1、7.3.2程序中斷方式的接口電路程序中斷方式的接口電路一、中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器一、中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器 接口電路中接口電路中, ,每臺外設都相應配備一個中斷請求每臺外設都相應配備一個中斷請求觸發器觸發器(INTR),(INTR),完成觸發器完成觸發器D,D,中斷屏蔽觸發器中斷屏蔽觸發器MASK;MASK; 中斷請求觸發器的作用是存放設備的中斷請求中斷請求觸發器的作用是存放設備的中斷請求; ; 中斷屏蔽觸發器中斷屏蔽觸發器MASKMASK的作用是的作用是, ,當當MASK=1MASK=1時時, ,封鎖其中斷源的請求封鎖其中斷源的請求; ; 中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器在接口

2、電路中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器在接口電路中成對出現中成對出現;一、中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器一、中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器 當設備本身準備就緒當設備本身準備就緒, ,完成觸發器完成觸發器D =1,D =1,且該且該設備未被屏蔽設備未被屏蔽(MASK=0),CPU(MASK=0),CPU的中斷查詢信的中斷查詢信號可將中斷請求觸發器置號可將中斷請求觸發器置“1”(INTR=1).1”(INTR=1).。QQD D&1 1Q QQ QINTRINTR D D來自來自CPU的的中斷查詢信號中斷查詢信號MASKMASKQQ 圖圖7.9 7.9 接口電路中接口電路中D D、INTRIN

3、TR、MASKMASK和中斷查和中斷查 詢詢信號的關系信號的關系 各個中斷源均有對應的中斷請求觸發器各個中斷源均有對應的中斷請求觸發器, ,它它們可以分散在各個中斷接口電路內們可以分散在各個中斷接口電路內( (如圖如圖7.157.15所示所示), ),也可以集中在也可以集中在CPUCPU的中斷系統中的中斷系統中, ,構成構成一個中斷請求寄存器一個中斷請求寄存器, ,如圖如圖7.107.10所示所示. . 寄存器中寄存器中n n位分別對應位分別對應n n個中斷源的中斷請求個中斷源的中斷請求. . 中斷屏蔽觸發器的情況亦然中斷屏蔽觸發器的情況亦然. . 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5n-1

4、n-1n n過過熱熱階上溢階上溢非法除法非法除法鍵盤輸入鍵盤輸入打印機輸出打印機輸出圖圖7.107.10 中斷請求寄存器中斷請求寄存器二、中斷請求信號的傳送中斷請求信號的傳送1 1、獨立請求線：各個中斷源單獨、獨立請求線：各個中斷源單獨設置自己的中斷請求線設置自己的中斷請求線, ,每條中斷每條中斷請求線直接送往請求線直接送往CPU.CPU.特點：特點：CPUCPU接到中斷請求的接到中斷請求的同時就知道了中斷源是誰同時就知道了中斷源是誰, ,故響應故響應速度快速度快, ,但但CPUCPU能連接的中斷請求能連接的中斷請求線數目有限線數目有限, ,中斷源難于擴充中斷源難于擴充. .CPUCPU中斷中

5、斷源源1 1中斷中斷源源2 2中斷中斷源源n nINTR1INTR1INTR2INTR2INTRnINTRn2、公共請求線：各個中斷源的中公共請求線：各個中斷源的中斷請求信號通過三態門電路匯斷請求信號通過三態門電路匯集到一根公共中斷請求線上集到一根公共中斷請求線上.特特點：在負載允許的情況下中斷點：在負載允許的情況下中斷源的數目可以隨意擴充；但源的數目可以隨意擴充；但CPU在接到中斷請求后必須通在接到中斷請求后必須通過軟件或硬件的方法來識別中過軟件或硬件的方法來識別中斷源進而再找到中斷服務程序斷源進而再找到中斷服務程序的入口地址的入口地址.3、二維結構：同一優先級別的中二維結構：同一優先級別的

6、中斷源，采用一根公共的請求線；斷源，采用一根公共的請求線；不同請求線上的中斷源優先級不同請求線上的中斷源優先級別不同別不同. .CPUCPU 中斷中斷源源n n中斷中斷源源1 1INTRINTRCPU中斷中斷源源1 1中斷中斷源源2 2INTR2INTR2INTR1INTR1中斷中斷源源n n中斷中斷源源3 3INTR3INTR3三、中斷判優邏輯三、中斷判優邏輯 中斷系統在任一時刻中斷系統在任一時刻, ,只能響應一個中斷源只能響應一個中斷源的請求的請求; ; CPUCPU必須給予不同的中斷源不同等級的優必須給予不同的中斷源不同等級的優先級別先級別. .當多個中斷源同時向當多個中斷源同時向CPU

