU在INTR引脚上接到一个中断请求信号，如果此 时IF=1，CPU 就会在当前指令执行完以后开始响应 外部的中断请求，这时，CPU在INTA引脚连续发两 个负脉冲，外设在接到第二个负脉冲以后，在数据 线上发送中断类型码，接到这个中断类型码后， CPU做如下动作：
中断优先权
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0X86有一个简单而灵活的中断系统，可处理
256 种不同的中断请求。 中断分为两大类，即外部中断（硬件中断） 和内部中断（软件中断）
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1.硬件中断 硬件中断即通过外部的硬件产生的中断，如打印机、 键盘等，有时也称为外部中断。硬件中断又可分为 两类：非屏蔽中断和可屏蔽中断。 (1)非屏蔽中断 非屏蔽中断NMI 信号连到CPU 的NMI 引脚，它不 受CPU 中断允许标志位IF 的控制。一旦发生，立 即转至中断类型号为2 的中断处理服务程序。NMI 的优先级高于INTR。当CPU 采样到NMI 有请求时， 在内部将其锁存，并自动提供中断类型号2，然后 按以下顺序处理：

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(2)可屏蔽中断 可屏蔽中断INTR 信号连到CPU 的INTR 引脚，它 受CPU 中断允许标志位IF 的控制，即IF=1 时， CPU 才能响应INTR 引脚上的中断请求。当可屏蔽 中断被响应时，CPU需执行7 个总线周期，即： ①执行第一个INTA 总线周期，通知外部中断系统 做好准备； ②执行第二个INTA 总线周期，从外部中断系统获 取中断类型号，并乘 单 硬 件 方 法
中断优先权
链式中断优先权排队电路，也称菊花链法。
基本原理是将所有的设备连成一条链，靠近 CPU 的设备优先级最高，越远的设备优先级 别越低，则发出中断响应信号时，若级别高 的设备发出了中断请求，在它接到中断响应 信号的同时，封锁其后的较低级设备使得它 们的中断请求不能响应，只有等它的中断服 务结束以后才开放，允许为低级的设备服务

CPU
响应中断的条件：①接收到中断请求信 号；②若是INTR 类中断，CPU 必须允许响 应；③等现行指令执行完
4.中断处理
中断处理通常是由中断服务程序完成的，一
般按以下模式设计： (1)保护现场 为不使中断服务程序的运行影响主程序的状 态，将中断服务程序中用到的寄存器内容压 入堆栈保护