微機系統(tǒng)與接口：第六章 輸入與輸出中斷-2019

第6章輸入輸出與中斷

本章首先介紹輸入輸出接口基本概念、CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式。 然后,重點研究中斷傳送方式及相關(guān)的技術(shù)。

6.1輸入輸出接口概述一、CPU與外設(shè)間的連接為什么外設(shè)與計算機的連接不能像存儲器那樣直接掛到總線(DB、AB、CB)上，而必須通過各自的專用接口電路？

CPU對外設(shè)的輸入輸出操作類似于存儲器的讀寫操作，但外設(shè)與存儲器有許多不同點:

表6.1存儲器與外設(shè)的比較

存儲器I/O設(shè)備不同點品種有限功能單一品種繁多功能多樣與CPU電平匹配與CPU電平不一定匹配數(shù)據(jù)格式固定數(shù)據(jù)格式不固定與CPU速度匹配與CPU速度不一定匹配易于控制難于控制結(jié)論可與CPU直接連接要經(jīng)過I/O接口電路與CPU連接

接口電路的作用:

。電平轉(zhuǎn)換如，TTL→RS232CRS232C→TTL。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換串行→并行，并行→串行。協(xié)調(diào)速度輸出鎖存輸入緩沖

二、接口電路的基本結(jié)構(gòu)

接口電路的基本結(jié)構(gòu)同它傳送的信息種類有關(guān)。信息可分為3類：數(shù)據(jù)信息，狀態(tài)信息，控制信息。

（一）數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息是最基本的一種信息。它包括：

(1)數(shù)字量:通常為8位二進(jìn)制數(shù)或ASCII代碼。

(2)模擬量:傳感器把非電量(如溫度、壓力等)轉(zhuǎn)換得到模擬量模擬量須經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換，才能輸入計算機；計算機輸出的數(shù)字量也須經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后才能去控制外設(shè)

(3)開關(guān)量：是一些“0”或“1”兩個狀態(tài)的量,用一位“0”

或“1”二進(jìn)制數(shù)表示。一臺字長為8位的微機一次輸入或輸出

可控制8個這類物理量。數(shù)據(jù)信息是通過數(shù)據(jù)通道傳送的。

（二）狀態(tài)信息

狀態(tài)信息是反映外設(shè)當(dāng)前所處工作狀態(tài)的信息，以作為

CPU與外設(shè)間可靠交換數(shù)據(jù)的條件。

輸入時,告知CPU:輸入設(shè)備數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好（Ready=1?）

輸出時，告知CPU:輸出設(shè)備是否空閑（Busy=0?）。

CPU是通過接口電路來掌握輸入輸出設(shè)備的狀態(tài)，以決定可否輸入或輸出數(shù)據(jù)。(三)控制信息

它用于控制外設(shè)的啟動或停止。接口電路基本結(jié)構(gòu)如圖6.2所示。

6.2CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的方式為了實現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送,通常采用以下3種I/O傳送方式。一、程序傳送

程序傳送是指CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)交換在程序控制（即IN或OUT指令控制)下進(jìn)行。（一）無條件傳送（又稱同步傳送）

這種傳送方式只對固定的外設(shè)（如開關(guān)、繼電器等簡單外設(shè)），用程序來定時同步傳送數(shù)據(jù)。對少量數(shù)據(jù)傳送來說，這是最省時間的一種傳送方法，

適用于各類巡回檢測和過程控制。

輸入緩沖：

輸入數(shù)據(jù)時,因外設(shè)輸入數(shù)據(jù)的保持時間相對于CPU的接收速度來說較長，故輸入數(shù)據(jù)通常不用加鎖存器來鎖存,而直接使用三態(tài)緩沖器與CPU數(shù)據(jù)總線相連即可。輸出鎖存：輸出數(shù)據(jù)時,一般都需要鎖存器將要輸出的數(shù)據(jù)保持一段時間,其長短和外設(shè)的動作相適應(yīng)。鎖存時，在CE=1(為無效電平)時,數(shù)據(jù)總線上的新數(shù)據(jù)不能進(jìn)入鎖存器。CE=0（為有效電平）時將新數(shù)據(jù)再送入鎖存器保留。

輸入輸出(無條件程序傳送)原理圖如圖6.3所示（結(jié)合INAL,03H;OUT03H,AL指令講解

）例：一個采用同步傳送的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖6.4所示。 這是一個16位精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，被采集的數(shù)據(jù)是

