微机原理与应用第6章中断.docx

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微机原理与应用第6章中断

第六章中断（interruption）

§6.1中断处理（interruptprocessing）

一．中断

为提高CPU利用率而采用的CPU与外设交换信息的一种重要方式

指计算机的CPU暂时终止它正在执行的程序，转去执行请求中断的外设或事件的中断服务程序，待处理完后又返回执行被暂时终止的程序这样一个过程

中断与调用子程序的最主要差别在于，调用子程序是在主程序中预先安排好的，中断处理则可能是随机的

二．中断的用途

1．实现分时操作

2．实现实时处理

3．实现故障处理

三．中断系统应具有的功能

1．能自动实现中断及返回

2．能实现中断优先

3．能实现多重中断

四．中断处理过程

中断处理过程包括：

中断请求、中断响应、中断处理、中断返回

1．中断请求

2．中断响应

<1>关中断

<2>保护断点

<3>转到中断服务子程序首地址：

CS:

IP=入口地址

3．中断处理及返回

<1>保护现场：

可用PUSH

<2>中断服务

<3>恢复现场：

可用POP

<4>开中断

<5>返回

（P161，F7-1）

§6.28086/8088中断系统（8086/8088interruptsystem）

一．中断源

外部中断和内部中断，或称硬件中断和软件中断，外部中断又分可屛蔽中断和非屛蔽中断（P164，F7-3）

·可屛蔽中断请求INTR

·非屛蔽中断请求NMI

·内部中断：

通过软件调用由CPU自己启动中断过程，内部中断是非屛蔽型的

INTn，（n=0~255）可调用所有中断子程序

INTO，溢出中断（n=4），标志OF=1时产生中断

除法出错（n=0），除数为0时产生INT0

单步（n=1），TF=1时每执行一条指令产生一次INT1

断点中断（n=3）,可插在程序任何处产生中断,同样用来调试程序

单步方式适用于较小程序，断点方式适用于较长程序

DEBUG设置程序断点时将INT3单字节指令（CCH）写入断点处指令的第一字节位置（原字节保存起来），程序执行到INT3时发生中断，一般显示当前寄存器内容及指定存储器内容，结束后取回保存字节恢复原指令

软件中断特点：

<1>中断类型号n由指令指定或隐含

<2>8088不运行中断响应周期INTA

<3>除单步中断外，其优先级比硬件中断高

<4>所有中断里,单步中断优先级最低，它可用IF=0来屛蔽

二．与中断有关的指令

INTn；SPSP-2，[SP+1，SP]Flags，IF0，TF0

SPSP-2，[SP+1，SP]CS，CS[TYPE×4+2]

SPSP-2，[SP+1，SP]IP，IP[TYPE×4]

IRET；IP[SP+1，SP]，SPSP+2

CS[SP+1，SP]，SPSP+2

Flags[SP+1，SP]，SPSP+2

CLI；IF0，禁止可屛蔽中断和单步中断

STI；IF1

三．中断向量表

256种类型，位于000~3FFH的1KB空间

（见P166，F7-4）

IP=[n×4]

CS=[n×4+2]

例:

INT21H,n×4=84H,则IP[85H，84H],CS[87H，86H]

