《中断控制器》课件

中断控制器欢迎来到中断控制器课程。本课程将深入探讨计算机系统中的关键组件，帮助您理解其工作原理和应用。课程导引1基础概念了解中断的基本原理和特点2控制器结构探索中断控制器的内部构造和功能3编程与应用学习中断控制器的编程技巧和实际应用4优化与调试掌握中断系统的性能优化和调试方法中断的基本概念定义中断是一种机制，允许外部事件暂停当前程序的执行，转而处理紧急任务。目的提高系统的响应能力和资源利用率。类型包括硬件中断、软件中断和异常。中断的特点异步性中断可以在任何时刻发生，不受程序控制。快速响应系统能够迅速响应外部事件，提高效率。可屏蔽性某些中断可以被暂时禁用，以确保关键代码的执行。中断的处理过程中断发生外部设备或内部事件触发中断信号。保存现场保存当前程序的执行状态。识别中断源确定引发中断的具体原因。执行中断服务程序处理中断事件。恢复现场返回被中断的程序继续执行。中断响应的步骤1检测中断CPU周期性检查是否有中断请求。2中断确认CPU向中断控制器发送确认信号。3获取中断向量获取对应的中断服务程序地址。4跳转执行CPU跳转到中断服务程序并开始执行。中断处理的优先级1最高优先级中断如电源故障、系统错误等。2高优先级中断如磁盘I/O、网络通信等。3中等优先级中断如键盘输入、打印机输出等。4低优先级中断如定时器、后台任务等。中断屏蔽技术全局中断禁用禁止所有中断，用于执行关键代码段。选择性屏蔽只禁用特定类型的中断，保留关键中断。中断嵌套允许高优先级中断打断低优先级中断处理。中断控制寄存器中断使能寄存器控制哪些中断源可以触发中断。中断标志寄存器指示当前哪些中断正在等待处理。中断屏蔽寄存器设置哪些中断暂时被屏蔽。中断向量表定义存储各种中断服务程序入口地址的内存区域。结构每个表项包含中断服务程序的起始地址和段选择子。作用快速定位和跳转到相应的中断处理程序。中断服务程序1保存上下文保存当前程序的寄存器状态。2处理中断执行特定的中断处理逻辑。3清除中断标志通知中断控制器中断已处理完毕。4恢复上下文恢复被中断程序的寄存器状态。嵌套中断的处理1中断优先级比较判断新中断优先级是否高于当前中断。2保存当前中断状态如果允许嵌套，保存当前中断处理的状态。3执行新中断跳转到新的中断服务程序。4恢复原中断新中断处理完毕后，返回原中断继续执行。中断控制器的结构中断请求接收单元接收来自外部设备的中断信号。优先级仲裁单元根据预设优先级选择要处理的中断。中断向量生成单元生成对应的中断向量。中断状态寄存器组存储和管理中断状态信息。8259A可编程中断控制器8位微处理器专为8080/8085系列处理器设计。可级联支持最多64个中断请求级别。可编程通过软件配置中断优先级和模式。8259A的工作模式全嵌套模式允许高优先级中断嵌套低优先级中断。特殊全嵌套模式支持级联8259A的特殊嵌套处理。轮询模式CPU通过查询方式确定中断源。特殊屏蔽模式允许屏蔽当前正在服务的中断级别。8259A的编程接口初始化命令字（ICW）用于初始化8259A的工作模式。操作命令字（OCW）用于运行时控制8259A的行为。中断屏蔽寄存器用于选择性地屏蔽中断请求。中断请求寄存器指示当前正在请求服务的中断。8259A的编程实例MOVAL,11H;ICW1:边沿触发，级联模式OUT20H,AL;发送到8259A的端口MOVAL,08H;ICW2:中断类型号从8开始OUT21H,AL;发送到8259A的端口MOVAL,04H;ICW3:IR2连接从片OUT21H,AL;发送到8259A的端口MOVAL,01H;ICW4:非缓冲模式，普通EOIOUT21H,AL;发送到8259A的端口INTEL82C59A中断控制器高速CMOS技术相比8259A，功耗更低，速度更快。向下兼容完全兼容8259A，可直接替换使用。增强功能提供更多的操作模式和保护特性。INTEL82C59A的特性低功耗设计适用于便携式和嵌入式系统。扩展中断模式支持更多的中断处理策略。自动轮询功能简化中断源识别过程。级联缓冲改善多级中断控制器的性能。INTEL82C59A的编程初始化使用ICW1-ICW4设置工作模式和中断向量。中断屏蔽通过OCW1设置中断屏蔽位。结束中断使用OCW2发送EOI命令。中断响应的延迟1硬件延迟中断信号传播和检测时间。2软件延迟保存现场和跳转到中断服务程序的时间。3优先级仲裁多个中断同时发生时的处理时间。4中断嵌套处理高优先级中断造成的额外延迟。中断延迟的来源1CPU执行非中断指令当前指令必须完成才能响应中断。2中断控制器处理时间优先级仲裁和向量生成需要时间。3总线占用等待总线空闲以传输中断信息。4缓存刷新加载中断服务程序可能需要刷新缓存。5操作系统开销上下文切换和调度决策的时间。中断响应的优化硬件优化使用更快的中断控制器和总线架构。中断向量表优化合理安排向量表，减少查找时间。中断服务程序优化编写高效的中断处理代码。中断优先级管理合理设置中断优先级，避免不必要的嵌套。中断控制器的综合应用多任务操作系统实现时间片轮转和任务调度。网络通信处理网络数据包的接收和发送。实时控制系统响应传感器输入和控制执行器。中断系统的性能分析响应时间测量从中断发生到开始处理的时间。处理时间分析中断服务程序的执行效率。中断频率评估系统中断负载和对性能的影响。中断系统的设计技巧1最小化关键区域减少禁用中断的代码段，提高响应性。2使用中断共享合理分配中断资源，提高利用率。3实现软中断通过软件模拟中断，增加灵活性。4优化中断处理流程简化中断服务程序，提高执行效率。中断系统的调试方法使用逻辑分析仪捕获中断信号和时序。软件断点在中断服务程序中设置断点。日志记录记录中断发生的时间和处理过程。模拟器测试在虚拟环境中模拟中断行为。本课程的总结与展望核心概念回顾中断机制、控制器结构和编程接口。实际应用分析在现代计算机系统中的重要作用。未来发展趋势更快速、更智能的中断处理技术。学习建议深入实践，结合实际系统进行编程和调试。问题讨论中断vs轮询讨论中断和轮询在不同场景下的优缺点。实时系统中断分析实时系统中如何优化中