7、CPU提出請求提出請求時時, CPU, CPU按照優先級別的高低按照優先級別的高低( (中斷判優中斷判優) ) 予予以響應以響應; ; 中斷判優可以采用硬件和軟件兩種方法中斷判優可以采用硬件和軟件兩種方法. . 1 1、軟件判優、軟件判優 通過編寫查詢程序實現通過編寫查詢程序實現, ,即查詢各中斷請求即查詢各中斷請求觸發器的狀態觸發器的狀態; ; 程序查詢的次序程序查詢的次序, ,即為即為CPUCPU響應的優先級別響應的優先級別. .是否是否A A請求請求?是否是否B B請求請求?是否是否C請求請求?Y Y YNNN 圖圖 7.11 7.11 按照按照ABCABC優先級別的軟件排隊優先級別的軟

8、件排隊轉轉A A的服務程序入的服務程序入口地址口地址轉轉B B的服務程序入的服務程序入口地址口地址轉轉C C的服務程序入的服務程序入口地址口地址 優點：軟件判優方法簡單優點：軟件判優方法簡單, ,可以靈活地修改中斷源可以靈活地修改中斷源的優先級別的優先級別; ; 缺點：不管外設是否有中斷請求都需按次序逐一缺點：不管外設是否有中斷請求都需按次序逐一詢問詢問, ,效率低效率低, ,適用于中低速外設適用于中低速外設. .是否是否A A請求請求?是否是否B B請求請求?是否是否C請求請求?Y Y YNNN 圖圖 7.11 7.11 按照按照ABCABC優先級別的軟件排隊優先級別的軟件排隊轉轉A A的服

9、務程序入的服務程序入口地址口地址轉轉B B的服務程序入的服務程序入口地址口地址轉轉C C的服務程序入的服務程序入口地址口地址 2 2、硬件判優、硬件判優 采用硬件判優電路實現中斷優先級的判采用硬件判優電路實現中斷優先級的判定可以節省定可以節省CPUCPU時間時間, ,速度快但成本高速度快但成本高. . 根據中斷請求信號的傳送方式不同有根據中斷請求信號的傳送方式不同有不同的優先排隊電路不同的優先排隊電路, ,常見的方案有常見的方案有: :獨獨立請求線的優先排隊電路、公共請求線立請求線的優先排隊電路、公共請求線的優先排隊電路等的優先排隊電路等. . 共同特點共同特點: :優先級別高的中斷請求將自優

10、先級別高的中斷請求將自動封鎖優先級別低的中斷請求的處理動封鎖優先級別低的中斷請求的處理. . 公共請求線的優先排隊電路公共請求線的優先排隊電路 如果中斷請求信號的傳遞模式采用公共請求如果中斷請求信號的傳遞模式采用公共請求線方式線方式, ,相應可采用鏈式優先級排隊相應可采用鏈式優先級排隊(daisy-chain (daisy-chain method)method)邏輯邏輯. .該邏輯具有該邏輯具有鏈式排隊鏈式排隊和和提供中斷程提供中斷程序入口地址序入口地址的功能的功能, ,亦稱亦稱“串行排隊鏈法串行排隊鏈法”或或“菊花鏈方式菊花鏈方式”. . 中斷的排隊判優及向量編碼線路如圖中斷的排隊判優及向

11、量編碼線路如圖7.127.12所示所示. . CPU CPU只有一根中斷響應輸入線只有一根中斷響應輸入線INTRINTR和一根中斷和一根中斷響應輸出線響應輸出線INTA(INTA(單線中斷單線中斷), ),三臺設備的中斷響應三臺設備的中斷響應次序為次序為12 3,12 3,排隊優先可以用串行優先鏈來完排隊優先可以用串行優先鏈來完成成, ,響應中斷后響應中斷后, ,通過數據總線的通過數據總線的D0-D7D0-D7來送出來送出向量向量地址地址. . 或或與與與與與與與與與與與與向量地址形成部件向量地址形成部件( (編碼器編碼器) )CPUCPUINTAINTAINTRINTRINTR1INTR1I