四．中断处理顺序

·8086/8088各类中断的优先级别为：

除法出错，INTn，INTO高

NMI

INTR

单步中断低

·中断处理顺序如下流程：

（详见P169，F7-6）

·CPU在响应中断后，自动完成：

Flags入栈

清除IF、TF

CS入栈、IP入栈

取中断向量到IP、CS中转入中断子程

·中断返回执行IRET使Flags出栈，IF、TF恢复到中断前状态

·在用户编写的中断服务子程序中，要考虑是否需要保护现场（Flags，CS，IP以外的寄存器内容）

五．中断响应周期时序

CPU响应INTR请求的中断，首先产生两个中断响应总线周期，每个周期4T（P168，F7-5）

第一个INTA周期，CPU使地址/数据总线高阻，并在T2~T4发INTA给8259A，使之准备中断类型码

第二个INTA周期，CPU发INTA，8259A接收到该信号后送中断类型码n到数据总线D7~D0，CPU读取n后据此找到中断子程序入口地址

CPU获取n的三个途径：

默认的，指令给出的，外部提供的

六．中断响应条件

1．可屛蔽中断：

INTR有效，IF=1，没有内部中断，NMI无效，没有总线请求

2．非屛蔽中断：

NMI有效，没有内部中断，没有总线请求

§6.3BIOS和DOS

一．BIOS（基本输入/输出系统，BasicI/OSystem）

程序采用中断方式，向用户或操作系统提供一些主要外设控制功能，包括开机自检，显示器，通讯接口，键盘和打印机等的字符传送，图形发生等（程序写在主板上的ROM中）

在中断向量表中，

n=0~4CPU规定的5个专用中断

n=5~1FHROMBIOS使用

n=20H~FFHDOS和BASIC保留,用户可用60H~67H

实际DOS使用20H~3FH，40H~7FH系统未用

地址类型码功能

0~30除法错误

4~71单步

8~B2NMI

C~F3断点指令

10~134溢出

14~175打印屏幕

18~1B6保留

1C~1F7保留

20~238电子钟定时（18.21秒）

24~279键盘

28~2BA保留

2C~2FB异步通讯口2

30~33C异步通讯口1

34~37D硬盘

38~3BE软盘

3C~3FF打印机

40~4310视频I/O驱动

44~4711设备检测

48~4B12存储器容量检测

4C~4F13磁盘（软、硬）I/O驱动

50~5314RS232I/O驱动

54~5715盒式磁带I/O

58~5B16键盘I/O

5C~5F17打印机I/O

60~6318ROMBASIC入口码

64~6719自举引导程序（BOOT）

68~6B1A一日时间

6C~6F1B键盘中断（CTRL-BREAK）控制

70~731C用户定时器报时

74~771DCRT初始化参数表

78~7B1E磁盘参数表

7C~7F1F图形字符集（ASCII码）

n=8~F是8级可屛蔽中断

BIOS经常用到的中断调用有：

·INT5H打印屏幕

同时按Ctrl和PrtSc或内部调用INT5H可将屏幕内容打出

·INT10HCRT显示

16种功能，AH=功能号，用来设置显示模式、光标形状和位置、读光标位置、屏幕上滚和下滚、置彩色调色板、写点、读点等

AH=1为设置光标形状，2为设置光标位置，7为屏幕下翻

·INT13H软盘I/O，硬盘I/O

对软盘，6种功能，作软盘系统复位、读/写扇区等

对硬盘，21种功能，作硬盘系统复位、读/写扇区、诊断、格式化等

·INT14H串行I/O通讯

向RS232通讯端提供I/O字节流，4个功能用来设定波特率、收发数据等

·INT16H键盘I/O

3个功能用来读字符、判键符等

·INT17H打印机I/O

用来打印字符

CMOS（ComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor）互补金属氧化物半导体，用来存放计算机硬件配置和系统时钟信息的RAM，128字节，BIOS可对这些系统参数读出及设置.