8個模擬量；每次采樣用一個4位數(shù)字電壓表測量，把被采樣的模擬量轉(zhuǎn)換成16位BCD碼(即對應(yīng)4位十進(jìn)制數(shù)的4個BCD碼)；

高8位和低8位通過兩個不同的端口（其地址分別為10H和11H)輸入。

CPU通過端口20H輸出控制信號,以控制某個繼電器的吸合,實現(xiàn)采集不同通道的模擬量。

采集過程要求：

(1)先斷開所有的繼電器線圈及觸頭,不采集數(shù)據(jù)。

(2)延遲一段時間后,使K0閉合,采集第1個通道的模擬 量,并保持一段時間,以使數(shù)字電壓表能將模擬電壓轉(zhuǎn)換為

16位BCD碼。

(3)分別將高8位與低8位BCD碼存入內(nèi)存,完成第1個模 擬量的輸入與存儲。

(4)利用移位與循環(huán)實現(xiàn)8個模擬量的依次采集、輸入 與轉(zhuǎn)存。

數(shù)據(jù)采集程序如下：

START:

MOVDX,0100H;01H→DH,置吸合第1個繼電器

;00H→DL,置斷開所有繼電器

LEABX,DSTOR;置輸入數(shù)據(jù)緩沖器的地址指針

XORAL,AL;清AL及進(jìn)位位CF AGAIN:MOVAL,DLOUT20H,AL;斷開所有繼電器

CALLNEARDELAY1;模擬繼電器觸點的釋放時間

MOVAL,DHOUT20H,AL;先使P0吸合

CALLNEARDELAY2

;模擬觸點閉合及數(shù)字電壓表的轉(zhuǎn)換時間

INAX,10H;輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV[BX],AX;存入內(nèi)存

INCBXINCBXRCLDH,1

;DH左移1位,為下一個觸點吸合作準(zhǔn)備

JNCAGAIN;8位都輸入完了嗎？沒有，則循環(huán)

DONE：;輸入已完，則執(zhí)行別的程序段

(二)程序查詢傳送(條件傳送——異步傳送)它也是一種程序傳送，但,是有條件的異步傳送。條件是:在執(zhí)行輸入(IN指令)或輸出(OUT指令)前，要先查詢接口中狀態(tài)寄存器的狀態(tài)。

輸入時,由該狀態(tài)信息指示要輸入的數(shù)據(jù)是否已“準(zhǔn)備就緒”；

輸出時,又由它指示輸出設(shè)備是否“空閑”，由此條件來決定執(zhí)行輸入或輸出。１．程序查詢輸入

讀入的數(shù)據(jù)是８位,而讀入的狀態(tài)信息往往是１位，如圖6.6所示。所以,不同的外設(shè)其狀態(tài)信息可以使用同一個端口，但只要使用不同的位就行。

這種查詢輸入方式的程

序流程圖如圖6.7所示。

查詢式輸入端口信息圖

查詢輸入部分的程序：

POLL:

INAL,STATUSPORT;讀狀態(tài)端口的信息

TESTAL,80Ｈ;設(shè)“準(zhǔn)備就緒”(READY)信息在D7位

JEPOLL;未“準(zhǔn)備就緒”，則循環(huán)再查

INAL,DATA_PORT;已“準(zhǔn)備就緒”(READY=1),則讀入數(shù)據(jù)

２.程序查詢輸出

輸出過程:。當(dāng)輸出裝置把ＣＰＵ輸出的數(shù)據(jù)輸出以后，發(fā)出一個ＡＣＫ信號，使Ｄ觸發(fā)器清“０”，也即使“BUSY”線為0(不忙)；

。當(dāng)ＣＰＵ讀入這個狀態(tài)信息后，知道外設(shè)“不忙”，于是就執(zhí)行輸出指令。

。待輸出指令執(zhí)行后，由地址信號和Ｍ/ＩＯ及ＷＲ相“或”,經(jīng)Ｇ1發(fā)出選通信號,把在數(shù)據(jù)總線上的輸出數(shù)據(jù)送至鎖存器；同時，觸發(fā)Ｄ觸發(fā)器為“１”狀態(tài),它一方面通知外設(shè)：輸出數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，可以執(zhí)行輸出操作，另一方面在數(shù)據(jù)由輸出裝置輸出以前，一直為“１”,告知ＣＰＵ外設(shè)“ＢＵＳＹ”，阻止ＣＰＵ輸出新的數(shù)據(jù)。

