哈工大威海计算机学院 计算机组成原理课件第7章 输入输

1、7.6 DMA方式方式7.5 程序中断方式程序中断方式7.4 程序查询方式程序查询方式7.3 I/O接口接口7.2 外部设备外部设备7.1 概述概述计算机计算机I/O系统结构图系统结构图7.1 概概 述述一、输入输出系统的开展概况一、输入输出系统的开展概况无无I/O技术技术程序查询程序查询I/O方式方式程序中断方式程序中断方式直接内存存取直接内存存取(Direct Memory Access, DMA)方式方式通道通道(Channel)方式方式外围处理机外围处理机(Peripheral Processor Unit, PPU)方式方式1、无、无I/O技术技术(1) 辐射式连接辐射式连接 外设外

2、设 外设外设 外设外设 主主机机特点特点1每个每个I/O设备利用各自的逻辑控制电路与设备利用各自的逻辑控制电路与CPU相连相连2I/O与与CPU交换信息时，交换信息时，CPU必须停止其他工作必须停止其他工作3I/O设备控制电路与设备控制电路与CPU控制器紧密结合不分隔控制器紧密结合不分隔缺点：线路复杂缺点：线路复杂缺点：效率低下缺点：效率低下缺点：不易扩充设备缺点：不易扩充设备2总线及接口技术的引入总线及接口技术的引入 主主 机机接接 口口接接 口口设设 备备 1设设 备备n 总线总线特点：特点：1总线连接，易于删减设备，故障率低总线连接，易于删减设备，故障率低 2接口可以使不同的外设更方便的

3、接入计算机系统接口可以使不同的外设更方便的接入计算机系统2、程序查询、程序查询I/O方式方式CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态未准备就绪未准备就绪N数据传送数据传送YCPU主动去查询外设主动去查询外设 在这种方式中数据在在这种方式中数据在CPU与外围设备之间的传送完全与外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，是在靠计算机程序控制，是在CPU主动控制下进行的当输入主动控制下进行的当输入输出时，输出时，CPU暂停执行本程序，转去执行输入输出的效劳暂停执行本程序，转去执行输入输出的效劳程序，根据效劳程序中的程序，根据效劳程序中的I/O指令进行数据传送指令进行数据传送踏步等待踏步等待3. 程序中

4、断方式程序中断方式I/O 工作工作CPU 不查询不查询CPU 暂停现行程序暂停现行程序自身准备自身准备与主机交换信息与主机交换信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 启动启动 I/O设备设备现行程序现行程序 中断服务程序中断服务程序KK+1没有踏步等待现象没有踏步等待现象中断现行程序中断现行程序程序中断方式流程程序中断方式流程CPU 向向 I/O 发读指令发读指令CPU 读读 I/O 状态状态检查状态检查状态完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 设备工作设备工作准备就绪准备就绪CPU I/O从从 CPU 向主存写入一个字向主存写入一个字CPU 主存主存从从 I/O 接口中读一

5、个字到接口中读一个字到CPUI/O CPU中断请求中断请求I/O CPU出错出错是是否否未错未错4. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之间有一条直接数据通道之间有一条直接数据通道不中断现行程序不中断现行程序周期挪用周期窃取周期挪用周期窃取CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存之间的传送与主存之间的传送三种方式的三种方式的 CPU 工作效率比较工作效率比较存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现

6、行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存与主存之间的传送之间的传送CPU 执行执行现行程序现行程序CPU查询等待并传输查询等待并传输I/O数据数据CPU 执行执行现行程序现行程序启动启动I/OI/O 准备及传送准备及传送指令执行周期结束指令执行周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序启动启动I/O中断请求中断请求I/O准备准备I/O准备准备CPU 处理中断服务程序处理中断服务程序实现实现 I/O 与主机之间的传送与主机之间的传送间间断断启动启动I/O启动启动I/OI

7、/O准备准备中断请求中断请求启动启动I/OI/O准备准备一个存取周期一个存取周期DMA请求请求程序程序查询查询方式方式程序程序中断中断方式方式DMA 方式方式I/O 准备及传送准备及传送间间断断I/O准备准备I/O准备准备5. 具有通道结构的阶段具有通道结构的阶段 CPUM.M通通 道道I/O特点：特点： 1通道可以看作是一个通道可以看作是一个I/O处理器，有专用通道指令。处理器，有专用通道指令。 2 I/O通道受通道受CPU控制：启动、停止控制：启动、停止 3通道可以代替通道可以代替CPU来控制来控制I/O设备以及控制设备以及控制I/O与主与主机进行数据交换。机进行数据交换。6. 具有具有