12、NTR2INTR2INTR3INTR3數據線數據線向量向量地址地址形成形成向向量量中中斷斷優優先先權權編編碼碼器器INTR1INTR1INTR2INTR2INTR3INTR3中斷請求寄存器中斷請求寄存器 1 23圖圖7.127.12串行排隊優先及向量編碼線路串行排隊優先及向量編碼線路(1)(1)優先權優先權排隊電路排隊電路中斷的串行排隊優先識別的工作原理如下中斷的串行排隊優先識別的工作原理如下： 所有中斷源的中斷請求所有中斷源的中斷請求INTR1INTR1，INTR2INTR2，通過一條中斷請求線通過一條中斷請求線INTRINTR送送CPUCPU； 在開中斷在開中斷(CPU(CPU內部的中斷允

13、許觸發器內部的中斷允許觸發器EINT=1)EINT=1)的情況下的情況下,CPU,CPU在當前指令執行結束在當前指令執行結束時時, ,響應中斷請求響應中斷請求, ,發出發出INTAINTA信號；信號； INTAINTA信號串行的一次連接所有的中斷源；信號串行的一次連接所有的中斷源； 若某設備沒有中斷請求若某設備沒有中斷請求, ,該設備將中斷響應信該設備將中斷響應信號號INTAINTA傳送給下一設備傳送給下一設備; ; 若某設備有中斷請求若某設備有中斷請求, ,該設備就封鎖該設備就封鎖INTAINTA信號信號, ,不再往下傳送不再往下傳送, , 同時產生該設備的中斷允許信同時產生該設備的中斷允許

14、信號號INTRiINTRi, ,并將其送往向量地址編碼器并將其送往向量地址編碼器; ; 編碼器可產生對應中斷源的向量地址編碼器可產生對應中斷源的向量地址. . 串行排隊鏈法串行排隊鏈法的特點的特點 硬件實現簡單硬件實現簡單; ; 硬件連接固定后硬件連接固定后, ,中斷源的優先次中斷源的優先次序就固定不變；序就固定不變； 故障敏感；故障敏感； 響應速度慢響應速度慢一條一條響應線上響應線上串串行行確定中斷源確定中斷源. .向量地址形成部件向量地址形成部件( (編碼器編碼器) )與與與與與與INTRINTR1 1INTRINTR2 2 INTRINTR3 3INTRINTR4 4INTRINTR1

15、1INTRINTR2 2INTRINTR3 3INTRINTR4 4排排隊隊器器向量地址向量地址 獨立請求方式獨立請求方式的優先級排隊的優先級排隊邏輯邏輯獨立請求線的優先排隊電路獨立請求線的優先排隊電路 1 2 3 4中斷請求中斷請求寄存器寄存器圖圖7.13 7.13 獨立請求方式的優先級排隊邏輯獨立請求方式的優先級排隊邏輯 獨立請求方式的特點：速度快；硬件代價高獨立請求方式的特點：速度快；硬件代價高.獨立請求方式的排隊優先識別及向量編碼獨立請求方式的排隊優先識別及向量編碼線路的工作原理如下：線路的工作原理如下： 每個中斷源的中斷請求信號保存在每個中斷源的中斷請求信號保存在“中斷請中斷請求觸發

16、器求觸發器”中中, ,可能有若干中斷請求信號可能有若干中斷請求信號INTRiINTRi進入排隊電路進入排隊電路; ; 排隊電路優先級別最高的中斷源會封鎖級別排隊電路優先級別最高的中斷源會封鎖級別低的中斷源的中斷請求低的中斷源的中斷請求, ,只有其對應的輸出線只有其對應的輸出線IRNTIRNTi i上給出上給出“1”1”信號信號, ,并將其送往向量地并將其送往向量地址編碼器址編碼器, , 而其他各線為而其他各線為“0”0”信號信號; ; 編碼器可產生對應中斷源的向量地址編碼器可產生對應中斷源的向量地址. .四、中斷服務程序入口地址的獲取方四、中斷服務程序入口地址的獲取方法法 不同的中斷源不同的中

17、斷源, ,對應不同中斷服務程序；對應不同中斷服務程序； 獲取該中斷服務程序的入口地址獲取該中斷服務程序的入口地址, ,是中是中斷處理的核心斷處理的核心; ; 入口地址的獲取方法有兩種：硬件向入口地址的獲取方法有兩種：硬件向量法和軟件查詢法量法和軟件查詢法. .1 1、軟件查詢法、軟件查詢法 原理：用軟件尋找中斷服務程序入口地址原理：用軟件尋找中斷服務程序入口地址; 由程序員實現確定各中斷源對應的中斷服由程序員實現確定各中斷源對應的中斷服務程序入口地址務程序入口地址; 查詢流程見查詢流程見圖圖7.117.11; ; 當查到某一中斷源有中斷請求時當查到某一中斷源有中斷請求時, , 接著安接著安排一