查詢輸出部分的程序：

POLL:INAL,STATUS_PORT;查狀態(tài)端口中的狀態(tài)信息D7TESTAL，80HJNEPOLL；;D7＝1即BUSY＝1,則循環(huán)再查

MOVAL，STORE

;否則,外設(shè)空閑,由內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)

OUTDATA_PORT,AL;輸出到DATA地址端口單元

查詢式輸出時的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息

３.一個采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

一個有８個模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用查詢方式 與ＣＰＵ傳送信息，電路如圖6.11所示。

采集過程要求：

(1)初始化。

(2)先停止Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換。

(3)啟動Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換，查輸入狀態(tài)信息ＲＥＡＤＹ。

(4)當(dāng)輸入數(shù)據(jù)已轉(zhuǎn)換完（READY＝1,即準(zhǔn)備就緒）,則

經(jīng)由端口３輸入至CPU的累加器AL中,并轉(zhuǎn)送內(nèi)存。

(5)設(shè)置下一個內(nèi)存單元與下一個輸入通道,循環(huán)８次。

查詢方式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序控制口（04H，OUT）b2~b0：通道號；b4：A/D啟動信號狀態(tài)口（02H，IN）b0：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束READY信號數(shù)據(jù)口（03H，IN）A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；初始化START: MOV DL,0F8H;為什么設(shè)此初值？ MOV AX,SEGDSTOR MOV ES, AX LEA DI, DSTOR;發(fā)控制命令A(yù)GAIN: MOV AL, DL AND AL, 0EFH OUT 04H, AL CALL DELAY MOV AL, DL OUT 04H, AL;為什么每次要發(fā)2次控制命令？中間要加延時？;查詢A/D狀態(tài)，讀入數(shù)據(jù)POLL: IN AL, 02H SHR AL, 1 JNC POLL;其它判別方法？

IN AL, 03H STOSB INC DL JNE AGAIN;？？帶注釋的數(shù)據(jù)采集程序：

STARE:MOVDL,0F8H;設(shè)置啟動A/D轉(zhuǎn)換的信號,

;且低３位選通多路開關(guān)通道

MOVAX,SEGDSTOR;設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址指針

MOVES,AXLEADI,DSTORAGAIN：MOVAL,DLANDAL,0EFH;使D4＝０

OUT04,AL;停止A/D轉(zhuǎn)換

CALLDELAY;等待停止A/D轉(zhuǎn)換操作的完成

MOVAL,DLOUT04,AL;選輸入通道并啟動A/D轉(zhuǎn)換

POLL：INAL,02;輸入狀態(tài)信息

SHRAL,1;查AL的D0JNCPOLL;判READY=1?

;若D0=0,未準(zhǔn)備好,則循環(huán)再查

INAL,03;若已準(zhǔn)備就緒,;則經(jīng)端口３將采樣數(shù)據(jù)輸入至ALSTOSB;輸入數(shù)據(jù)存入內(nèi)存單元

INCDL;輸入模擬量通道增1JNEAGAIN;8個模擬量未輸入完則循環(huán)

;輸入已完,執(zhí)行別的程序

總結(jié)查詢輸入/輸出傳送方式的步驟：

(１)CPU從I/O接口的狀態(tài)端口中讀入外設(shè)狀態(tài)信息“READY”或“BUSY”。

(２)根據(jù)讀入的狀態(tài)信息進(jìn)行判斷。程序查詢輸入時，若狀態(tài)信息READY＝0，則外設(shè)數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好，CPU繼續(xù)等待查詢,直至READY＝１，外設(shè)已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù),執(zhí)行下一步操作;程序查詢輸出時，若狀態(tài)信息BUSY＝１，則外設(shè)正在“忙”,CPU繼續(xù)等待查詢,直至外設(shè)“空閑”,BUSY＝0時，執(zhí)行下一步操作。

(３)執(zhí)行輸入/輸出指令，進(jìn)行I/O傳送。完成數(shù)據(jù)的輸入／輸出，同時將外設(shè)的狀態(tài)信息復(fù)位，一個８位的數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。當(dāng)計算機工作任務(wù)較輕或CPU不太忙時，可以應(yīng)用程序查詢輸入／輸出傳送方式,它能較好地協(xié)調(diào)外設(shè)與CPU之間速度的差別；程序和接口電路比較簡單。

該方式主要缺點:

循環(huán)查詢等待很費時間，大大降低了CPU的運行效率。二、中斷傳送

上述程序查詢傳送方式不僅要降低CPU的運行效率,而且,在一般實時控制系統(tǒng)中，往往有數(shù)十乃至數(shù)百個外設(shè),由于它們的工作速度不同，要求CPU為它們服務(wù)是隨機的,有些要求很急迫，若用查詢方式除浪費大量等待查詢時間外,還很難使每一個外設(shè)都能工作在最佳工作狀態(tài)。為了提高CPU執(zhí)行有效程序的工作效率和提高系統(tǒng)中多臺外設(shè)的工作效率，可以讓外設(shè)處于能主動申請中斷的工作方式,這在有多個外設(shè)及速度不匹配時，尤為重要。

所謂中斷就是外設(shè)或其他中斷源中止CPU當(dāng)前正在執(zhí)行的程序,而轉(zhuǎn)向為該外設(shè)服務(wù)(如完成它與CPU之間傳送一個數(shù)據(jù)）的程序,一旦服務(wù)結(jié)束，又返回原程序繼續(xù)工作。這樣，外設(shè)處理數(shù)據(jù)期間，CPU就不必浪費大量時間去查詢它們的狀態(tài),只待外設(shè)處理完畢主動向CPU提出請求（向CPU發(fā)中斷請求信號），而CPU在每一條指令執(zhí)行的結(jié)尾階段，均查詢是否有中斷請求信號（這種查詢是由硬件完成的,不占用CPU的工作時間），若有，則暫停執(zhí)行現(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去為申請中斷的某個外設(shè)服務(wù)，以完成數(shù)據(jù)傳送。

中斷傳送方式的好處是：大大提高了CPU的工作效率，和系統(tǒng)中多個外設(shè)的工作效率。

三、直接存儲器存?。ǎ模停粒﹤魉?/p>

利用程序中斷傳送方式，雖然可以提高ＣＰＵ的工作率，但它仍需由ＣＰＵ通過程序來傳送數(shù)據(jù),并在處理中 斷時，還要“保護現(xiàn)場”和“恢復(fù)現(xiàn)場”,而這兩部分操作的程序段又與數(shù)據(jù)傳送沒有直接關(guān)系，卻要占用一定時間， 使每傳送一個字節(jié)大約需要幾十微秒到幾百微秒，這對于 高速外設(shè)以及成組交換數(shù)據(jù)的場合，就顯得太慢了。

ＤＭＡ（DirectMemoryAccess）方式或稱為數(shù)據(jù)通 道方式是一種由專門的硬件電路控制Ｉ／Ｏ交換的傳送方 式，它讓外設(shè)接口可直接與內(nèi)存進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送，而

不必經(jīng)過ＣＰＵ，這樣就不必進(jìn)行保護現(xiàn)場之類的額外操 作，可實現(xiàn)對存儲器的直接存取。這種專門的硬件電路就是DMA控制器,簡稱為ＤＭＡＣ。如Zilog 公司的Z80－ＤＭＡ，Intel公司的８２５７，８２３７Ａ和Motorola的ＭＣ６８４４等。圖6.12給出了8086用DMA方式傳送單個數(shù)據(jù)(輸出數(shù)據(jù))的示意圖。

①當(dāng)接口準(zhǔn)備就緒,便向DMA控制器發(fā)DMA請求;②DMA控制器通過HOLD引腳向CPU發(fā)出的總線請求；③CPU在完成當(dāng)前總線操作以后，就會

在HLDA引腳上向DMA控制器發(fā)出允許信號，DMA控制器接收到此信號后就接管了對總線的控制權(quán)（由DMAC發(fā)與傳送相關(guān)的地址信號和讀/寫控制信號）。④當(dāng)DMA傳送結(jié)束,DMA控制器將HOLD信號變?yōu)榈碗娖?并放棄對總線的控制。⑤CPU檢測到HOLD信號變?yōu)榈碗娖胶?，也將HLDA信號變?yōu)榈碗娖?于是,CPU又恢復(fù)對系統(tǒng)總線的控制權(quán)。6.3中斷技術(shù)（自己閱讀、復(fù)習(xí)）

中斷是一種十分重要而復(fù)雜的軟硬件相結(jié)合的技術(shù)。本節(jié)將介紹中斷的基本概念、中斷的響應(yīng)與處理過程、優(yōu)先權(quán)的安排等有關(guān)問題。一、中斷概述

(一)中斷與中斷源 使CPU暫停運行原來的程序而應(yīng)更為急迫事件的需要轉(zhuǎn)去執(zhí)行為中斷源服務(wù)的程序(稱為中斷服務(wù)程序)，待該程序處理完后，再返回運行原程序，此即中斷(或中斷技術(shù))。所謂中斷源，即引起中斷的事件或原因，或發(fā)出中斷申請的來源。通常中斷源有以下幾種：