8、I/O 处理机的阶段处理机的阶段 I/O 处理机又称外围处理机处理机又称外围处理机PPU，根本独立于主机工作。它即可以完成，根本独立于主机工作。它即可以完成I/O控控制，还可以完成码制转换、数据校验等功能。使制，还可以完成码制转换、数据校验等功能。使I/O系统对主机来说独立性更高。系统对主机来说独立性更高。二、输入输出系统的组成二、输入输出系统的组成7.2 外部设备外部设备一、概述一、概述1.外设的根本组成外设的根本组成常用的常用的I/O设备设备输输入入输输出出设设备备终端设备（键盘终端设备（键盘+显示器）显示器）汉字处理设备汉字处理设备A/D、D/A转换转换多媒体多媒体脱机输入脱机输入/输出

9、设备（软磁盘数据站）输出设备（软磁盘数据站）显示器（字符、汉字、图形、图像）显示器（字符、汉字、图形、图像）打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）绘图仪（平板式、滚筒式）绘图仪（平板式、滚筒式）语音输出语音输出输输出出设设备备键盘键盘图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图像输入设备（摄像机、扫描仪、传真机）图像输入设备（摄像机、扫描仪、传真机）条形码，光学字符识别，语言与文字输入条形码，光学字符识别，语言与文字输入输输入入设设备备7.3 I/O 接接 口口一、概述一、概

10、述 接口接口硬件上广义指计算机各部件间进行连接的逻辑部件。硬件上广义指计算机各部件间进行连接的逻辑部件。一般指一般指CPU和和I/O设备间的连接部件，即设备间的连接部件，即I/O接口。接口。1 引入接口的原因：由外设的特点决定的引入接口的原因：由外设的特点决定的 外设的特点：种类和品种繁多；外设的特点：种类和品种繁多； 工作速度慢；工作速度慢； 信号类型和电平种类不同信号类型和电平种类不同2设置接口的理由：设置接口的理由： 1、通过设置数据缓冲实现、通过设置数据缓冲实现CPU与与I/O间的速度匹配；间的速度匹配； 2、通过串、通过串并或并并或并串转换电路实现串转换电路实现CPU与与I/O之间的

11、之间的数据格式转换；数据格式转换； 3、通过电平匹配实现、通过电平匹配实现CPU与与I/O之间的电气转换；之间的电气转换； 4、通过接收与传达控制命令实现、通过接收与传达控制命令实现CPU对对I/O接口的控制；接口的控制； 5、通过保存与传送、通过保存与传送I/O状态实现状态实现CPU对对I/O的查询；的查询； 6、通过设备选择电路向、通过设备选择电路向CPU提供提供I/O寻址功能。寻址功能。二、接口的功能和组成二、接口的功能和组成(1) 设备选择线设备选择线(2) 数据线数据线(3) 命令线命令线(4) 状态线状态线I/O 接口接口设备设备I/O 接口接口设备设备数据线数据线命令线命令线状态

12、线状态线I/O总线总线设备选择线设备选择线 总线连接方式的总线连接方式的 I/O 接口电路接口电路2. 接口的功能和组成接口的功能和组成接口的主要功能有：接口的主要功能有：1地址识别与设备选择地址识别与设备选择2接收、保存接收、保存CPU的的I/O控制命令控制命令 3反映外设的工作状态反映外设的工作状态4信号转换信号转换5数据格式、码制的转换与数据检错数据格式、码制的转换与数据检错/纠错纠错 6传送数据传送数据7中断中断3. I/O 接口的根本组接口的根本组 成成 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存

13、器DBR 控制逻辑电路控制逻辑电路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线接口中包含的端口接口中包含的端口数据端口数据端口控制端口控制端口状态端口状态端口暂存数据信息暂存数据信息接受控制信息接受控制信息反映接口外设的状态信息反映接口外设的状态信息在用户看来：在用户看来： CPU了解外设的状态、了解外设的状态、 控制外设的工作、控制外设的工作、 与外设交换数据，与外设交换数据， 都是通过接口中用户可见的存放器都是通过接口中用户可见的存放器端口端口(Port) 的的“读读/写写来实现的。这些端口通过总线与来实现的。这些端

14、口通过总线与CPU互连。互连。CPUI/O外设外设系统系统外设外设I/O接口电路接口电路数据口数据口状态口状态口命令口命令口端口地址端口地址译码选择译码选择控制逻辑控制逻辑ABDBDB状态信息状态信息命令数据命令数据CBCB1统一编址：统一编址：I/O与内存统一进行编址与内存统一进行编址p占用内存编址空间占用内存编址空间p可利用访存指令访问可利用访存指令访问I/O口口 特点：特点： 图示：图示：内存空间内存空间00000HFFFFFH供供I/O口使用口使用p不占用内存的编址空间不占用内存的编址空间p有专门的输入输出指令有专门的输入输出指令 特点：特点： 图示：图示：内存空间内存空间00000H

