第九章 微型计算机中断系统
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微机原理 第9章 微型计算机中断技术
9.2.3 8086的中断响应过程
2、可屏蔽中断响应 当CPU检测到外设有中断请求(即INTR为高电 平)时，CPU又处于允许中断状态（IF=1），则 CPU就进入中断响应周期。在中断响应周期中， CPU自动完成如下操作： 1）处理器接到中断申请，处理完当前指令即进入中 断响应周期； 2）第二阶段即中断响应周期，在此期间CPU向外部 中断控制器发送两个响应脉冲信号/INTA。第一 个响应脉冲通知中断控制器，已经响应外部中断 请求，让中断控制器提供中断类型号。第二个响 应脉冲，CPU取走中断类型号。
9.1.3 中断工作过程
中断处理：中断处理也叫中断服务，是由中断服 务程序完成的。中断服务程序一般应由以下几部 分按顺序组成： （1）保护现场 （2）CPU开放中断 （3）中断服务程序 （4）CPU关中断 （5）恢复现场 中断返回：IRET指令自动返回到断点地址，继续 执行被中断的程序。
9.2 8086的中断结构
中断向量为4030H：2010H
9.2.3 8086的中断响应过程
一、内部中断响应过程 1、将类型号乘4，计算中断向量指针； 2、CPU的标志寄存器压栈，以保护各个标志位； 3、清除IF和TF标志，屏蔽可屏蔽中断和单步中断； 4、保存断点，即把断点处的IP和CS值压入堆栈，先 压入CS值，再压入IP值； 5、根据第一步计算出来的中断向量指针从中断向量 表中取出中断服务程序的入口地址（段地址和偏 移地址）即中断向量，分别送至CS和IP中； 6、转入中断服务程序执行。
9.1.2 中断系统的功能
二、能实现优化级排队 设计者事先根据轻重缓急，给每个中断 源确定不同的级别，也就是在实际的计算 机系统中，为不同的中断源设定不同的优 先级。 优先级管理可以使系统具备有序的事件 处理能力。
第9章 微机中断系统(施庆平)A
第9章微机中断系统中断系统是冯〃诺依曼结构计算机的一项重要技术，尤其为解决当前高速运算CPU与低速外部设备信息交换之间的矛盾提供了手段。
它也是提高计算机工作效率的一种重要手段。
对于那些信号变化是随机的、而且要求快速响应和处理的、实时要求高的应用场合，中断更是一种不可缺少的功能。
8086/8088系列有功能很强的中断系统，它可通过8259A 可编程中断控制器来实现。
本章首先介绍了中断系统的基本概念：中断、中断系统、中断向量、中断向量表、中断处理过程、中断优先权与中断嵌套，然后对8086CPU的中断系统进行了介绍，最后对8259A 可编程中断控制器的原理及其应用作了重点讨论。
9.1 中断系统的基本概念9.1.1 中断与中断系统功能1.中断基本概念“中断”是一种信号，它告诉微处理机已发生了某种需要特别注意的事件，需要去处理或为其服务。
中断是这样一个过程：当CPU内部或外部出现某种事件（中断源）需要处理时，中止正在执行的程序（断点），转去执行请求中断的那个事件的处理程序（中断服务程序），执行完后，再返回被暂时中止执行的程序（中断返回），从断点处继续执行。
2. 中断系统及其作用、功能中断系统是实现中断功能的软、硬件的集合。
整个中断过程由计算机的中断系统配合用户设计的中断服务程序来实现。
中断系统在微机中可以有以下作用：（1）实现并行处理；（2）实现实时处理；（3）实现故障处理。
微机的中断系统应具有以下功能：（1）中断响应：当中断源有中断请求时，CPU能决定是否响应该请求。
（2）断点保护和中断处理:在中断响应后，CPU能保护断点，并转去执行相应的中断服务程序。
（3）中断优先权排队：当有两个或两个以上中断源同时申请中断时，应能给出处理的优先顺序，保证先执行优先级高的中断。
（4）中断嵌套：在中断处理过程中，发生新的中断请求，CPU应能识别中断源的优先级别，在高级的中断源申请中断时，能中止低级中断源的服务程序，而转去响应和处理优187第9章微机中断系统先级较高的中断请求，处理结束后再返回较低级的中断服务程序，这一过程称中断嵌套或多重中断。
微型计算机的中断系统(2)
▪ 中断向量：把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量；
▪ 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。
▪ 向量表地址：中断向量在中断向量表中的位置。
8086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，整个中断向量的排列是按中断类型号进行的。
控制。当其中某位置”0”时，则相应的中断请求可以向CPU提出；否则，相应 的中断请求被屏蔽，即不允许向CPU提出中断请求。该寄存器的内容为8259A的 操作命令字OCW1，可以由程序设置或改变。 ▪ 中断服务寄存器ISR： 8位，当CPU正在处理某个中断源的中断请求时，ISR寄存 器中的相应位置1。 ▪ 优先级比较器PR：用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先 级别，以决定是否产生多重中断或中断嵌套。
