微机原理与接口技术第9章.ppt
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1、第九章 中 断,.1 基本概念,复习CPU与外设信息交换的控制方式种类以查询方式输入为例,当外设数据未准备好时,CPU需要不断查询外设是否准备好的状态,效率低,1.中断方式示意(以输入中断为例),中断概念,2.什么是中断?,CPU暂停执行现行程序,转而处理随机事件,处理完毕后再返回被中断的程序,这一全过程称为中断。,3.中断源 能够引发CPU中断的信息源,(1)外部中断源(硬件中断源)I/O设备 如键盘、显示器、打印机 数据通道 如磁带、磁盘 时钟 如8254 0#,由此引发的中断 故障源 如掉电、存贮器奇偶校验错(2)内部中断源(软件中断源)执行INT软件中断指令 如执行指令INT 21H
2、CPU指令执行产生的异常 如被0除、单步执行,中断概念,选通信号,4.具有中断请求功能的输入接口示意图,输入设备,锁存器(8),三态缓冲器(8),CPU 数据线,R D Q,+5 V,中断请求触发器,Q D,中断允许触发器,数据线D0位,地址译码器,INTR,地址总线,IOW,IOR,控制口选中,数据口选中,中断概念,5.中断系统 为实现中断而采取的硬件,软件措施,6.中断系统应具备的基本功能,对于硬件中断,接口电路应具备屏蔽和开放的功能,这种功能由程序员通过软件去控制。,能实现中断判优(中断排队),当有多个中断源提出请求时,应能优先响应高级别的中断源。,中断概念,能够实现中断嵌套,即高级别的
3、中断源能够中断低级别的中断服务程序。,响应中断后,能自动转入中断处理,处理完毕能自动返回断点。,设“B”级别高于“A”,中断概念,.2 80X86 中断指令,1.开中断指令 STI功能:使F寄存器中I标志置1,CPU处于开中断状态。,2.关中断指令 CLI功能:使F寄存器中I标志置1,CPU处于关中断状态。,3.软件中断指令 INT nn为中断类型码,n为0255之间有定义的无符号整数。功能:无条件转向n型中断服务子程序。,INT n 指令的执行过程CPU响应软件中断的过程,F寄存器栈(保存INT n 之前的F状态)使F中的T标志置0禁止单步操作 I标志置0CPU处于关中断状态,断口地址栈先:
4、断口基地址(CS)栈,后:断口偏移地址(IP)栈,CPU从4n 4n+3单元取出n型服务程序入口地址 IP:CS,从而转入n型中断服务程序。,中断指令,4.中断返回指令 IRET,功能:依次从栈顶弹出6个元素 IP,CS,F 如果栈顶是INT n 的断口地址,则执行 IRET后,返回断点,否则不能。,图示 执行INT n 栈顶示意图,执行IRET 示意图,sp,中断指令,IRET 是中断服务子程序的出口指令,IRET和RET的区别 IRET从栈顶弹出6 个元素 IP,CS,F 远程RET,从栈顶弹出4个元素 IP,CS 近程RET,从栈顶弹出2个元素 IP,.中断向量和中断向量表,中断系统是为
5、实现中断而采取的软、硬件措施,中断指令、中断向量和中断向量表是实现中断的重要软件措施。,什么是中断向量中断向量是实模式下,中断服务子程序的 入口地址,2.中断向量表:所有中断向量的集合,3.中断向量表的设置CPU规定:在实模式下,中断向量表需设置在系统的RAM最低端的1K单元(0 3FFH),它由2部分组成:服务程序所在代码段的段基址 2 个字节服务程序入口的偏移地址 2 个字节,中断向量,4.中断向量表的表地址与中断类型的关系,n 型中断向量,如:“21H”型中断向量:存放在84H 87H单元中问:9CH型中断向量存放在何处?,解:9CH 4=1001110000=270H 9CH型中断向量
6、存于 270H 273H单元中,中断向量,5.中断向量的引导作用,CPU响应软件中断的过程,中断向量,6.中断向量表的初始化,由BIOS设计的中断服务程序(如INT 16H,INT 10H)其中断向量在加电时由BIOS负责写入中断向量表。,由DOS设计的中断服务程序(如 INT 21H)其中断向量是在启动DOS时,由DOS负责写入中断向量表。,用户程序开发的中断服务程序,由用户程序写入其中断向量。,中断向量,问题:用户如何写入中断向量?,方法一、用户自己编写程序填写中断向量CLIPUSH DSMOVAX,0000HMOVDS,AXMOVBX,4*nMOVAX,OFFSET SERVICEMOV
7、BX,AXMOVAX,SEG SERVICEMOVBX+2,AXPOP DSSTI,中断向量,方法二、DOS设计2个子程序,专门用于中断向量的读出、写入,INT 21H 的35H子功能 功能:读出n型中断向量入口:AL=中断类型码出口:ES:BX=n型中断向量,INT 21H 的25H子功能 功能:写入n型中断向量入口:DS=中断服务程序所在代码段的段基址 DX=中断服务程序入口的偏移地址,中断向量,例:把用户程序中以“TIMER”命名的中断服务子程序的入口地址 4 1CH 4 1CH+3单元,中断向量,7.关于中断向量表的说明,在实模式下,系统RAM最低端的1K单元为中断向量表,但是并非每一