15、FFFFFHI/O空间空间0000HFFFFH互不干扰互不干扰2独立编址：独立编址：I/O与内存有各自独立的与内存有各自独立的 地址空间，互不干扰。地址空间，互不干扰。5. I/O 口的编址方式口的编址方式三、接口类型三、接口类型并行接口并行接口串行接口串行接口可编程接口可编程接口不可编程接口不可编程接口通用接口通用接口专用接口专用接口1. 按数据按数据 传送方式传送方式 分类分类2. 按功能按功能 选择的灵活性选择的灵活性 分类分类3. 按按 通用性通用性 分类分类4. 按数据传送的按数据传送的 控制方式控制方式 分类分类中断接口中断接口DMA 接口接口Intel 8255Intel 825

16、1Intel 8255、 Intel 8251Intel 8212Intel 8255、 Intel 8251Intel 8279、 Intel 8275Intel 8259Intel 82577.4 程序查询方式程序查询方式一、含义：在这种方式中数据在一、含义：在这种方式中数据在CPU与外围设备之间的传送与外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，是在完全靠计算机程序控制，是在CPU主动控制下进行的当输入主动控制下进行的当输入输出时，输出时，CPU暂停执行本程序，转去执行输入输出的效劳暂停执行本程序，转去执行输入输出的效劳程序，根据效劳程序中的程序，根据效劳程序中的I/O指令进行数据传送指令进

17、行数据传送三、程序查询方式的接口电路三、程序查询方式的接口电路设备选择电设备选择电 路路QQ&准备就准备就 绪绪启动命启动命 令令地址地址 线线SEL启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束 DB10 10RRSSQn+1=S+/RQn ;SR=0设备选择电路设备选择电路DBRQQ&数据数据 线线准备就绪准备就绪启动命令启动命令地址线地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束DB10 10工作过程工作过程以输入为例以输入为例KK+1中断服务程序中断服务程序入口入口7.5 程序中断方式程序中断方式 但凡向但凡向CPU提出中断请求的各种因素，统称为中断

18、源。提出中断请求的各种因素，统称为中断源。可以是硬件也可以是软件可以是硬件也可以是软件2. 引起中断的各种因素引起中断的各种因素(1) 人为设置的中断人为设置的中断(2) 程序性事故程序性事故如如 转管指令转管指令溢出、操作码不能识别、除法非法溢出、操作码不能识别、除法非法(5) 外部事件外部事件(4) I/O 设备设备(3) 硬件故障硬件故障用用 键盘中断键盘中断 现行程序现行程序转管指令转管指令管理程序管理程序3.中断的内容中断的内容 其中，中断请求和中断判优一般由其中，中断请求和中断判优一般由IO接口完成；而接口完成；而中断响应、中断效劳和中断返回由中断响应、中断效劳和中断返回由CPU完

19、成完成 处理器内部必须增加相关的硬件，如：处理器内部必须增加相关的硬件，如：接受中断请求信号的引脚接受中断请求信号的引脚INTR、发出中断响应信号的引脚发出中断响应信号的引脚INTA、“中断状态触发器中断状态触发器INT、“中断允许标志中断允许标志EINT、将将ENIT置为置为1的的“开中断指令开中断指令STI、将将ENIT清为清为0的的“关中断指令关中断指令CLI将程序断点将程序断点“弹回弹回PC的中断返回指令的中断返回指令 IRET等，等，要支持中断，需要多方的配合：要支持中断，需要多方的配合：接口中要设置：接口中要设置： 中断请求触发器中断请求触发器“INTR 中断屏蔽触发器中断屏蔽触发

20、器MASK。CPUF主存中必须存储：主存中必须存储：F 处理不同中断请求的中断效劳程序。处理不同中断请求的中断效劳程序。中断接口中断接口主存主存实现中断的软实现中断的软/硬件，总称为硬件，总称为。二、中断的特点及其作用二、中断的特点及其作用1.特点：实时性随机性特点：实时性随机性2.作用作用CPU 与与 I/O 设备并行工作设备并行工作硬件故障报警与处理硬件故障报警与处理实现人机交互联系实现人机交互联系实现多道程序分时运行实现多道程序分时运行实现实时控制与实时处理实现实时控制与实时处理实现多处理机和多计算机间的联系实现多处理机和多计算机间的联系实现用户程序和操作系统程序间的转换实现用户程序和操

