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微机接口课程设计之中断系统研究
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2011-09-17
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本资源详细介绍了中断源的分类,8086及奔腾的中断系统对比研究及中断向量和中断向量表的相关内容。
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计算机中断系统研究
一、 中断概述
所谓中断,就是指 CPU 在执行程序的过程中,由于某种外部或内部事件的
作用(如外部设备请求与 CPU 传送数据或 CPU 在执行程序的过程中出现了异
常),强迫 CPU 停止当前正在执行的程序而转去为该事件服务,待事件服务结
束后,又能自动返回到被中断了的程序中继续执行。由于 CPU 正在执行的原程
序被暂停执行,所以称为中断。相对被中断的原程序来说,中断处理程序是临
时嵌入的一段程序,所以,一般将被中断的原程序称为主程序,而将中断处理
程序称为中断子程序(或中断服务子程序)。能够引起计算机中断的事件,称
为中断源。主程序被中止的地方,称为断点,也就是下一条指令所在内存的地
址。中断服务子程序一般存放在内存中一个固定的区域内,它的起始地址称为
中断服务子程序的入口地址。
图 1-1 中断过程
中断过程示意图如上图 1-1,当 CPU 正在执行现行主程序时,有一个外部
或内部事件请求 CPU 处理,CPU 响应中断后,就暂时中断正在执行的主程序
而去为该事件服务执行一段事先编写好的中断服务子程序。当中断服务子程序
执行结束后,又自动返回原来被中断的主程序中继续执行。能实现这一中断处
理过程的技术,称为中断技术。
中断技术是现代计算机系统中十分重要的功能。最初,中断技术引入计算
机系统,只是为了解决快速的 CPU 与慢速的外部设备之间传送数据的矛盾。
随着计算机技术的发展,中断技术不断被赋予新的功能,如计算机故障检测与
自动处理、实时信息处理、多道程序分时操作和人机交互等。中断技术在微机
系统中的应用,不仅可以实现 CPU 与外部设备并行工作,而且可以及时处理系
统内部和外部的随机事件,使系统能够更加有效地发挥效能。
二、中断系统的功能及作用
中断技术是十分重要而复杂的技术,由计算机的软硬件共同完成,称之为
中断系统。80486 系统中的中断技术由 CPU 的中断管理机制、可编程中断控
制器 8259A 和中断处理程序共同实现。一个完整的中断系统应具备如下功能。
(1)设置中断源:中断源是系统中允许请求中断的事件。设置中断源就
是确定中断源的中断请求方式。
(2) 中断源识别:当中断源有请求时,CPU 能够正确地判别中断源,并
能够转去执行相应的中断服务子程序。
(3) 中断源判优:当有多个中断源同时请求中断时,系统能够自动地进
行中断优先权判断,优先权最高的中断请求将优先得到 CPU 的响应和处理。
(4)中断处理与返回:能自动地在中断服务子程序与主程序之间进行跳
转,并对断点进行保护。
中断系统是现代计算机中重要的组成部分,它可以使计算机完成如下操作:
(1)故障检测和自动处理。计算机系统出现故障和程序执行错误都是随
机事件,事先无法预料。如电源掉电、存储器出错、运算溢出等,采用中断技
术可以有效地进行系统的故障检测和自动处理。
(2)实时信息处理。在实时信息处理系统中,需要对采集的信息立即做
出响应,以避免丢失信息,采用中断技术可以进行信息的实时处理。
(3)并行操作。当外部设备与 CPU 以中断方式传送数据时,可以实现
CPU 与外部设备之间的并行操作,使系统更加有效地发挥效能,提高效率。
(4)分时处理。现代操作系统具有多任务处理功能,使同一个微处理器
可以同时运行多道程序,通过定时和中断方式,将 CPU 按时间分配给每个程序,
从而实现多任务之间的定时切换与处理。
三、8086 及 Pentium 机的中断系统
8086 微处理器具有 256 种中断处理能力,可分为两大类,即硬件中断和
软件中断。这 256 种中断类型序号为 0-255 成为中断类型码,常用 n 表示。
各类中断示意图如图 1-2 所示:虚线右侧表示硬中断,其左侧表示软中断。
图 1-2 各类中断示意图
8086 的中断响应过程是若 CPU 开中断,则在指令周期的最后一个时钟周
期检查 INTR。如果有外部中断请求,则进入中断相应周期。中断响应周期占连
续两个总线周期,发两个中断响应信号 INTA(低电平有效)。第一个 INTA
(低电平有效)通知中断源,准备中断类型吗,第二个 INTA 读取中断类型吗。
然后根据类型码取中断服务程序的入口地址 IP 和 CS,与此同时,断点(IP 和
CS 中原来的内容)压栈保存。中断服务程序执行完后,中断返回。断点地址弹
出,送 CS 和 IP。
Pentium 处理器的中断系统采用向量中断结构,工作方式是保护方式和实
地址方式,实地址方式下的中断操作与 8086 相同,保护方式下的中断处理除
了与 8086 系统兼容外,还支持多处理器的高级可编程中断技术。保护方式的
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zylyhm
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