微机原理期末复习第七章.docx
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微机原理期末复习第七章
第七章中断技术
第一节I/O接口
1.I/O接口:
连接外设与总线之间的逻辑电路的总称。
即总线主设备与外设之间的桥梁。
通过I/O接口,总线与外设可以交换数据,主设备可以控制该I/O口的工作(向I/O口写入命令);监测与管理I/O口的工作状态;必要时,I/O口还可产生中断请求。
2.I/O接口的主要功能
●数据缓冲功能(解决速度差异)
●设备选择(端口地址,译码)
●信号转换功能(电平,并、串,数、模等转换)
●对外设的控制与监测功能(发命令,监测状态等)
●中断请求与管理
●可编程功能
3.I/O端口:
把I/O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器或某些特定器件称之为端口(Port)。
I/O接口中常设有数据端口、命令端口和状态端口。
4.I/O端口的编址方式
•与存储器统一编址(或存储器映射方式)
优点:
指令多且齐全;端口空间大。
缺点:
指令长且慢;占用内存空间。
•I/O独立编址
优点:
指令短(设有单独的I/O指令)执行快;不占内存空间;程序易读。
缺点:
端口空间小;需要单独的I/O读、写信号。
5.CPU与I/O端口之间传送信息的方式
◎无条件传送
◎程序查询传送方式
读I/O端口状态信息,若准备就绪,就输入或输出,否则,就继续查询等待。
显然,该方式CPU的大部分时间都用在了查询和等待了,所以传送效率不高。
下图是一个查询输入的接口电路。
其查询程序如下:
wait1:
movdx,stport
inal,dx
testal,80h;当ready=1,数据已准备好。
jzwait1;当ready=0,数据未准备好。
movdx,dtport;准备好,读端口数据
inal,dx
◎中断传送方式
该方式可大大提高CPU的工作效率。
该方式是:
当外设要求CPU交换数据时,可向CPU发出中断请求,CPU在执行完当前指令后,即可中断当前任务的执行,根据中断源提供的中断类型号,转入相应的中断处理程序,以实现对外设的数据传送和管理。
该方式可实现CPU和外设并行工作。
◎DMA传送方式
DMA(DirectMemoryAccess)传送方式又称直接存储器存取方式。
其原理就是在存储器与外设之间开辟一条高速数据通道,使外设与内存之间直接交换数据。
这一数据通道是通过DMA控制器来实现的。
在DMA传送期间,不需要CPU的任何干预,而是由DMA控制器控制系统总线,在其控制下完成数据传送任务。
对于高速数据传送和与外设频繁交换信息的场合,DMA方式比中断传送方式效率高。
因为中断传送要不断的保护断点和现场,使CPU的工作效率大为降低。
6.I/O端口地址译码
译码电路的两种译码方式
T固定式端口地址译码
T可选式端口地址译码
译码电路的实现途径
T门电路译码
T译码器译码
TGAL、FPGA器件实现译码(译码电路对外可保密)
7.用门电路实现地址译码,有全译码和部分译码
全译码电路:
I/O所有地址线都参加译码的电路称为全译码电路。
溢出的I/O地址是唯一的,不会产生地址重叠。
部分译码电路:
I/O地址线只有部分地址信号参加了译码的电路称为部分译码电路译出的I/O地址有重叠。
IOR和IOW、AEN等信号也可参加译码。
第二节中断的基本概念
1.中断的概念和全过程
*什么是中断?