21、作系统程序间的转换注意：注意： 中断的发生是随机的。在实现中断时，必须做到：不管中断的发生是随机的。在实现中断时，必须做到：不管一个程序在执行的过程中，是否被中断，中断多少次，其最终一个程序在执行的过程中，是否被中断，中断多少次，其最终的运行结果必须是唯一的。的运行结果必须是唯一的。 当有多个中断源向当有多个中断源向CPU提出中断请求时，提出中断请求时，CPU必须坚持的必须坚持的原那么是：在任何一个时刻只能为一个中断源的请求提供效劳。原那么是：在任何一个时刻只能为一个中断源的请求提供效劳。发中断请求发中断请求 空空 闲闲接接 收收数据数据接接 收收数据数据准准 备备发中断请求发中断请求 打打

22、印印打打 印印打印机打印机执行主程序执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响应中响应中 断断中断返中断返 回回响应中响应中 断断中断返中断返 回回 启动启动打印打印 机机传送传送数数 据据传传 送送数数 据据CPU四、四、 中断系统需解决的问题中断系统需解决的问题(1) 各中断源各中断源 如何如何 向向 CPU 提出请求提出请求 ？(2) 各中断源各中断源 同时同时 提出提出 请求请求 怎么办怎么办 ？(5) 如何如何 寻找入口地址寻找入口地址 ？(4) 如何如何 保护现场保护现场 ？(3) CPU 什么什么 条件条件、什么、什么 时间时间、以什么、以什么 方式方式

23、 响应中断响应中断 ？(6) 如何如何 恢复现场恢复现场，如何，如何 返回返回 ？(7) 处理中断的过程中又处理中断的过程中又 出现新的中断出现新的中断 怎么办怎么办 ？硬件硬件 软件软件配置中断请求触发器和中断屏蔽触发配置中断请求触发器和中断屏蔽触发 器器DQ&1INTR 中断请求触发中断请求触发 器器MASK 中断屏蔽触发中断屏蔽触发 器器来自来自 CPU 的的中断查询信中断查询信 号号受设备本身控受设备本身控 制制INTR D MASKQD 完成触发器完成触发器 中断请求中断请求 1 1 1 & 1 & 1 &INTR1INTR2INTR3INTR4INT

24、P1INTP2INTP3INTP4INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 优先级优先级 按按 降序降序 排列排列 2. 中断判优逻辑中断判优逻辑1INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2A、B、C 优先级按优先级按 降序降序 排列排列(3) 软件实现程序查询软件实现程序查询否否是否是否 A 请求？请求？是否是否 B

25、请求？请求？是否是否 C 请求？请求？转转 A 的效劳程序的效劳程序入口地址入口地址转转 B 的效劳程序的效劳程序入口地址入口地址转转 C 的效劳程序的效劳程序入口地址入口地址是是是是是是否否否否3.中断效劳程序入口地址的寻找中断效劳程序入口地址的寻找1 软件查询法软件查询法中断识别程序中断识别程序（入口地址（入口地址 M）地地 址址说说 明明指指 令令 M JMP 1# SR1# D = 1 转转1# 服务程序服务程序 SKP DZ 2# JMP 2# SR2# D = 0 跳跳2# D = 1 转转2# 服务程序服务程序 SKP DZ 8# JMP 8# SR8# D = 0 跳跳8# D

26、 = 1 转转8# 服务程序服务程序八个中断源八个中断源 1、2、 8 按按 降序降序 排列排列 SKP DZ 1#1# D = 0 跳跳（D为完成触发器）为完成触发器）优点：不需要增加硬件，可以灵活改变中断源的优先级；优点：不需要增加硬件，可以灵活改变中断源的优先级；缺点：占用缺点：占用CPU时间，处理速度慢，优先级低的中断请求需要等时间，处理速度慢，优先级低的中断请求需要等待较长时间才能开始中断效劳待较长时间才能开始中断效劳2 硬件向量法硬件向量法入口地址入口地址 200入口地址入口地址 300入口地址入口地址 40012 H13 H14 H主存主存12 H13 H14 HJMP 200J

27、MP 300JMP 400主存主存向量地址向量地址 12H、13H、14H入口地址入口地址 200、 300、 400向量地向量地 址址排队器输排队器输 出出中断向量地址中断向量地址 形成部件形成部件 设备设备编码器编码器1 0 0 0000100100 1 0 0000100111 CPU 响应中断的条件和时响应中断的条件和时 间间(1) 条件条件(2) 时间时间中断中断允许触发器允许触发器 EINT = 1用用 开中断开中断 指令置指令置 “1 EINT用用 关中断关中断 指令置指令置“ 0 EINT 或硬件或硬件 自动复位自动复位当当 D = 1随机且随机且 MASK = 0 时时在每条