8、个表项都是中断向量。BIOS利用某些表项做为“参数指针”,参数指针指向的是一群参数,而不是中断服务程序,因此称它们为“向量”是比较合适的。,例如:1DH 型向量,指向屏幕参数表。1EH 型向量,指向软盘参数表。1FH 型向量,指向图型字符表。41H 型向量,指向第一台硬盘参数表。46H 型向量,指向第二台硬盘参数表。,用户程序不能改动这些向量,当然也不能执行以1DH,1EH,1FH,41H,46H为中断类型码的软中断指令,否则系统将会瘫痪。,中断向量,.4 系统中断的分类,CPU中断逻辑,CPU中断,软件中断(INT n指令),非屏蔽中断请求,中断控制系统,NMI,可屏蔽中断请求,INTR,系
9、统中断的分类,一.CPU中断,CPU中断是指:CPU执行某些操作而引发的中断,这类中断使用了0、1、3、4、6、7中断号。,1.除法错中断 0型中断,CPU执行DIV或IDIV指令,如果除数为0,或者商数超出寄存器的表示范围,CPU自动调用0型中断服务程序。,系统中断的分类,2.单步中断 1型中断,3.断点中断 3型中断,当标志寄存器的T标志为1时,CPU一条指令执行完毕,自动调用1型中断服务程序。但是,DOS为1型中断设计的服务程序只有一条IRET指令。,CPU执行“INT 3”指令后,调用3型中断服务程序,而DOS系统的3型中断服务程序也只有一条IRET指令。,注意:单步和断点中断是因为D
10、EBUG程序的需要而设计,系统中断的分类,4.溢出中断 4型中断 对应的软件中断指令有两种汇编格式,功能稍有不同。INTO INT 4,当FLAG寄存器的溢出标志为1,在这种条件下,执行“INTO”指令,将会调用4型服务程序。否则,如果溢出标志为0,执行“INTO”指令是无效的。,DOS为4型中断设计的服务程序也只有一条IRET指令,系统中断的分类,二.软件中断,执行有定义的INT n指令而引发的中断,称为软件中断。在这里,之所以加了“有定义的”这一限制词,是因为并非所有的中断号都有与之配套的中断服务程序。,软件中断使用05H,10HFFH中的若干个中断号。软件中断又可分为BIOS中断、DOS
11、中断。,1.BIOS中断 BIOS中断,占用了05H、10H1FH中断号,用户程序执行相关的软中断指令可以调用相应的中断服务程序。,INT 05H 屏幕打印;INT 10H 屏幕显示 I/O;INT 11H 设备配置检测;,系统中断的分类,INT 12H 测试内存容量;INT 13H 磁盘I/O;INT 14H 串行通信I/O;INT 15H BIOS扩展功能;INT 16H 键盘I/O;INT 17H 打印机I/O;INT 18H 启动PC机ROM BASIC(AT机)无;INT 19H 重新装入引导程序;INT 1AH 实时时钟管理。,中断号1DH,1EH,1FH,41H,46H也被BIO
12、S占用了。但是,与这些中断号对应的并不是中断服务程序。也就是说,不存在与这些中断号对应的软中断指令,用户程序如果执行INT 1DHINT 1FH,INT 41H,INT 46H,必将引起系统瘫痪(参看中断向量表的说明)。,系统中断的分类,2.DOS中断 DOS中断,又分为DOS专用中断,DOS保留中断,用户可调用的DOS中断以及保留给用户开发的中断。,(1)DOS专用中断,22H型中断 程序正常结束时,DOS将自动调用该中断返回父进程。,23H型中断 程序非正常结束时(如:用户按下Ctrl_C,或者Ctrl_Break中途停止程序的运行),DOS调用该中断。,24H型中断 程序运行发生严重错误
13、时(例如:对软磁盘文件进行操作的时候,驱动器小门没有关闭,或进行打印操作而打印机没有连通),DOS自动调用此类中断,发出错误信息“Not readyAbort,Retry,Ignore?”,这些中断是DOS专用的,DOS在调用此类中断之前,还要做些准备工作。因此,用户程序不能直接调用这些中断。,系统中断的分类,28H3FH型中断 也为DOS专用,Microsoft公司没有公开这类中断的功能。但是,一些醉心钻研DOS的专家们,仍然破译出一些有价值的信息。例如:INT 33H为鼠标器调用。,(2)用户可调用的DOS中断,20H型中断 用户程序执行INT 20H指令可结束程序的运行,返回DOS。但必