所谓中断就是当CPU正常运行程序时,由于随机的事件包括内部事件和外部事件)引起CPU暂时中止正在运行的程序,转去执行请求中断的中断源的中断服务程序,中断服务结束后再返回被中止的程序。
这一过程被称为中断。
*中断源
广义地说,能引起CPU产生程序中断的随机事件就是中断源。
例如:
外设故障、传输错误、定时器时间到等都可以是中断源;某外设需要传送数据向CPU发出中断请求,该外设即是中断源。
对主机来说,系统掉电、硬件故障、软件错误、设置断点、单步操作等也是中断源。
*中断过程
中断的全过程分为以下五步:
中断请求,中断判优,中断响应,中断服务(处理),中断返回。
◎中断请求
中断请求分为边沿请求和电平请求。
请求信号由低到高或有高到低的跳变为边沿触发请求;请求信号为高电平或低电平为电平触发请求。
◎中断判优
1、软件判优
2、硬件判优
◎中断响应
中断响应就是CPU“中断”现正在进行的处理任务,转向中断请求相对应的处理程序的过程。
中断响应过程应解决如下问题:
*保护断点
*保护现场
*CPU关中断
*转到中断请求所对应的处理程序
(控制权转移:
方法有固定入口地址;矢量中断)
◎中断处理(服务)
中断处理就是执行中断服务程序,完成中断源提出的处理要求。
实际上是软件编程问题。
中服程序与子程序的区别:
随机事件与意料之中事件;对主程序透明与不透明。
中服程序中如何保护现场与恢复现场。
若允许中断嵌套,应该在中服程序中开中断(STI)。
◎中断返回
中断返回就是CPU控制权由中服程序转移到被中断程序的过程。
用IRET指令。
2.中断判优
什么是中断判优
CPU管理多个中断源时,在收到中断源发出的中断请求后,需判断是哪一个中断源提出的中断请求,以便对它进行服务(或处理)
中断判优的方法
T软件查询判优法
T硬件判优法(向量中断和链式判优)
2.1软件查询判优
CPU响应中断后,转入执行一特定地址的中断服务程序,该中断服务程序查询状态口,确定发出中断请求的外设,然后进行相应的处理。
2.2硬件判优(向量中断法)
多个外设经中断控制器向CPU提出中断请求,CPU响应中断发出INTA信号,中断控制器将相应的中断向量号(中断类型号)放在数据总线上,CPU读取后,即可确定中断源,查中断向量表进行相应处理。
矢量中断优先级控制器原理如下图,优先级判别器判别出最高优先级请求,将其优先级别转换为3位代码,送到中断矢量寄存器的低3位及当前在服务寄存器;之后,中断控制逻辑向CPU发出中断请求信号,CPU中止正执行的程序,向中断控制电路发回中断响应信号,然后进入中断处理过程。
3.中断嵌套
•当前正在被执行的中断服务程序可被优先级更高的中断请求中断
•优先级相同或更低的中断请求不能中断当前正在被执行的中断服务程序
第三节PC机的中断系统
1.中断源类型
外部中断(硬中断)
T非屏蔽中断NMI
T可屏蔽中断INTR
内部中断(软中断)
T除法错中断
T溢出错中断
T断点中断
T单步中断
2.PC机中断系统
3.中断源的优先级
4.硬中断与软中断的比较
硬中断的特点
T由外部事件引起,具有随机性
TCPU需发中断响应信号(对INTR),对NMI不发
T可以被屏蔽(对INTR),对NMI不能屏蔽
T由中断控制器发中断类型号(对INTR),对NMI,CPU自动产生(02号)
软中断的特点
T通常,用中断指令触发,中断的发生时刻是可知的
TCPU不发中断响应信号
T中断类型号(n)由指令直接给出
T不可被屏蔽
5.非屏蔽中断NMI
当CPU收到非屏蔽中断NMI请求后,默认该请求的中断类型号为02H。
早期的包括3个非屏蔽中断源
T协处理器出错
T系统RAM奇偶校验错
TI/O通道校验错
6.可屏蔽中断INTR
在CPU的INT引脚输入“高”有效信号时,则产生硬件可屏蔽中断请求信号。
是否屏蔽由FR寄存器的IF位决定。
TIF=0,屏蔽中断(执行CLI指令)
TIF=1,允许中断(执行STI指令)
使用中断控制器管理多个硬件中断源
7.内部中断(软中断)
除法错中断
T执行DIV或IDIV指令时,商超出机器表示的最大值,即产生0号中断
溢出错中断
T当FR的OF=1时,执行INTO指令,即产生4号中断
单步中断
T当FR的TF=1时,执行每条指令,即产生1号中断
指令中断
T断点中断INT3H(机器码为:
CCH),单字节指令
TINTnH
7.中断向量表
8.外部中断响应与处理过程
中断申请
T外设向CPU发中断请求信号申请CPU给予服务,CPU决定是否响应
中断响应
T发中断响应信号INTA,获取中断类型号,保存断点及FR于堆栈,查表获得中断服务程序入口地址
中断服务程序
T保护现场,开中断,对外设进行服务(I/O操作),恢复现场
中断返回
T从堆栈弹出断点及FR,回到中断前的地址继续执行
9.中断操作流程
例如:
某中断向量号为72H,图7.16示出了中断操作过程,如下所述:
①取中断向量号72H;
②计算中断向量地址72×4=1C8H;
72×4+2=1CAH;
③取中断服务程序入口地址的偏移量送入IP,
IP=2050H,段地址送入CS,CS=A000H;
④转入中断服务程序A0000H:
2050H;
⑤中断返回到INT72H指令的下一条指令。
10.中断响应周期(对INTR)
第四节可编程中断控制器8259A
1.8259A中断控制器(PIC)功能
优先级排队管理
T完全嵌套
T循环优先级
T特殊完全嵌套方式
接受和扩充外部设备的中断请求
T利用级联方式可扩展至8片,管理64个中断源
提供中断类型号
中断请求的允许与屏蔽
2.8259A的内部结构和外部特性
2.18259A的外部特性
※8259A是28脚封装的NMOS芯片,其管脚如上图所示。
1.8259A与CPU的连接信号
•D7~D0:
CPU与8259A之间的数据线。
•RD和WR:
读/写命令线,通常分别接CPU的IOR和IOW信号。
•CS和A0:
片选线和地址线。
CS由系统的I/O译码器产生,它确定该8259A在系统I/O空间的基地址。
A0用于选择8259A的内部寄存器。
因只有一条地址线,可知该芯片有两个端口地址。
•INT:
中断请求线,高有效,接到CPU的INTR信号。
•INTA:
CPU或总线控制器8288来的中断响应信号线。
在中断响应期间,该信号线送CPU来的负脉冲。
•IR0~IR7:
8259A的8个异步中断请求输入信号。
高电平和上升沿表示有请求。
2.8259A与外设间的连接信号
•CAS2~CAS0:
级联信号。
它是双向信号,当系统的中断请求多于8个时,可用两个或更多的8259A级联,其中一个是主中断控制器,其余的是从控制器。
从控制器的INT输出接到主控制器的一个IR输入上。
在中断响应期间,若主8259A判定所响应的是由某一从8259A来的中断请求,则它在级联线上发出该从8259A的识别号,并由各个从8259A接收。
•SP/EN:
双向信号线。
当8259A与系统数据总线之间加双向总线驱动器以加大8259A的驱动能力时,8259A应处于“缓冲方式”。
这时,应是输出线,以控制双向总线驱动器的EN端。
若不采用缓冲方式,则是输入线(见图7.19),由它决定该8259A编程为“从片”(=1)还是编程为“主片”(=0)。
2.28259A的内部结构
中断请求寄存器(IRR)
T存放外部中断源发出的中断请求信号,具有锁存功能
正在服务寄存器(ISR)
T存放正在被服务的中断请求信号。
中断嵌套时,有多个比特同时被置“1”
中断屏蔽寄存器(IMR)
T“0”允许中断;“1”屏蔽中断
优先权分析器(PR)
T把IRR的内容与ISR的内容进行比较,响应优先级高的中断
数据总线缓冲器
T三态双向8位缓冲器作为与系统总线的接口
读/写控制逻辑
RD
WR
一条地址线A0,只有两个端口。
(早期的PC/XT机器中,两个口地址:
20H,21H)
级联缓冲器/比较器(CAS2~CAS0)
T用于存储和比较从片中所有8259的标识号。
2.38259A的级联
2.48259A的工作方式
中断触发方式
T边沿触发方式
T电平触发方式
T中断查询方式(若系统中断源超过64个时)
屏蔽中断源的方式
T普通屏蔽方式
T特殊屏蔽方式
中断嵌套方式
T正常全嵌套方式
T特殊全嵌套方式
中断优先级方式
T优先级自动循环方式
T优先级指定循环方式
结束中断的处理方式
T正常中断结束方式(EOI)
T指定中断结束方式(SEOI)
T自动中断结束方式(AEOI)
2.5※几个名词解释
正常全嵌套方式
允许比现正处理的优先级更高的事件打断它的处理而被服务。
特殊全嵌套方式
允许同级和高优先级的请求可以打断正进行的处理而实现嵌套。
此方式仅用于主片PIC。
中断结束命令(EOI)
有三种EOI命令,使得中断响应或处理完后能使相应的ISR复位(即ISRi=0)。
T正常EOI命令:
在中断处理结束时使当前优先级最高的ISR复位。
T指定EOI命令(SEOI):
该EOI命令指出了所复位的ISR的号。
该命令用于不能肯定本级是否最高优先级的场合。
T自动EOI命令(AEOI):
该方式下,当某一IRQ被CPU响应中断结束时自动使其ISR为0。
这种方式免除了中断处理结束时一定要向8259A发送EOI命令的必要。
但是它打乱了正常全嵌套。
2.68259A全嵌套方式流程图
2.78259A编程(命令字)
初始化命令字(有4个初始化命令字ICW)
T芯片控制(工作方式设置)ICW1
T中断类型号ICW2
T级联方式ICW3
T特殊全嵌套、缓冲器方式ICW4
操作命令字(有3个操作命令字OCW)
T中断屏蔽字OCW1T中断结束方式OCW2T中断查询OCW3
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- 微机 原理 期末 复习 第七