28、指令执行阶段的结束前在每条指令执行阶段的结束前CPU 发发 中断查询信号将中断查询信号将 INTR 置置“14. 中断响应中断响应2 中断隐指令中断隐指令(1) 保护程序断点保护程序断点(2) 寻找效劳程序入口地址寻找效劳程序入口地址(3) 硬件硬件 关中断关中断向量地址向量地址形成部件形成部件INTSQREINTSQRPC 1 &1排队器排队器断点存于断点存于 特定地址特定地址 0 号地址号地址 内内断点断点 进栈进栈INT 中断状态中断状态EINT 允许中断允许中断R S 触发器触发器向量地址向量地址PC （硬件向量法）（硬件向量法）中断识别程序中断识别程序 入口地址入口地址MPC

29、（软件查询法）（软件查询法） CPU 工作周期的标志工作周期的标志CPU 访存有四种性质访存有四种性质取取 指令指令取取 地址地址取取 操作数操作数存存 程序断点程序断点取指周期取指周期间址周期间址周期执行周期执行周期中断周期中断周期FEDINDDINTDCLK1FE1IND1EX1INTEXDCPU 的的4个工作周期个工作周期5.保护现场和恢复现场保护现场和恢复现场1保护现场保护现场2恢复现场恢复现场寄存器寄存器 内容内容断点断点保护现场保护现场其他效劳程序其他效劳程序恢复现场恢复现场中断返回中断返回PUSH视不同请求源而定视不同请求源而定POP中断效劳程序中断效劳程序 完成完成中中断断服服

30、务务程程序序中断隐指令中断隐指令 完成完成中断效劳程序中断效劳程序 完成完成IRET五、中断效劳程序流程五、中断效劳程序流程1. 中断效劳程序的流程中断效劳程序的流程(1) 保护现场保护现场(2) 中断效劳中断效劳(3) 恢复现场恢复现场(4) 中断返回中断返回对不同的对不同的 I/O 设备具有不同内容的设备效劳设备具有不同内容的设备效劳中断返回指令中断返回指令2. 单重中断和多重中断单重中断和多重中断中断隐指令完成中断隐指令完成进栈指令进栈指令出栈指令出栈指令程序断点的保护程序断点的保护寄存器内容的保护寄存器内容的保护 在处理中断的过程中，可能有新的、优先级更高的中断请在处理中断的过程中，可

31、能有新的、优先级更高的中断请求到来。当这种现象发生时，假设允许求到来。当这种现象发生时，假设允许CPU暂停现行的中断效暂停现行的中断效劳程序，转去处理新的中断请求，这种现象称为多重中断或中劳程序，转去处理新的中断请求，这种现象称为多重中断或中断嵌套，否那么为单重中断。断嵌套，否那么为单重中断。不允许中断不允许中断 现行的现行的 中断效劳程序中断效劳程序单重单重 中断中断 多重多重 中中 断断 允许级别更高允许级别更高 的中断源的中断源中断中断 现行的现行的 中断服务程序中断服务程序klmk +1l +1m +1第一次第一次 中断中断第二次第二次 中断中断第三次第三次 中断中断程序断点程序断点

32、k+1 , l+1 , m+13. 实现多重中断的条件实现多重中断的条件B, CA中断中断请求请求主程序主程序(2) 优先级别高优先级别高 的中断源的中断源 有权中断优先级别低有权中断优先级别低 的中断源的中断源(1) 提前提前 设置设置 开中断开中断 指令指令ABCD中断服务程序中断服务程序（ A、B、 C、 D 优先级按优先级按 降序降序 排列）排列）D4. 单重中断和多重中断的效劳程序流程单重中断和多重中断的效劳程序流程中断否？中断否？保护现场保护现场设备服务设备服务恢复现场恢复现场 开中断开中断中断返回中断返回取指令取指令执行指令执行指令中断服务程序中断服务程序 中断响应中断响应 程序

33、断点进栈程序断点进栈 关中断关中断 向量地址向量地址 PC中断周期中断周期是是中断返回中断返回保护现场保护现场设备服务设备服务关中断关中断恢复现场恢复现场开中断开中断开中断开中断开中断开中断开中断开中断中断隐指令中断隐指令中断隐指令中断隐指令否否取指令取指令执行指令执行指令中断否？中断否？否否 中断响应中断响应 程序断点进栈程序断点进栈 关中断关中断向量地址向量地址 PC中断周期中断周期是是中断服务程序中断服务程序单重单重 多重多重 六、中断屏蔽六、中断屏蔽 中断判优和中断响应，通常是由硬件完成的。这样，在中中断判优和中断响应，通常是由硬件完成的。这样，在中断优先级确定后，中断响应的顺序也就随