最高
非屏蔽中断NMI
可屏蔽中断INTR
单步中断
最低
中断类型码或者包含在指令中，或者预先规定； 所有内部中断和NMI中断都不执行INTA总线周期； 除单步中断外，任何内部中断都无法禁止且都比外部中断优先级高；
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
中断向量和中断向量表
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
中断分类及中断类型码
8086/8088系统最多可处理256级不同类型的中断。
▪ 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。
▪ 向量表地址：中断向量在中断向量表中的位置。
8086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，整个中断向量的排列是按中断类型号进行的。
控制。当其中某位置”0”时，则相应的中断请求可以向CPU提出；否则，相应 的中断请求被屏蔽，即不允许向CPU提出中断请求。该寄存器的内容为8259A的 操作命令字OCW1，可以由程序设置或改变。 ▪ 中断服务寄存器ISR： 8位，当CPU正在处理某个中断源的中断请求时，ISR寄存 器中的相应位置1。 ▪ 优先级比较器PR：用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先 级别，以决定是否产生多重中断或中断嵌套。
最高
非屏蔽中断NMI
可屏蔽中断INTR
单步中断
最低
中断类型码或者包含在指令中，或者预先规定； 所有内部中断和NMI中断都不执行INTA总线周期； 除单步中断外，任何内部中断都无法禁止且都比外部中断优先级高；
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
中断向量和中断向量表
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第七章：微型计算机的中断系统——8086的中断系统
中断分类及中断类型码
8086/8088系统最多可处理256级不同类型的中断。
第七章,微型计算机的中断系统
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第七章：微型计算机的中断系统——中断控制器8059A 8259A的内部结构和工作原理
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第七章：微型计算机的中断系统——中断控制器8059A 8259A的内部结构和工作原理
数据总线缓冲器：它是8259A与系统数据总线的接口，是8位双向三态缓冲器。 CPU与8259A之间的控制命令信息、状态信息以及中断类型信息，都是通过该 缓冲器传送的。 读/写控制逻辑：CPU通过它实现对8259A的读/写操作。 级连缓冲器：用以实现8259A芯片之间的级连，使得中断源可以由8级扩展至 64级。 控制逻辑电路：对整个芯片内部各部件的工作进行协调和控制。 中断请求寄存器IRR：8位，用以分别保存8个中断请求信号，当相应的中断请 求输入引脚有中断请求时，该寄存器的相应位置1。 中断屏蔽寄存器IMR：8位，相应位用以对8个中断源的中断请求信号进行屏蔽 控制。当其中某位置”0”时，则相应的中断请求可以向CPU提出；否则，相应 的中断请求被屏蔽，即不允许向CPU提出中断请求。该寄存器的内容为8259A 的操作命令字OCW1，可以由程序设置或改变。 中断服务寄存器ISR： 8位，当CPU正在处理某个中断源的中断请求时，ISR寄 存器中的相应位置1。 优先级比较器PR：用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先 级别，以决定是否产生多重中断或中断嵌套。
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第七章：微型计算机的中断系统——中断控制器8059A 8259A的编程——8259A的控制字
8259A的命令字有两种。一种是初始化命令字(ICW)，在8259A启动之前写 入，使其处于预定的初始状态。另一种是操作命令字(OCW)，使处于初始状态 的8259去执行具体的某种操作方式。操作命令字可在8259初始化后的任何时 刻写入。
IR7 IR6
微机原理与接口技术9章8253
定时器/计数器
• 主要内容
– 定时与计数 – 可编程定时器/计数器接口芯片8253
定时与计数
• 定时技术在微机系统中必不可少
– 微机的工作在标准时钟控制下完成 – 为外设提供实时时钟 – 向外设定时发出控制信号
