1、7.6 DMA方式方式7.5 程序中斷方式程序中斷方式7.4 程序查詢方式程序查詢方式7.3 I/O接口接口7.2 外部設備外部設備7.1 概述概述計算機計算機I/O系統結構圖系統結構圖7.1 概概 述述一、輸入輸出系統的開展概況一、輸入輸出系統的開展概況無無I/O技術技術程序查詢程序查詢I/O方式方式程序中斷方式程序中斷方式直接內存存取直接內存存取(Direct Memory Access, DMA)方式方式通道通道(Channel)方式方式外圍處理機外圍處理機(Peripheral Processor Unit, PPU)方式方式1、無、無I/O技術技術(1) 輻射式連接輻射式連接 外設外

2、設 外設外設 外設外設 主主機機特點特點1每個每個I/O設備利用各自的邏輯控制電路與設備利用各自的邏輯控制電路與CPU相連相連2I/O與與CPU交換信息時，交換信息時，CPU必須停止其他工作必須停止其他工作3I/O設備控制電路與設備控制電路與CPU控制器緊密結合不分隔控制器緊密結合不分隔缺點：線路復雜缺點：線路復雜缺點：效率低下缺點：效率低下缺點：不易擴充設備缺點：不易擴充設備2總線及接口技術的引入總線及接口技術的引入 主主 機機接接 口口接接 口口設設 備備 1設設 備備n 總線總線特點：特點：1總線連接，易于刪減設備，故障率低總線連接，易于刪減設備，故障率低 2接口可以使不同的外設更方便的

3、接入計算機系統接口可以使不同的外設更方便的接入計算機系統2、程序查詢、程序查詢I/O方式方式CPU讀讀I/O狀態狀態檢查狀態檢查狀態未準備就緒未準備就緒N數據傳送數據傳送YCPU主動去查詢外設主動去查詢外設 在這種方式中數據在在這種方式中數據在CPU與外圍設備之間的傳送完全與外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，是在靠計算機程序控制，是在CPU主動控制下進行的當輸入主動控制下進行的當輸入輸出時，輸出時，CPU暫停執行本程序，轉去執行輸入輸出的效勞暫停執行本程序，轉去執行輸入輸出的效勞程序，根據效勞程序中的程序，根據效勞程序中的I/O指令進行數據傳送指令進行數據傳送踏步等待踏步等待3. 程序中

4、斷方式程序中斷方式I/O 工作工作CPU 不查詢不查詢CPU 暫停現行程序暫停現行程序自身準備自身準備與主機交換信息與主機交換信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 啟動啟動 I/O設備設備現行程序現行程序 中斷服務程序中斷服務程序KK+1沒有踏步等待現象沒有踏步等待現象中斷現行程序中斷現行程序程序中斷方式流程程序中斷方式流程CPU 向向 I/O 發讀指令發讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態狀態檢查狀態檢查狀態完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設備工作設備工作準備就緒準備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫入一個字向主存寫入一個字CPU 主存主存從從 I/O 接口中讀一

5、個字到接口中讀一個字到CPUI/O CPU中斷請求中斷請求I/O CPU出錯出錯是是否否未錯未錯4. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之間有一條直接數據通道之間有一條直接數據通道不中斷現行程序不中斷現行程序周期挪用周期竊取周期挪用周期竊取CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期結束存取周期結束CPU 執行現行程序執行現行程序CPU 執行現行程序執行現行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現實現I/O與主存之間的傳送與主存之間的傳送三種方式的三種方式的 CPU 工作效率比較工作效率比較存取周期結束存取周期結束CPU 執行現行程序執行現