(1)外部設(shè)備:一般中、慢速外設(shè)如鍵盤、打印機等，在完成自身的操作后，向CPU發(fā)出中斷請求,要求CPU為它服務(wù)。

(2)實時時鐘：在自動控制中，常需要定時檢測與控制。此時，CPU可發(fā)出命令,啟動時鐘電路計時,待定時已到，時鐘電路就發(fā)中斷申請，由CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序。

(3)故障源：計算機內(nèi)設(shè)有故障自動檢測裝置，如發(fā)生運算出錯（溢出)、存儲器讀出出錯、外部設(shè)備故障、電源掉電以及越限報警等意外事件時，這些裝置都能使CPU中斷，進(jìn)行相應(yīng)的中斷處理。

以上3種屬于隨機中斷源。由隨機引起的中斷,稱為強迫中斷。

(4)為調(diào)試程序設(shè)置的中斷源：這是CPU執(zhí)行了特殊指令(自陷指令）或由硬件電路引起的中斷,主要是供用戶調(diào)試程序時而采取的檢查手段。如斷點設(shè)置、單步調(diào)試等.這些都要由中斷系統(tǒng)實現(xiàn)。一般稱這種中斷為自愿中斷。(二)中斷系統(tǒng)及其功能

中斷系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：

1.能響應(yīng)中斷、處理中斷與返回

2.能實現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊

3.能實現(xiàn)中斷嵌套

高級中斷源能中斷低級的中斷處理

中斷系統(tǒng)是指為實現(xiàn)中斷而設(shè)置的各種硬件與軟件,包括中斷控制邏輯及相應(yīng)管理中斷的指令。

(三)中斷的應(yīng)用

中斷能解決快速CPU與中、慢速外設(shè)速度不匹配的矛盾，以提高主機的工作效率；中斷在實現(xiàn)分時操作、實時處理、故障處理、多機連接以及人機聯(lián)系等方面均有廣泛的應(yīng)用。二、單個中斷源的中斷

單個中斷源的中斷過程包括：中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回等環(huán)節(jié)。

(一)中斷源向CPU發(fā)中斷請求信號的條件中斷源是通過其接口電路向CPU發(fā)中斷請求信號的,該信號能否發(fā)給CPU，應(yīng)滿足下列兩個條件：

1.設(shè)置中斷請求觸發(fā)器在每個中斷源的接口電路中設(shè)置一個中斷請求觸發(fā)器,由它產(chǎn)生中斷請求，并一直保持到CPU接受并響應(yīng)該中斷后,才能清除它。如圖6.15所示。

2．設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器

通過中斷屏蔽觸發(fā)器，CPU可控制中斷源的中斷請求是否允許發(fā)向CPU。如圖6.15所示。(二)CPU響應(yīng)中斷的條件

當(dāng)中斷源向CPU發(fā)出INTR信號后，CPU若要響應(yīng)它，還應(yīng)滿足下列條件。

1．CPU開放中斷

CPU采樣到INTR信號后是否響應(yīng)它,由CPU內(nèi)部的中斷允許觸發(fā)器(如IFF)的狀態(tài)決定,如圖6.16所示.

中斷允許觸發(fā)器IFF的狀態(tài)可以由專門的開中斷與關(guān)中斷指令來設(shè)置：

開中斷：STI(IFF=1);

關(guān)中斷：CLI(IFF=0)。此外，當(dāng)CPU復(fù)位或響應(yīng)中斷后，也能使CPU關(guān)中斷。2．CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應(yīng)中斷

在CPU開中斷時，若有中斷請求信號發(fā)至CPU,它也并不立即響應(yīng)。只有當(dāng)現(xiàn)行指令運行到最后一個機器周期的最后一個T狀態(tài)時,CPU才采樣INTR信號；若有此信號，則把與門１的允許中斷輸出端置1，于是，CPU進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。(三)CPU響應(yīng)中斷及處理過程

當(dāng)滿足上述條件后，CPU就響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)入中斷周期，完成下列幾步操作：

1．關(guān)中斷

CPU響應(yīng)中斷后,在發(fā)出中斷響應(yīng)信號(INTA)的同時,內(nèi)部自動地(由硬件)實現(xiàn)關(guān)中斷,以免在處理當(dāng)前中斷時又被新的中斷源中斷,以至破壞當(dāng)前中斷服務(wù)的現(xiàn)場。