14、须注意:在执行INT 20H之前,必须保证用户程序CS寄存器的内容等于PSP段基址。因此在用户的COM文件中,可以直接使用INT 20H返回DOS。INT 20H 与INT 21H 的0号功能调用,完成相同的操作。,21H型中断 DOS系统的许多功能都集中在21H型中断服务程序中。用户程序把功能号写入AH寄存器,设置相应的入口参数,然后执行INT 21H即可调用不同的功能。我们把执行INT 21H指令所完成的功能,称为“DOS系统功能调用”。,系统中断的分类,25H型中断 此类中断在指定的驱动器上,按照扇区号读取信息。,26H型中断 在指定的驱动器上,按照扇区号写入信息。INT 25H,INT
15、 26H称为“绝对磁盘读写调用”。在此类调用中,DOS系统不使用文件控制块,也不使用文件号去管理磁盘文件,而是按照扇区号直接进行磁盘信息的读写。,27H型中断 中止并驻留程序于内存之中。用户程序执行INT 27H可以中止程序的运行,并且把欲驻留的程序段驻留在内存之中。,系统中断的分类,60H66H是保留给用户使用的中断号。DOS没有为它们设计服务程序。启动DOS后,60H 66H型“中断向量”均为0值。正因为如此,如果你没有开发出60H66H型中断服务程序,没有改写60H 66H型中断向量,千万不可调用此类中断,否则系统瘫痪。,(3)用户可开发的DOS中断,(4)DOS保留的中断,DOS为了自
16、身版本的升级和功能扩充,保留了若干个中断它们是:42H45H,4BH5FH,68H6FH,72H74H,77H7FH。,以上关于软件中断的概念,在设计应用程序时是十分有用的,实际上,如果不涉及BIOS中断,不涉及DOS中断,用户将无法设计应用程序。,系统中断的分类,9.5 8259中断控制器,外部中断是由CPU以外的中断请求而引发的。如果有多个中断请求,怎样连接至CPU呢?,8259A,一.8259的内部结构,1.中断请求寄存器(IRR),寄存引脚IR0IR7的中断请求信号,IRRi位置1,表明IRi引脚上有了中断请求信号,8259内部结构,2.中断屏蔽寄存器(IMR),寄存程序员写入的中断屏
17、蔽字,屏蔽字某位=1(IMRi位=1),则与该位对应的中断请求信号(IRRi位)就不能送到中断优先权电路。,8259内部结构,8259内部结构,如:MOV AL,11111100B OUT 屏蔽寄存器口地址,AL;屏蔽IRR7 IRR2的请求开放IRR1,IRR0,如:IN AL,屏蔽寄存器口地址 AND AL,11110111B OUT 屏蔽寄存器口地址,AL;开放IRR3的请求;对其它位的请求不改变屏蔽/开放的状态,3.优先权电路(排队电路),比较CPU正为之服务的中断源和刚进入优先权电路 的中断源,哪一个级别更高。,通过判优选中其中级别最高的中断源,然后通过控制电路,从INT端向CPU提
18、中断请求。,8259内部结构,作用:比较同时送达优先权电路的中断请求,哪一个 级别最高。,4.中断控制电路,8259内部结构,作用:寄存一组初始化命令字和操作命令字,通过译码产 生内部控制信号当判优电路选中一个中断源时向CPU提中断请求(INT),8259内部结构,5.中断服务寄存器(ISR),8259内部结构,ISR:8位寄存器,ISRi位与IRRi位一一对应,作用:记录CPU正为之服务的是哪一个中断源,怎样记录?,反之,如果ISR0位由1 0,表明IR0的中断服务程序执行完了。,所以ISR的每一位都是响应中断源的中断服务标志位。,8259内部结构,6.数据总线缓冲器,作用:完成与CPU数据
19、线配接,接收初始化命令字,操作命令字,当收到第二个中断响应脉冲时,通过他们向CPU送出被选中的中断源的中断类型码n,在这之后CPU从4n+04n+3单元取出n型中断向量,从而转入n型服务程序。,8259内部结构,7.读/写控制模块功能:接收片选信号CS、端口选择信号A0和读写控制信号RD、WR。一片8259A在系统中占用两个口地址,用末位地址线A0选择端口,其它地址线通过译码产生8259A的片选信号。PC/XT系统中,使用一片8259A,有两个口地址:偶 地址20H,奇地址21H。PC/AT系统中,使用两片8259A,主8259A口地址 为20H、21H,从8259A口地址为A0H、A1H。,
20、8259内部结构,8.级连/缓冲比较器,一位8259可以管理8级中断,二片8259“级连”可管理15级中断,级连/缓冲比较器是为完成多片8259级连设置的模块。,8259内部结构,8259的引脚,IR0IR7:外部中断请求信号输入INT:输出,提向CPU的INTR端INTA:输入,接收CPU发来的中断响应信号D0D7:输入/输出,数据总线CS:片选信号A0:地址线A0,用于选择内部端口WR、RD:读/写控制信号CAS0CAS2:用于8259级联SP/EN:用于8259级联,二.8259的中断过程CPU响应硬件中断的过程,8259A的中断过程,就是微机系统响应可屏蔽中断的过程,这一过程,简单描述
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