6、行程序CPU 執行現行程序執行現行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現實現I/O與主存與主存之間的傳送之間的傳送CPU 執行執行現行程序現行程序CPU查詢等待并傳輸查詢等待并傳輸I/O數據數據CPU 執行執行現行程序現行程序啟動啟動I/OI/O 準備及傳送準備及傳送指令執行周期結束指令執行周期結束CPU 執行現行程序執行現行程序CPU 執行現行程序執行現行程序啟動啟動I/O中斷請求中斷請求I/O準備準備I/O準備準備CPU 處理中斷服務程序處理中斷服務程序實現實現 I/O 與主機之間的傳送與主機之間的傳送間間斷斷啟動啟動I/O啟動啟動I/OI

7、/O準備準備中斷請求中斷請求啟動啟動I/OI/O準備準備一個存取周期一個存取周期DMA請求請求程序程序查詢查詢方式方式程序程序中斷中斷方式方式DMA 方式方式I/O 準備及傳送準備及傳送間間斷斷I/O準備準備I/O準備準備5. 具有通道結構的階段具有通道結構的階段 CPUM.M通通 道道I/O特點：特點： 1通道可以看作是一個通道可以看作是一個I/O處理器，有專用通道指令。處理器，有專用通道指令。 2 I/O通道受通道受CPU控制：啟動、停止控制：啟動、停止 3通道可以代替通道可以代替CPU來控制來控制I/O設備以及控制設備以及控制I/O與主與主機進行數據交換。機進行數據交換。6. 具有具有

8、I/O 處理機的階段處理機的階段 I/O 處理機又稱外圍處理機處理機又稱外圍處理機PPU，根本獨立于主機工作。它即可以完成，根本獨立于主機工作。它即可以完成I/O控控制，還可以完成碼制轉換、數據校驗等功能。使制，還可以完成碼制轉換、數據校驗等功能。使I/O系統對主機來說獨立性更高。系統對主機來說獨立性更高。二、輸入輸出系統的組成二、輸入輸出系統的組成7.2 外部設備外部設備一、概述一、概述1.外設的根本組成外設的根本組成常用的常用的I/O設備設備輸輸入入輸輸出出設設備備終端設備（鍵盤終端設備（鍵盤+顯示器）顯示器）漢字處理設備漢字處理設備A/D、D/A轉換轉換多媒體多媒體脫機輸入脫機輸入/輸出

9、設備（軟磁盤數據站）輸出設備（軟磁盤數據站）顯示器（字符、漢字、圖形、圖像）顯示器（字符、漢字、圖形、圖像）打印設備（點陣式打印機、激光打印機、噴墨打印機）打印設備（點陣式打印機、激光打印機、噴墨打印機）繪圖儀（平板式、滾筒式）繪圖儀（平板式、滾筒式）語音輸出語音輸出輸輸出出設設備備鍵盤鍵盤圖形輸入設備（鼠標器、圖形板、跟蹤球、操縱桿、光筆）圖形輸入設備（鼠標器、圖形板、跟蹤球、操縱桿、光筆）圖像輸入設備（攝像機、掃描儀、傳真機）圖像輸入設備（攝像機、掃描儀、傳真機）條形碼，光學字符識別，語言與文字輸入條形碼，光學字符識別，語言與文字輸入輸輸入入設設備備7.3 I/O 接接 口口一、概述一、概

10、述 接口接口硬件上廣義指計算機各部件間進行連接的邏輯部件。硬件上廣義指計算機各部件間進行連接的邏輯部件。一般指一般指CPU和和I/O設備間的連接部件，即設備間的連接部件，即I/O接口。接口。1 引入接口的原因：由外設的特點決定的引入接口的原因：由外設的特點決定的 外設的特點：種類和品種繁多；外設的特點：種類和品種繁多； 工作速度慢；工作速度慢； 信號類型和電平種類不同信號類型和電平種類不同2設置接口的理由：設置接口的理由： 1、通過設置數據緩沖實現、通過設置數據緩沖實現CPU與與I/O間的速度匹配；間的速度匹配； 2、通過串、通過串并或并并或并串轉換電路實現串轉換電路實現CPU與與I/O之間的