2．保護斷點

CPU響應(yīng)中斷后，立即封鎖PC+1(此即斷點地址),且把此PC值

壓棧保護，以備中斷處理完畢后，CPU能返回斷點處繼續(xù)運行主 程序。

3．保護現(xiàn)場 在CPU處理中斷服務(wù)程序時，有可能用到各寄存器,從 而改變它們原來在主程序中的值，即破壞了原主程序中的現(xiàn)場信息。為使中斷服務(wù)程序不影響主程序的正常運行，要把主程序運行到斷點處時的有關(guān)寄存器的內(nèi)容和標(biāo)志位的狀態(tài)壓棧保護起來。

保護現(xiàn)場在中斷服務(wù)程序中是用PUSH指令完成的。

4．給出中斷入口(地址)，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序

8086/8088由中斷源提供中斷類型號,并根據(jù)中斷類 型號在中斷向量表中取得中斷服務(wù)程序的入口地址。

在中斷服務(wù)程序完成后，還要執(zhí)行下述的5、6兩步操作。

5．恢復(fù)現(xiàn)場 把保存在堆棧中的各有關(guān)寄 存器的內(nèi)容和標(biāo)志位的狀態(tài)彈出恢復(fù)。該操作是在中斷服務(wù)程序中 用POP指令完成的。

6．中斷返回在中斷服務(wù)程序的最后,要安排一條中斷返回指令（IRET）,將堆棧內(nèi)保 存的斷點彈出至PC,CPU恢復(fù)到斷點處繼續(xù)運行，彈出恢復(fù)標(biāo)志寄存器的值。同時，開中斷（以便CPU能響應(yīng)新的中斷請求)。

三、向量中斷

所謂向量中斷(VectoredInterrupt)，是指通過中斷向量 來找中斷入口地址進(jìn)而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的一種方法；

中斷向量則是用來提供中斷入口地址的一個地址指針。 例如8086/8088CPU的中斷系統(tǒng)就是采用這種向量中斷。其 詳細(xì)過程，將在下一節(jié)討論。

四、中斷優(yōu)先權(quán)

實際系統(tǒng)中，通常具有多個中斷源,而CPU的可屏蔽中斷請求線往往只有一條。如何解決多個中斷源同時請求中斷而只有一根中斷請求線的矛盾呢?1）要求CPU按多個中斷源的優(yōu)先權(quán)由高至低依次響應(yīng)中斷申請。

2)當(dāng)CPU正在處理中斷時，還要能響應(yīng)更高級的中斷申請，而屏蔽掉同級或低級的中斷申請。

CPU可以通過硬件排隊電路或軟件查詢技術(shù)兩種方法來實現(xiàn)按中斷優(yōu)先權(quán)對多個中斷源的管理;

也有專門協(xié)助CPU按中斷優(yōu)先權(quán)處理多個中斷源的中斷控 制芯片，如后面第7章中將要介紹的8259A芯片。6.48086/8088的中斷系統(tǒng)和中斷處理

本節(jié)將主要闡述8086/8088的中斷系統(tǒng)及其中斷處理的全過程。

一、8086/8088的中斷系統(tǒng)

8086/8088中斷采用中斷向量結(jié)構(gòu)，每個中斷都有一個 特定的中斷類型碼（共256種類型的中斷）。這些中斷可以來自外部，即由硬件產(chǎn)生,也可以來自內(nèi)部，即由軟件（中斷指令）產(chǎn)生，或者滿足某些特定條件(陷阱)后引發(fā)CPU中斷。

8086/8088的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(一)外部中斷

8086/8088CPU有兩條引腳供外部中斷源請求中斷:一條是高電平有效的可屏蔽中斷INTR;另一條是上升沿有效的非屏蔽中斷NMI。

１.可屏蔽中斷可屏蔽中斷是由用戶定義的外部硬件中斷。CPU是否響應(yīng)此中斷請求，要取決于標(biāo)志寄存器中IF的狀態(tài)。若IF=0，則CPU處于關(guān)中斷狀態(tài),不響應(yīng)INTR;若IF=1，則CPU處于開中斷狀態(tài)，響應(yīng)INTR，并通過INTA引腳向產(chǎn)生INTR的設(shè)備接口(中斷源)發(fā)回響應(yīng)信號,啟動中斷過程。