• 定时中断、定时检测、定时扫描、定时显示……
– 对外部事件进行计数
定时与计数
• 定时与计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式4——软件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由软件启动，每次写入计数初值只启动一次 计数 – 当计数值为N时，则间隔N＋1个CLK脉冲输出一 个负脉冲（计数一次有效） – 在计数过程中，可由GATE信号控制暂停。当 GATE＝0时，暂停计数；当GATE＝1时，继续计 数 – 在计数过程中写入新的计数初值，则按新的初值 重新开始计数
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 波形图
可编程定时/计数芯片8253
• 8253的工作方式
– 方式5——硬件触发的选通信号发生器
• 工作特点
– 计数由GATE上升沿启动，只要GATE端给触 发脉冲，则会装入计数值，并开始计数 – 在这种方式下，若设置的计数值是N，则在 GATE脉冲后，经过（N＋1）个CLK，OUT端 才输出一个负脉冲 – 在计数过程中修改计数初值，不会影响本次计 数，只有GATE端再次触发时，才按新的计数 值计数
微机原理与接口技术
第九章 8253
第8章 微型计算机的中断系统
清0，并立即改变各级中断的优先级别，改变方式与普通
EOI循环方式相同。 注意：使用这种方式要小心，防止重复嵌套产生。
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5、中断源的屏蔽方式 (2种)
（1）普通屏蔽方式 通过操作命令字OCW1将中断屏蔽寄存器IMR中某一
位或某几位置“1”，可将对应位的中断请求屏蔽掉。
例8-8 屏蔽第2、3、5、6位进入的中断请求，假设8259A 的端口地址为20H，21H。 MOV AL，01101100B OUT 21H，AL （2）特殊屏蔽方式 此方式能对本级中断进行屏蔽，而允许优先级比它高 或低的中断进入。通过OCW3进行设置。
（1）普通EOI结束方式 特点： ① 在完全嵌套工作方式下，任何一级中断处理结束返回上 一级程序前，CPU向8259A传送EOI结束命令，8259A收到 EOI结束命令后，自动将ISR寄存器中和当前正在处理的 中断对应的位清“0”。
② EOI结束命令必须放在返回指令IRET前，没有EOI结束命
令，ISR寄存器中对应位仍为“1”，继续屏蔽同级或低 级的中断请求。
主片来说是同级中断请求。当主片处于特殊全嵌套工作
方式时，主片就能允许对相同级别的中断请求开放。 常用特殊EOI结束方式来结束中断的处理过程。
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（3）优先级自动循环方式 特点： ① 在优先级自动循环方式中，优先级别可以改变。 ② 初始优先级次序规定为IR0、IR1、„、IR7，当任何一级
中断被处理完后，它的优先级别变为最低，将最高优先级
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2、优先级的设置方式(4种)
（1）完全嵌套方式 特点： ① 若8259A初始化后没有设置其它优先级的方式，就自动 进入完全嵌套方式。 ② 在这种方式下，中断优先级分配固定级别0~7级，IR0 具有最高优先级，IR7优先级最低。 ③ 可将初始化命令字ICW4中的SFNM＝0，将8259A置成完 全嵌套优先级方式。 ④ 允许打断正在处理的中断，优先处理更高级的中断， 实现中断嵌套，但禁止同级与低级中断请求进入。 ⑤ 可用普通EOI结束方式、自动AEOI结束方式来结束中断 的处理过程。
微机原理与接口-第8章 微型计算机中断系统2
微机原理与接口
3）中断响应（续）
• CPU响应中断时，要做下述三项工作：
– 向中断源发出INTA中断响应信号； – 断点保护，包括CS、IP和PSW（FLAGS）。
这主要是保证中断结束后能返回被中断的程序。 – 获得中断服务程序首地址（入口）。
微机原理与接口
4）中断处理（中断服务）
• 中断服务子程序要做的工作
SP
进入中断服 务程序时
IPL IPH CSL CSH FLAGL FLAGH
中断返回后
SP
IPL IPH CSL CSH FLAGL FLAGH
IP CS FLAG
8.4 可编程中断控制器8259A
• 了解8259A的功能 • 熟悉8259A的工作方式 • 掌握8259A的编程方法 • 学会使用8259A管理计算机系统的中断 一、功能和引脚
– 外部中断
• 非屏蔽中断NMI：类型号2
• 可屏蔽中断INTR：类型号由PIC提供。IF=1时 CPU才能响应。
与中断有关的控制线为：NMI、INTR、INTA#
三、中断的向量表（IVT）
概述