18、條轉移指令排一條轉移指令, ,直接指向該中斷源的中斷直接指向該中斷源的中斷服務程序入口地址服務程序入口地址. . 特點：靈活特點：靈活, ,但查詢時間較長但查詢時間較長. .2 2、硬件向量法、硬件向量法 原理：利用硬件產生向量地址原理：利用硬件產生向量地址,再由向量地再由向量地址找到中斷服務程序的入口地址址找到中斷服務程序的入口地址; 向量地址由向量地址形成部件產生向量地址由向量地址形成部件產生; 由向量地址尋找中斷服務程序入口地址由向量地址尋找中斷服務程序入口地址,通通常采用兩種方法；常采用兩種方法； 一種如一種如7.87.8所示所示, ,在內存中設置向量地址表在內存中設置向量地址表, ,

19、存儲單元的地址為向量地址存儲單元的地址為向量地址, ,其內容為入口其內容為入口地址地址( (中斷向量中斷向量) )； 另一種方法另一種方法, ,如圖如圖7.147.14所示：所示： 在向量地址內存放一條在向量地址內存放一條 無條件轉移指令；無條件轉移指令； CPUCPU響應中斷時響應中斷時, , 只要將向量地址只要將向量地址 ( (如如12H)12H)送入送入PC,PC, 即可無條件轉向即可無條件轉向 打印機服務程序打印機服務程序 的入口地址的入口地址200.200. 硬件向量法的硬件向量法的 特點特點: :尋找入口地址尋找入口地址 速度快速度快. .JMP 200JMP 200JMP 300

20、JMP 300JMP 400JMP 400顯示器服務程序顯示器服務程序12H12H13H13H14H14H. . .200200. . .300300. . . 圖圖7.14 7.14 通過向量地址尋通過向量地址尋找入口地址找入口地址向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址主存主存打印機服務程序打印機服務程序具體用硬件向量法產生向量地址的例子具體用硬件向量法產生向量地址的例子 或或與與與與與與與與與與與與向量地址形成部件向量地址形成部件( (編碼器編碼器) )CPUCPUINTAINTAINTRINTRINTR1INTR1INTR2INTR2INTR3INTR3數據線數據線向量向量地址

21、地址形成形成向向量量中中斷斷優優先先權權編編碼碼器器INTR1INTR1INTR2INTR2INTR3INTR3中斷請求寄存器中斷請求寄存器 1 23圖圖7.127.12串行排隊優先及向量編碼線路串行排隊優先及向量編碼線路(1)(1)優先權優先權排隊電路排隊電路 數據總線數據總線001010001010001011001011001000001000INTAINTA編碼器編碼器( (硬件直硬件直接產生向接產生向量地址量地址) )圖圖7.127.12串行排隊優先及向量編碼線路串行排隊優先及向量編碼線路(2)(2) 優先權優先權排隊電路排隊電路IR1IR1IR2IR2IR3IR3IR1IR1IR2

22、IR2IR3 五、五、 程序中斷方式接口電路的結構程序中斷方式接口電路的結構數據端口數據端口設備選擇電路設備選擇電路&。命令譯碼命令譯碼一、程序中斷方式接口電路一、程序中斷方式接口電路排隊器排隊器設備編碼器設備編碼器。 。SELSEL數據線數據線地址線地址線輸入數據輸入數據啟動命令啟動命令QQD DQQB B設備工作結束設備工作結束&1 1Q QQ QINTRINTR D D啟動設備啟動設備中斷查詢中斷查詢來自高一級來自高一級的排隊器的排隊器至低一級的至低一級的排隊器排隊器中斷請求中斷請求中斷響應中斷響應INTAINTA向量地址向量地址圖圖7.15 7.15 程序中斷方式接口電路的基本組成程序中斷方式接口電路的基本組成MASKMASKQQ 以輸入設備為例以輸入設備為例, ,說明說明I/OI/O中斷處理的過程中斷處理的過程: : 由由CPUCPU發啟動發啟動I/OI/O設備命令設備命令, ,將接口中的將接口中的B B置置“1”,D1”,D置置“0”0”； 接口電路啟動輸入設備開始工作接口電路啟動輸入設備開始工作; 輸入設備將數據送入數據端口輸入設備將數據送入數據端口; ; 輸入設備向接口發出輸入設備向接口發出“設備工作結束設備工作結束”信號信號, ,將將D D置置“1”1”，B B置置“0”.0”.標志設備準備就緒標志設備準備就緒;