CPU在發(fā)第2個中斷響應(yīng)信號INTA時,將使發(fā)出中斷請求信號的接口把1字節(jié)的中斷類型碼通過數(shù)據(jù)總線傳送給CPU。 中斷允許標(biāo)志IF位的狀態(tài)可用指令STI使其置位，即開中斷;也可用CLI指令使其復(fù)位，即關(guān)中斷。

系統(tǒng)復(fù)位后或任一中斷被響應(yīng)后，IF=0,所以在執(zhí)行程序的過程中要用STI指令開中斷,以便CPU有可能響應(yīng)新的可屏蔽中斷請求。

２.非屏蔽中斷

8086/8088要求NMI上的請求脈沖的有效寬度（高電平 的持續(xù)時間）大于兩個時鐘周期。一旦此中斷請求信號產(chǎn)生，不管標(biāo)志位IF的狀態(tài)如何，即使在關(guān)中斷（IF=0）的情況下，CPU也能響應(yīng)它。

非屏蔽中斷源有3種：

1）系統(tǒng)板上RAM的奇偶校驗錯

2）擴展槽中的I/O通道錯

3）協(xié)處理器8087的中斷請求

由于NMI比INTR的中斷請求的級別高，因此,若在指令執(zhí)行過程中,INTR和NMI引腳上同時都有中斷請求信號，則CPU將首先響應(yīng)NMI引腳上的中斷請求。

Intel公司在設(shè)計8086/8088芯片時，已將NMI的中斷類型號預(yù)先定義為類型2,所以,CPU響應(yīng)非屏蔽中斷時,不要求外部向CPU提供中斷類型號,CPU在總線上也不發(fā)INTA信號。

（二）內(nèi)部中斷

１.除法出錯中斷——類型0（優(yōu)先級最高） 執(zhí)行除法指令時，若除數(shù)為0或商超過范圍,則立即產(chǎn)生類型為0的內(nèi)部中斷，CPU轉(zhuǎn)向除法出錯的中斷服務(wù)程序。

２.溢出中斷——類型4 若上一條指令執(zhí)行的結(jié)果使溢出標(biāo)志位置1（OF=1）,則在

執(zhí)行溢出中斷（INTO）指令時，將引起類型4的內(nèi)部中斷,CPU

就可以轉(zhuǎn)入對溢出錯誤進(jìn)行處理的中斷服務(wù)程序。 若OF=0

時，則INTO指令執(zhí)行空操作。INTO指令常常緊跟在算術(shù)運算指令之后，以便在該指令執(zhí)行產(chǎn)生溢出時由INTO指令進(jìn)行特殊的處理。

３.單步中斷——類型1標(biāo)志位TF被置位（TF=1）時，8086/8088處于單 步工作方式，即CPU每執(zhí)行完一條指令后就自動地產(chǎn)生一 個類型1的內(nèi)部中斷，程序控制將轉(zhuǎn)入單步中斷服務(wù)程序。

CPU響應(yīng)單步中斷后將自動把狀態(tài)標(biāo)志壓入堆棧,然后清除TF和IF標(biāo)志位。 單步中斷服務(wù)程序結(jié)束時，再通過執(zhí)行IRET中斷返回指令,將CS與IP的內(nèi)容出棧，并恢復(fù)標(biāo)志寄存器的內(nèi)容,

使程序返回到斷點處。由于在中斷時TF位被保護起來了，中斷返回時TF位又被重新恢復(fù)（TF=1）,所以CPU在中斷返回以后仍然處于單步工作方式。

４.斷點中斷——類型3

8086/8088指令系統(tǒng)中有一條設(shè)置程序斷點的單字節(jié)中斷指令（INT3),執(zhí)行該指令以后就會產(chǎn)生一個中斷類型為3的內(nèi)部中斷,CPU將轉(zhuǎn)向執(zhí)行一個斷點中斷服務(wù)程序,以便進(jìn)行一些特殊的處理.