所谓中断向量，实际上就是中断服务程序的入口 地址，每个中断类型对应一个中断向量即地址指针。
中断类型号通过一个地址指针表与中断服务程序 的入口地址相联，该表称为中断向量表。
微机原理与接口
VCC A0 INTA IR7
IR6 IR5 IR4 IR3
IR2 IR1 IR0 INT SP/EN
CAS2
一、功能和引脚
8259A 微机原理与接口
D7~D0：数据总线，双向，三态。用于与CPU之间 传送命令、状态、中断类型码。
RD ：读信号，输入。用来通知8259把某个内部寄
微型计算机基本原理与应用课件第9章中断及中断控制器
︽︾
0000:0014H
CS
0000:0013H 溢出中断
IP
0000:0010H
CS
0000:000FH 断点中断
IP
0000:000CH
CS
0000:000BH 非屏蔽中断
IP
0000:0008H
CS
0000:0007H 单步中断
IP
0000:0004H
CS
0000:0003H
除数为0中断
IP
0000:0000H
标志IF为1，那么CPU就会在执行完当前指令后响应这 一中断请求。
下面以8086系统为例，具体介绍一下可屏蔽中断的响 应时序。
图9.9 8086的中断响应总线周期
CLK
第一个总线周期 T1 T2 T3 T4
三个空闲状态 TI TI TI
第二个总线周期 T1 T2 T3 T4
____ INTA
AD7~AD0
如图9.4所示。
图9.4 中断嵌套示意图
STI
STI
.
. . .
. . IRET. .
. IRET.
.
.
中断嵌套的深度（中断服务程序又被中断的层次）受 到堆栈容量的限制。
所以在编写中断服务程序时，必须要考虑有足够的堆 栈单元来保留多次中断的断点信息及有关寄存器的内 容。
9.2 80x86实模式的中断系统
INTR
电 源 故 障
磁 盘
磁 带
纸
CRT 显示
带 输
入
保 留
键打 盘印 输输 入出
▪ 当CPU响应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。
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习题 CH9 微型计算机中断系统
8086 CPU中断系统最多可管理 256 个不同中断源，
由IF标志控制响应的称为
中断。 可屏蔽
8259A主要用于 中断 接口设计；管理30级中断，
至少需要 5 片8机中断系统
下左图所示为8086中断向量表中的部分内容，填
从此处读出4字节内容即为中断向量。
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习题 CH9 微型计算机中断系统
写出两种8086中断向量表的建立方法。（略） 说明8086 CPU软中断和调用子程序过程的异同。
答：相同点：二者都是在需要时，用户用相应的指令实现
不同点： 调用子程序时，指令已经指明子程序的入口地
址，而软中断则需要根据指令中提供的中断类型号，查中断 向量表才能得到中断服务程序的入口地址；调用子程序时， 系统只是保护断点处的地址，而软中断，系统不仅保护断点 处的地址，而且还保存PSW寄存器的内容。
3
习题 CH9 微型计算机中断系统
写出下列中断类型的中断优先级，按顺序排列。
①单步中断，②除法出错，③可屏蔽中断，④不可
屏蔽中断。 答：除法出错，不可屏蔽中断，可屏蔽中断，单步
中断。
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习题 CH9 微型计算机中断系统
什么是中断类型码、中断向量、中断向量表？在基于
8086/8088的微机系统中，中断类型码和中断向量之间有什么关 系？ 答：处理机可处理的每种中断的编号为中断类型码。 中断向量是指中断处理程序的入口地址，由处理机自动寻址。 中断向量表是存放所有类型中断处理程序入口地址的一个默认 的内存区域。 8086系统中，中断类型码乘4得到向量表的入口，
外部中断 和 内部中断 两大类，8086系统中硬件中 断可分为 可屏蔽中断 和 非屏蔽中断两种。 8086系统最多能识别 256 种不同类型的中断， 每种中断在中断向量表中分配有 个字节单元， 4 用以指示中断服务程序的入口地址。 8086提供的可接受外部中断请求信号的引脚 是 INTR 和 NMI 。两种请求信号的不同 之处在于 是否可被屏蔽 。 采用级联方式，用9片8259A可管理 64 级中断。
空写出对应该中断源的中断类型号及其中断处理
程序的首地址。
答：中断类型号： 16H
； 中断处理程序首地址： 5040H:3020H 。
00057H 10H 00058H 20H 00059H 30H 0005AH 40H 0005BH 50H 0005CH 60H
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习题 CH9 微型计算机中断系统
8086/8088 CPU 的中断分成