34、之确定了。能否在运断优先级确定后，中断响应的顺序也就随之确定了。能否在运行时，临时调整中断的效劳顺序呢？行时，临时调整中断的效劳顺序呢？ 答复是肯定的，一个可行的解决方案就是引入由操作系统答复是肯定的，一个可行的解决方案就是引入由操作系统管理的、可变的管理的、可变的“中断屏蔽字。中断屏蔽字。 在在CPU响应了某级中断的某个中断源发来的中断请求后，响应了某级中断的某个中断源发来的中断请求后，系统将该中断源所属中断级别对应的中断屏蔽字，写入中断屏系统将该中断源所属中断级别对应的中断屏蔽字，写入中断屏蔽存放器蔽存放器 IMR。 CPU根据中断屏蔽字决定屏蔽掉某些级别中断的请求信号，根据中断屏蔽字决定

35、屏蔽掉某些级别中断的请求信号，使其不能进入排队器排队，从而间接地改变中断响应顺序。使其不能进入排队器排队，从而间接地改变中断响应顺序。 &1. 屏蔽触发器的作用屏蔽触发器的作用MASK = 0未屏蔽未屏蔽INTR 能被置能被置 “1 1 & & & 1 1 1 1INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1INTR2INTR3INTR4MASK1MASK2MASK3MASK4DQ 1 DINTR MASKQCPU查询查询MASKi = 1 屏蔽屏蔽INTPi = 0 不能被排队选中不能被排队选中中断处理中断处理程序级别程序级别中断级屏蔽位中断级屏蔽位1 级

36、级2 级级3 级级4 级级第第 1 级级第第 2 级级第第 3 级级第第 4 级级1000110011101111中断处理顺序就是中断响应顺序时的中断屏蔽字中断处理顺序就是中断响应顺序时的中断屏蔽字设设“1代表屏蔽，代表屏蔽，“0表示开放表示开放2. 屏蔽字屏蔽字优先级优先级屏屏 蔽蔽 字字 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

37、 10 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1123456151616个中断源个中断源 1、2、3 16 按按 降序降序 排列排列3. 屏蔽技术可改变处理优先等级屏蔽技术可改变处理优先等级响应优先级响应优先级响应优先级响应优先级 ABCD 降序排列降序排列 不可改变不可改变处理优先级处理优先级可改变通过重新设置屏蔽字可改变通过重新设置屏蔽字中断源中断源原屏蔽字原屏蔽字新屏蔽字新屏蔽字ABCD 1 1 1 10 1 1 10 0 1 10 0 0 1 1

38、 1 1 10 1 0 00 1 1 00 1 1 1 处理优先级处理优先级 ADCB 降序排列降序排列服务程序服务程序B处理完处理完C处理完处理完D处理完处理完A处理完处理完t主程序主程序A程序程序B程序程序C程序程序D程序程序A、B、C、D同时请求中断同时请求中断CPU 执行程序轨迹（原屏蔽字）执行程序轨迹（原屏蔽字）3. 屏蔽技术可改变处理优先等级屏蔽技术可改变处理优先等级4. 屏蔽技术的其他作用屏蔽技术的其他作用 便于程序控制便于程序控制可以可以 人为地屏蔽人为地屏蔽 某个中断源的请求某个中断源的请求服务程序服务程序D处理完处理完C处理完处理完B处理完处理完A处理完处理完t主程序主程序

39、A程序程序B程序程序C程序程序D程序程序A、B、C、D同时请求中断同时请求中断CPU 执行程序轨迹（新屏蔽字）执行程序轨迹（新屏蔽字）3. 屏蔽技术可改变处理优先等级屏蔽技术可改变处理优先等级5. 新屏蔽字的设新屏蔽字的设 置置 保护现场保护现场 置屏蔽字置屏蔽字 开中断开中断 中断服务中断服务 关中断关中断 恢复现场恢复现场 恢复屏蔽字恢复屏蔽字 开中断开中断 中断返回中断返回 置屏蔽字置屏蔽字 恢复屏蔽字恢复屏蔽字 关中断关中断 开中断开中断设备选择电路设备选择电路DBR DQ&数据线数据线启动命令启动命令地址线地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束

40、&1QQDINTR BQQ MASK设备编码器设备编码器排队器排队器中断查询中断查询来自高一级来自高一级 的排队器的排队器至低一级至低一级的排队器的排队器向量地址向量地址中断响应中断响应 INTA中断请求中断请求命令译码命令译码七、七、 I/O 中断处理过程中断处理过程10&DBR设备选择电路设备选择电路01以输入为例以输入为例主程序和效劳程序抢占主程序和效劳程序抢占 CPU 示意示意准备工作准备工作准备工作准备工作准备工作准备工作传送数据传送数据传送数据传送数据发中断请求发中断请求发中断请求发中断请求I/O宏观宏观 上上 CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作微观微观 上上