二．DOS（磁盘操作系统，DiskOperatingSystem）

用于帮助用户建立和管理程序与数据，管理计算机系统设备

BIOS固化在ROM中，DOS则由磁盘装入，DOS包括：

<1>引导记录（bootrecord）

每次启动时自动装入内存，并由它装入DOS的其他部分

<2>IBMBIO.COM（或IO.SYS）

提供DOS到ROMBIOS的接口，可以进行数据从内存到外设的读写，是DOS的核心

<3>IBMDOS.COM（或MSDOS.SYS）

提供系统与用户程序的接口，含有一个文件管理程序和一系列子程序，用户可在DOS状态下用INT指令调用它们

<4>COMMAND.COM

命令处理程序，接收打入的命令并运行相应的程序，它包括：

常驻部分

初始化部分

暂存部分

DOS设立了20H~27H的中断如下

地址类型码功能

80~8320程序结束，返回DOS

84~8721系统功能调用

88~8B22结束（退出）地址

8C~8F23CTRL-BREAK退出地址

90~9324标准错误出口地址

94~9725绝对磁盘读

98~9B26绝对磁盘写

9C~9F27程序结束驻留退出

A0~FF28~3FDOS保留

100~1FF40~7F未用（60~67为用户保留）

200~3C380~F0BASIC使用

3C4~3FFF1~FF未用

<1>INT20H

终止正在运行的程序，并返回DOS。

仅适用于.COM文件，不适用于.EXE文件

（对.EXE文件的终止可用INT27H或INT21H中的功能4CH）

<2>INT23H

按下Ctrl-Break停止程序运行，有时可按Ctrl-C

<3>INT27H

程序终止驻留内存并返回DOS，留下的程序被视为DOS的一部分

例：

退出并驻留,保留足够大空间给该程序代码和数据

┇

START：

┇

┇程序代码

MOVDX，OFFSETPGM_END

INT27H

┇

PGM_ENDEQU$数据

ENDSTART

<4>INT21H

DOS功能调用，可分为I/O设备、文件操作和其他功能调用

调用时先将功能号送AH，若有参数，将参数送相应的寄存器，然后执行INT21H

·I/O设备功能调用

AH=01H：

从键盘输入一个字符并显示，出口AL=键入字符

02H：

显示器输出字符，DL=ASCII字符

05H：

打印机输出字符

08H：

读键盘，检查Ctrl-Break，但不显示

09H：

显示字符串，DX=ASCII字符串首地址，字符串以﹩结束

0AH：

输入字符串

0BH：

检查键盘输入状态（与01H,08H功能不同是无键按下不等待）

┇

·文件操作功能调用

13H：

删除文件

3CH：

建立文件

3DH：

打开文件DS：

DX=ASCII字符串，AL=0读，AL=1写，AL=2读/写

3EH：

关闭文件BX=文件号（即文件代号，文件把柄——handle）

3FH：

写文件BX=文件号，CX=写盘字节数，DS：

DX=缓冲区首址

40H：

读文件BX=文件号，CX=写盘字节数，DS：

DX=缓冲区首址

4BH：

装入和执行一个程序（分装入执行和装入不执行）

┇

·其他功能调用

00H：

退出用户程序并返回DOS（类似INT20H）

25H：

设置中断向量，AL=n，DS:

DX=入口地址

2AH：

取日期，出口CX:

DX=日期,CX=年（1980-2099）,DH=月,DL=日

2BH：

设置日期，入口……

2CH：

取时间，出口CX:

DX=时间,CH=小时,CL=分,DH=秒,DL=1/100秒

2DH：

设置时间，入口……

30H：

取DOS版本号，出口AL=版本号，AH=发行号

31H：

终止用户程序并驻留内存，入口AL=退出码，DX=程序长度

35H：

取中断向量，入口AL=n，出口ES:

BX=入口地址

常用于修改和恢复中断向量（P180，E7-7）

4CH：

终止当前程序并返回调用程序，入口AL=退出码

它能终止.COM和.EXE文件也能关闭由3CH和3DH打开的文件

┇

例：

从键盘读一个字符显示在屏幕上并存入TAB单元

MOVAH，1

INT21H

MOVTAB，AL

┇

例：

若被0除转移到ZERO-DIV的中断处理

MOVAH，25H；功能号

MOVAL，0；中断类型号

MOVDX，SEGZERO-DIV；中断子程段地址

MOVDS，DX

MOVDX，OFFSETZERO-DIV；中断子程偏移地址

INT21H

┇

ZERO-DIV：

┇

例：

把字符串“YOUAREWELCOME！

”显示出来

codesegment

assumecs:

code

org100h

begin:

movdx,offsetdata

movah,09h

int21h

int20h

datadb“YOUAREWELCOME!

$”

codeends

endbegin

§6.4中断优先级管理（interruptprioritylevelmanagement）

按优先顺序将中断源的中断请求线集中在一个端口（中断寄存器）上，并赋予地址

一．用软件确定中断优先级

有中断请求时，可用程序判断

INAL，PORT；输入状态

TESTAL，80H；查询A#

JNZSEV7；若A#请求转A#服务

TESTAL，40H；

JNZSEV6

┇

或：

INAL，PORT

SHLAL，1

JCSEV7

SHLAL，1

JCSEV6

┇

二．用硬件优先排队电路

三．8259A可编程中断控制器PIC

可管理8级硬件中断，若使用9片8259A组成主从级联形式则可管理64级中断

主要功能为：

<1>判断一个中断请求输入信号IR是否有效

<2>中断优先判决（8个输入IR0~IR7，一个输出INT）

<3>将获得优先权（即被响应）的IRi的中断向量（类型号）送至数据总线

1．8259A内部结构及引脚

NMOS工艺制造，双列28脚，单一+5V电源

（见P170，F7-7）

D7~D0：

数据总线，三态双向（经缓冲接至CPU）

RD：

读信号，输入（用于读IRR、ISR、IMR和n）

WR：

写信号，输入（用于写ICW、OCW）

A0：

命令选择地址输入（接8088的A0或8086的A1）

CS：

片选输入（接地址译码器）

CAS2~CAS0：

级联线（主输出，从输入）

SP/EN：

从设备编程/允许缓冲器，双向（输入SP，输出EN）

INT：

中断请求，输出（至CPU）

INTA：

中断响应，输入（来自CPU）

IR7~IR0：

中断请求，输入（来自中断源）

Vcc、GND：

电源、地

2．8259A的初始化命令字ICW和操作命令字OCW

四个初始化命令字（InitializationCommandWord）

ICW1：

8259A复位，清IMR，设优先级，选择中断触发方式，单器件/级联方式选择，有无ICW4

ICW2：

设置中断向量

ICW3：

级联方式下8259A作为主或从芯片说明

ICW4：

自动或正常清除ISR，嵌套方式，缓冲方式下8259A作为主或从设备工作

三个操作命令字（OperationCommandWord）

OCW1：

设置或清除对中断源的屏蔽（Mi=1屏蔽，Mi=0开放）

OCW2：

设置优先级是否循环,循环方式,中断结束方式

OCW3：

设置查询方式，特殊屏蔽方式，读8259A寄存器IRR、ISR、IMR的当前状态

·IBMPC/XT的硬件中断管理采用一片8259APIC，以单器件方式工作，BIOS中用I/O地址20H和21H对8259A编程初始化中断类型号为08H~0FH（对应IRQ0~IRQ7）

