微机原理与接口技术(西电)_第8章.pdf

第8章中断技术 第8章中断技术 8.1 中断概述 8.2 多级中断管理 8.3 IBM-PC机的中断系统 8.4 可编程中断控制器Intel 8259A 习题8 第8章中断技术 8.1 中断概述 8.1.1 中断的基本概念 当CPU与外设工作不同步时，很难确保CPU在对外设进行 读写操作时，外设一定是准备好的。为保证数据的正确传送， 可采用查询方式。但是在查询方式下，CPU主动地查询所有外 设以确定其是否准备好，是否需要进行数据传送，会使CPU 的 效率降低，特别是与低速外设进行数据交换时，CPU需要等待 更多的时间。另外在对多个外设进行I/O操作时，如果有些外设 的实时性要求较高，CPU有可能因来不及响应而造成数据丢失。 第8章中断技术 为了解决上述问题，引入了中断技术。所谓中断，是指计 算机在正常执行程序的过程中，由于某事件的发生使CPU暂时 停止当前程序的执行，而转去执行相关事件的处理程序，结束 后又返回原程序继续执行，这样的一个过程就是中断。 中断最初的目的是为了解决高速CPU与低速外设之间的速 度矛盾。实际上，中断的功能远远超出了预期的设计，被广泛 地应用在分时操作、实时处理、人机交互、多机系统等方面， 中断技术大大地提高了CPU 的工作效率。中断的优点有下面三 点。 第8章中断技术 1. 分时操作 中断技术实现了CPU和外部的并行工作，从而消除CPU 的等待 时间，提高了CPU 的利用率。另外，CPU可同时管理多个外部设备 的工作，提高了输入/输出数据的吞吐量。 CPU与外部设备进行数据传输的过程如下：CPU启动外部设备 工作后，执行自己的主程序，此时外部设备也开始工作。当外设需 要数据传输时，发出中断请求，CPU停止它的主程序，转去执行中 断服务子程序。中断处理结束以后，CPU继续执行主程序，外部设 备也继续工作。如此不断重复，直到数据传送完毕。在此操作过程 中，对CPU来说是分时的，即在执行正常程序时，接收并处理外部 设备的中断请求，CPU与外部设备同时运行，并行工作。 第8章中断技术 2. 实时处理 在实时控制系统中，现场定时或随机地产生各种参数、信 息，要求CPU立即响应。利用中断机制，计算机就能实时地进 行处理，特别是对紧急事件的处理。 3 ．故障处理 计算机运行过程中，如果出现某些故障，如电源掉电、运 算溢出等，计算机可以利用中断系统自行处理。 第8章中断技术 8.1.2 中断的响应过程 1．中断源 所谓中断源，就是引起中断的原因或者发出中断请求的设 备。中断源一般分为两类：内部中断源和外部中断源。内部中 断源即中断源在微处理器内部。如计算溢出、中断指令的执行、 程序调试中指令的单步运行等都是内部中断源。外部中断源， 即引起中断的原因是处理机的外部设备。如外设的I/O请求、定 时时间到、设备故障、电源掉电等都是外部中断源。 第8章中断技术 2. 中断的响应过程 中断处理一般需要经历下述七个过程。 1) 中断请求 当中断源需要CPU对它进行服务时，就会产生一个中断请 求信号。对外部中断源，这个信号加至CPU 的中断请求输入引 脚，形成对CPU 的中断请求；对内部中断源，则通过CPU 内部特 定事件的发生或特定指令的执行作为对CPU 的中断请求。 第8章中断技术 2) 中断响应 CPU接受中断请求就称为中断响应。当CPU执行到每条指 令的最后一个时钟周期时，就去检测是否有中断请求，如果有 中断请求，对内部中断源，CPU会无条件响应，而对外部中断 源，只有在满足响应条件时，CPU才会响应其中断请求。 3) 断点保护 当CPU响应某个中断时，就会转到相应中断源的服务程序 上。为了使CPU在完成中断服务后能返回原程序继续执行，需 要将原程序被中断处的相关信息保存到堆栈中。对8086/8088 CPU，断点处的IP 、CS和标志寄存