41、 CPU 中断现行程序中断现行程序 为为 I/O 效劳效劳主程序主程序继续执行主程序继续执行主程序启动外设启动外设 服务程序服务程序（传送数据）（传送数据） 服务程序服务程序（传送数据）（传送数据）继续执行主程序继续执行主程序CPU程序中断接口芯片程序中断接口芯片 8259A 的内部结构的内部结构 内部总线内部总线 缓冲器缓冲器读读 / 写写逻逻 辑辑级联缓冲级联缓冲器器/比较器比较器优先权优先权比较器比较器 ( PR ) 中断中断 服务服务 寄存寄存 器器(ISR) 中断中断 请求请求 寄存寄存 器器(IRR)中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器 （IMR）控制逻辑控制逻辑INT INTAD7D0A

42、0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7内部总内部总 线线八、八、 中断控制器中断控制器8259A8259A的主要引脚描述如下：的主要引脚描述如下：IR7IR0 ：输入引脚，用于接收来至外设的中断请求信号：输入引脚，用于接收来至外设的中断请求信号INT：输出引脚，一般与：输出引脚，一般与CPU的的INTR引脚连接。当引脚连接。当8259A接接收到外设的中断请求信号后，通过该引脚统一向收到外设的中断请求信号后，通过该引脚统一向CPU发中断发中断请求。请求。1. INTA：这是一个输入引脚，用于接收来至：这是一个输入引脚，用于接收来至CPU的

43、中断响应信的中断响应信号号INTA。4. CS：片选信号，允许：片选信号，允许8259A进行编程与控制。进行编程与控制。5. WR：低电位有效，与系统的写入控制线连接。：低电位有效，与系统的写入控制线连接。6. RD：低电位有效，与系统的写入控制线连接。低电位有效，与系统的写入控制线连接。7. A0：用：用A0的取值来选择的取值来选择8259A内部不同的命令字。内部不同的命令字。8259A的主要引脚描述如下：的主要引脚描述如下：8. SP/EN：主从定义：主从定义/缓冲器方向。接高电平时为主片，缓冲器方向。接高电平时为主片，接低电平时为从片。当接低电平时为从片。当8259A工作于缓冲器方式时，

44、工作于缓冲器方式时， 它作为控制缓冲器传送方向的输出控制线；否那么为它作为控制缓冲器传送方向的输出控制线；否那么为输入线。输入线。9. CAS2CAS0：级连控制信号，主片为输出，从片为：级连控制信号，主片为输出，从片为输出。主片输出一个识别码，哪一个从片的识别码与输出。主片输出一个识别码，哪一个从片的识别码与其相符，那么该从片的中断请求被准许。主片最多可其相符，那么该从片的中断请求被准许。主片最多可以控制以控制8个从片。个从片。九、九、 8086/8088微处理器的中断系统微处理器的中断系统 1. 1.概述概述 8086/8088微处理器的中断源分为两类：微处理器的中断源分为两类： 位于处理

45、器外部、由硬件引起的硬件中断或外部中断位于处理器外部、由硬件引起的硬件中断或外部中断 硬件中断又分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断。它们的请求信号，分别由不硬件中断又分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断。它们的请求信号，分别由不可屏蔽中断请求输入引脚可屏蔽中断请求输入引脚NMI和可屏蔽中断请求输入引脚和可屏蔽中断请求输入引脚INTR输入到处理器中。输入到处理器中。 当有不可屏蔽中断请求信号到来时，处理器会在结束当前指令的执行后，当有不可屏蔽中断请求信号到来时，处理器会在结束当前指令的执行后，立即转去执行不可屏蔽中断处理程序。立即转去执行不可屏蔽中断处理程序。 来自处理器内部、由某条指令的执行或某个标志位的设

46、置而引起的软件中来自处理器内部、由某条指令的执行或某个标志位的设置而引起的软件中断或内部中断。断或内部中断。8086/8088微处理器的中断系统框图微处理器的中断系统框图 “屏蔽是通过标志存放器中的中断允许标志屏蔽是通过标志存放器中的中断允许标志IF来实现的。来实现的。处理器会在每条指令执行的末尾，扫描处理器会在每条指令执行的末尾，扫描INTR引脚。当检测到请引脚。当检测到请求信号时，那么检查求信号时，那么检查IF。假设假设IF=1，那么表示屏蔽中断、不响应，那么表示屏蔽中断、不响应，否那么响应。响应信号通过否那么响应。响应信号通过INTA引脚发给中断源。引脚发给中断源。软件中断有软件中断有5

47、类：类：除法错误溢出或除数为除法错误溢出或除数为0、定点加法溢出、定点加法溢出、断点中断、断点中断、单步中断单步中断中断指令中断指令INT n。 软件中断不会发出请求信号，也不需要响应信号软件中断不会发出请求信号，也不需要响应信号。除单步。除单步中断外，内部中断无法用软件禁止。中断外，内部中断无法用软件禁止。 响应中断后，响应中断后，8086/8088微处理器进入中断周期。微处理器进入中断周期。中断周期内，中断周期内，8086/8088微处理器将执行的操作是：微处理器将执行的操作是：1发出中断响应信号发出中断响应信号INTA.2将标志存放器将标志存放器FR压入堆栈，将压入堆栈，将IF和和TF清