·80386微机使用2片8259以级联方式工作，主8259地址20H和21H，中断类型号为08H~0FH（对应IRQ0~IRQ7），从8259地址A0H和A1H，中断类型号为70H~77H（对应IRQ8~IRQ15），系统总线上B4端给用户使用的IRQ2现在是IRQ9，对应的中断处理程序如下：

PUSHAX

MOVAL，20H

OUT0A0H，AL；中断结束

POPAX

INT0AH；改向0AH中断（IRQ2）

IRET

也就是说，用户可把IRQ9当作IRQ2来使用，设置的是IRQ2的中断向量，请求引脚是IRQ9，还应开放IRQ2和IRQ9的屏蔽位

·ICW和OCW简要说明（只介绍对8086/8088有用的位）

1．初始化命令字ICW有四个

<1>ICW1

LTIM

ADI

SNGL

IC4

复位8259A，清除IMR，设优先级IR0~IR7等

选择中断输入信号触发方式，LTIM=0上跳边沿触发，LTIM=1高电平触发

单器件（SNGL=1）/级联（SNGL=0）方式选择

有无ICW4（IC4=0无，IC4=1有）（8086/8088必须有）

ICW1的特征是A0=0，D4=1

（D7、D6、D5、D2只在8080/8085系统用）

<2>ICW2

中断向量

高5位用户设，低3位8259A自动设置IR0~IR7编码

<3>ICW3

主

从

ID2

ID1

ID0

在级联方式下用（ICW1的SNGL=0）

对主8259A，Si=1说明对应的IRi接从8259A，Si=0说明没有从8259A

对从8259A，ID2~ID0为从8259A的INT端到主8259A的IR的编码（0~7，这时从8259A相当于主8259A的一个中断源）

<4>ICW4

SFNM

BUF

M/S

AEOI

µPM

选择8086/8088系统（µPM=1）还是8080/8085系统（µPM=0）

选择自动EOI（AEOI=1）还是正常EOI（AEOI=0）方式清除ISR

选择特殊嵌套（SFNM=1）还是一般嵌套（SFNM=0）方式

缓冲方式下（BUF=1）决定8259A作为主设备（M/S=1）或从设备（M/S=0）工作

非缓冲方式下（BUF=0）M/S无效

因此其初始化流程如下：

（P174，F7-10）

IBMPC/XTBIOS中用I/O地址20H和21H，对8259A编程初始化

MOVAL，13H；ICW1，边沿触发，单片8259A，要ICW4

OUT20H，AL；ICW1送到ICW1口地址

MOVAL，8；ICW2，中断类型号08H~0FH

OUT21H，AL；中断向量地址送ICW2口地址

MOVAL，9；ICW4，一般嵌套方式，缓冲方式

OUT21H，AL；非自动结束中断方式（应送EOI命令）

MOVAL，0FFH；OCW1屏蔽所有中断（必要时再开放）

OUT21H，AL；送到OCW1口地址

2．操作命令字OCW有三个

<1>OCW1

用来设置或清除对中断源的屏蔽

Mi=1对中断源（对应IRi）屏蔽，Mi=0开放

OCW1的特征是A0=1

<2>OCW2

EOI

用来设置优先级是否进行循环、循环的方式和中断结束的方式

其中R、SL、EOI组合成各种操作，L2、L1、L0为优先级编码

RSLEOI

001一般EOI中断结束

011特殊EOI

101自动循环EOI

100设置循环AEOI方式自动循环（R、SL=10）

000取消循环AEOI方式

111自动循环的特殊EOI特殊循环（R、SL=11）

110设置优先级命令

010无操作

L2L1L0IR级别（特殊循环被指为最低的）

0000

0011

0102

0113

1004

1015

1106

1117

OCW2的特征是A0=0，D4D3=00

<3>OCW3

ESMM

SMM

RIS

用来设置查询方式，特殊屏蔽方式，读8259A寄存器IRR、ISR的当前状态

ESMM、SMM=11特殊屏蔽方式，ESMM、SMM=10一般屏蔽方式

RR、RIS=11可读ISR，RR、RIS=10可读IRR

P=1，8259A发送查询命令

对CPU的IF=0时INTR不起作用，可用软件查询来实现，查询命令通过OCW3的P=1发出，8259A接到后，若有中断请求，则读出该中断级别，送到数据总线．数据格式：

—

I=1有中断，0无中断，W2~W0为最高优先级的中断请求服务编码

OCW3的特征是A0=

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微机原理与应用 第6章 中断.docx

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