斷點中斷指令主要用于軟件調(diào)試中,程序員可用它在程序中設(shè)置一個程序斷點。

５.用戶定義的軟件中斷——類型n

在8086/8088的內(nèi)部中斷中,有一個可由用戶定義的 雙字節(jié)的中斷指令I(lǐng)NTn，其第1個字節(jié)為INT的操作碼,

第2個字節(jié)n是它的中斷類型碼。中斷類型碼n由程序員 編程時給定。

(三)內(nèi)部中斷的特點

(1)內(nèi)部中斷由一條INTn指令直接產(chǎn)生，其中斷類型號n或者包括在指令中，或者已由系統(tǒng)預(yù)先定義。

(2)除單步中斷以外，所有內(nèi)部中斷都不能被屏蔽。

(3)所有內(nèi)部中斷都沒有中斷響應(yīng)總線周期，這是因為內(nèi)部中斷不必通過查詢外部來獲得中斷類型號。

(4)硬、軟中斷的優(yōu)先級排隊如表6.2所示。8086/8088

中斷系統(tǒng)規(guī)定，除了單步中斷以外,所有內(nèi)部中斷的優(yōu)先權(quán) 都比外部中斷的優(yōu)先權(quán)高。如果在執(zhí)行一個能引起內(nèi)部中斷指令的同時,在NMI或INTR引腳端也產(chǎn)生了外部中斷請求,則 CPU將首先處理內(nèi)部中斷。三、中斷向量表

中斷向量表也稱中斷入口地址表。 中斷向量表放在存儲在00000H到003FFH之間，占1K字節(jié)。 中斷向量表分成256組，每組由兩個字（即4個字節(jié)）組成一個雙字長的指針。 雙字長指針的高地址存放的字是中斷服務(wù)程序入口地址所在的代碼段的16位段地址（CS）；

低地址字是中斷服務(wù)程序入口地址相對于段起始地址的偏移值（IP）。

CPU通過CS和IP的值得到一個20位的地址（16位的CS段地址左移4位，然后加上IP值）,它就是中斷服務(wù)程序的實際入口地址。

256級中斷的中斷向量表如圖6.20所示。

圖6.20的中斷向量表分為3部分。

第1部分類型0～類型4專用中斷 這5種中斷的入口已由系統(tǒng)定義，不允許用戶修改。

第2部分類型5～類型31系統(tǒng)備用中斷 這是Intel公司為軟、硬件開發(fā)保留的中斷類型,

一般不允許用戶作其他用途,其中許多中斷已被系統(tǒng)開發(fā) 使用，例如類型21H已用作系統(tǒng)功能調(diào)用的軟中斷。

第3部分類型32～類型255可供用戶使用 這些中斷可由用戶定義為軟中斷,由INTn指令引入，也可以是通過INTR端直接引入硬件可屏蔽中斷,使用時用戶要自行設(shè)置相應(yīng)的中斷入口地址。

每個中斷向量具有一個相應(yīng)的中斷類型號。

中斷類型號乘4，將給出中斷向量表中的中斷向量入口第1字節(jié)的物理地址。

例如，若中斷類型號為8,則這個向量的第1字節(jié)的地址為：類型號8×4＝32＝20H

若類型8中，安排的CS= 1000H，IP=0200H，則它們 形成的服務(wù)程序的入口地址 為10200Ｈ。

CPU一旦響應(yīng)中斷類型8,

則將轉(zhuǎn)去執(zhí)行從地址10200H

開始的中斷服務(wù)程序。 如圖6.24所示。二、8086/8088的中斷處理過程(一)8086/8088CPU中斷處理的基本過程

8086/8088CPU中斷處理的基本過程如圖6.22所示

對該圖作如下幾點說明:(1)中斷的基本過程可分為：

中斷請求,中斷響應(yīng),中斷處理和中斷返回。

(2)按預(yù)先設(shè)計安排的中斷優(yōu)先權(quán)來響應(yīng)中斷。四、可屏蔽中斷的過程

(一)INTR中斷的全過程

首先，中斷請求信號INTR由外部設(shè)備產(chǎn)生并送至8086的INTR引腳上。

CPU是否響應(yīng)取決于CPU內(nèi)部的IF標(biāo)志。 如果IF標(biāo)志為0,則CPU不會識別中斷； 當(dāng)IF=1并出現(xiàn)INTR請求信號時,CPU在完成正在執(zhí)行的 指令后，便開始響應(yīng)中斷。

步驟如下：

(1)CPU讀取中斷類型號n。

CPU發(fā)出INTA信號，外部中斷接口電路把中斷類型號通過數(shù)據(jù)總線送給CPU；

(2)按先后順序把FLAG、CS和IP的當(dāng)前內(nèi)容壓入堆棧;(3)清除IF和TF標(biāo)志；

(4)查中斷向量表，把4×n＋2的字存儲單元中的內(nèi)容讀入CS中，把4×n的字存儲單元中內(nèi)容讀入IP中。

(二)中斷類型號的獲得

(1)除法錯誤、單步中斷、非屏蔽中斷、斷點中斷和溢出中斷分別由CPU芯片內(nèi)的硬件自提供類型號0