48、为清为0.3依次将存放器依次将存放器CS和和IP压入堆栈压入堆栈.4根据中断类型号找到中断处理程序的入口地址，根据中断类型号找到中断处理程序的入口地址，并将其写入存放器并将其写入存放器CS和和IP.2. 中断向量和向量表中断向量和向量表 8086/8088微处理器的中断处理程序的入口地址表微处理器的中断处理程序的入口地址表示为：示为：中断向量中断向量“CS:IP 8086/8088微处理器被设计成最多能管理微处理器被设计成最多能管理256个中断。这些个中断。这些中断的中断的中断向量中断向量组成组成中断中断向量表向量表。每个中断向量长。每个中断向量长4个字节个字节，故中断向量表的大小为故中断向量

49、表的大小为1024字节字节00000HFFFFFH00001H00002H00003H0号中断的号中断的中断向量（地中断向量（地 址）址）003FCH003FDH003FEH003FFH256号中断的号中断的中断向量（地址）中断向量（地址） CSIPCSIP 8086/8088微处理器管理中断是通过中断类型号微处理器管理中断是通过中断类型号0255来实现的。来实现的。 前前32个中断向量为系统专用。个中断向量为系统专用。其中，其中， 0号是号是“除法错误中断，除法错误中断， 1号是号是“单步中断，单步中断， 2号是号是“非屏蔽中断，非屏蔽中断， 3号是号是“断点中断或断点中断或INT3， 4号

50、是号是“溢出中断或溢出中断或INTO。中断类型中断类型5到到31，系统保存使用。，系统保存使用。0号中号中 断断1号中号中 断断2号中断号中断 3号中号中 断断4号中号中 断断5号中号中 断断31号中号中 断断255号中号中 断断3. 中断指令中断指令INT n和中断返回指令和中断返回指令IRET广义上的广义上的INT n指令，包括了：指令，包括了： INT3即断点中断和即断点中断和 INT4即即INTO。 但除但除INT 3和和INTO为单字节指令外，其余为单字节指令外，其余INT n指令为指令为2个字个字节的指令，第节的指令，第1个字节是操作码，第个字节是操作码，第2个字节是操作数。操作数

51、个字节是操作数。操作数n为中断类型号，当执行为中断类型号，当执行 INT n时，系统根据类型号时，系统根据类型号n找到中断找到中断处理程序的入口地址。处理程序的入口地址。 中断返回指令中断返回指令IRET的功能是顺序从堆栈中弹出的功能是顺序从堆栈中弹出3个字，依次个字，依次送入存放器送入存放器IP、CS和和FR。 中断优先级，由高到低，依次为：中断优先级，由高到低，依次为： 软件中断不含单步中断软件中断不含单步中断 不可屏蔽中断、不可屏蔽中断、 可屏蔽中断、可屏蔽中断、 单步中断。单步中断。7.6 DMA 方式方式一、一、DMA 方式的特点及应用方式的特点及应用。CPU主主存存ACC 中断接口

52、中断接口DMA 接口接口I/O 设设 备备中断方式数据传送通路中断方式数据传送通路输入指令输入指令输出指令输出指令DMA方式数据传送通路方式数据传送通路2. DMA 与主存交换数据的三种方式与主存交换数据的三种方式主存工作时间主存工作时间CPU不执行程序不执行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作DMA工作工作 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t主存工作时间主存工作时间 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t主存工作时间主存工作时间 DMA控制控制并使用主存并使用主存 CPU控制控制并使用主存并使用主存t的特点及应用的特

53、点及应用1特点：靠硬件控制传送特点：靠硬件控制传送 不用保护现场不用保护现场 不具备处理故障的能力不具备处理故障的能力 优先级高，响应速度快优先级高，响应速度快2DMA应用场合：用于高速数据传送的场合应用场合：用于高速数据传送的场合 硬盘及软盘的硬盘及软盘的I/O接口接口 通信信道的通信信道的I/O接口接口 多处理机和多任务系统多处理机和多任务系统 CRT扫描扫描二、二、DMA 接口的功能和组成接口的功能和组成(1) 向向 CPU 申请申请 DMA 传送传送(2) 处理总线处理总线 控制权的转交控制权的转交(3) 管理管理 系统总线、系统总线、控制控制 数据传送数据传送(4) 确定确定 数据传送的数据传送的 首地址和长度首地址和长度(5) DMA 传送结束时，传送结束时，给出操作完成信号给出操作完成信号修正修正 传送过程中的数据传送过程中的数据 地址地址 和和 长度长度2.