11、之間的數據格式轉換；數據格式轉換； 3、通過電平匹配實現、通過電平匹配實現CPU與與I/O之間的電氣轉換；之間的電氣轉換； 4、通過接收與傳達控制命令實現、通過接收與傳達控制命令實現CPU對對I/O接口的控制；接口的控制； 5、通過保存與傳送、通過保存與傳送I/O狀態實現狀態實現CPU對對I/O的查詢；的查詢； 6、通過設備選擇電路向、通過設備選擇電路向CPU提供提供I/O尋址功能。尋址功能。二、接口的功能和組成二、接口的功能和組成(1) 設備選擇線設備選擇線(2) 數據線數據線(3) 命令線命令線(4) 狀態線狀態線I/O 接口接口設備設備I/O 接口接口設備設備數據線數據線命令線命令線狀態

12、線狀態線I/O總線總線設備選擇線設備選擇線 總線連接方式的總線連接方式的 I/O 接口電路接口電路2. 接口的功能和組成接口的功能和組成接口的主要功能有：接口的主要功能有：1地址識別與設備選擇地址識別與設備選擇2接收、保存接收、保存CPU的的I/O控制命令控制命令 3反映外設的工作狀態反映外設的工作狀態4信號轉換信號轉換5數據格式、碼制的轉換與數據檢錯數據格式、碼制的轉換與數據檢錯/糾錯糾錯 6傳送數據傳送數據7中斷中斷3. I/O 接口的根本組接口的根本組 成成 命令寄存器命令寄存器和命令譯碼器和命令譯碼器 設備選擇設備選擇 電路電路 設備狀態設備狀態 標記標記 數據緩沖數據緩沖 寄存器寄存

13、器DBR 控制邏輯電路控制邏輯電路I/O接口接口外外 部部 設設 備備數據線數據線命令命令狀態狀態數據線數據線命令線命令線狀態線狀態線CPU地址線地址線接口中包含的端口接口中包含的端口數據端口數據端口控制端口控制端口狀態端口狀態端口暫存數據信息暫存數據信息接受控制信息接受控制信息反映接口外設的狀態信息反映接口外設的狀態信息在用戶看來：在用戶看來： CPU了解外設的狀態、了解外設的狀態、 控制外設的工作、控制外設的工作、 與外設交換數據，與外設交換數據， 都是通過接口中用戶可見的存放器都是通過接口中用戶可見的存放器端口端口(Port) 的的“讀讀/寫寫來實現的。這些端口通過總線與來實現的。這些端

14、口通過總線與CPU互連。互連。CPUI/O外設外設系統系統外設外設I/O接口電路接口電路數據口數據口狀態口狀態口命令口命令口端口地址端口地址譯碼選擇譯碼選擇控制邏輯控制邏輯ABDBDB狀態信息狀態信息命令數據命令數據CBCB1統一編址：統一編址：I/O與內存統一進行編址與內存統一進行編址p占用內存編址空間占用內存編址空間p可利用訪存指令訪問可利用訪存指令訪問I/O口口 特點：特點： 圖示：圖示：內存空間內存空間00000HFFFFFH供供I/O口使用口使用p不占用內存的編址空間不占用內存的編址空間p有專門的輸入輸出指令有專門的輸入輸出指令 特點：特點： 圖示：圖示：內存空間內存空間00000H

15、FFFFFHI/O空間空間0000HFFFFH互不干擾互不干擾2獨立編址：獨立編址：I/O與內存有各自獨立的與內存有各自獨立的 地址空間，互不干擾。地址空間，互不干擾。5. I/O 口的編址方式口的編址方式三、接口類型三、接口類型并行接口并行接口串行接口串行接口可編程接口可編程接口不可編程接口不可編程接口通用接口通用接口專用接口專用接口1. 按數據按數據 傳送方式傳送方式 分類分類2. 按功能按功能 選擇的靈活性選擇的靈活性 分類分類3. 按按 通用性通用性 分類分類4. 按數據傳送的按數據傳送的 控制方式控制方式 分類分類中斷接口中斷接口DMA 接口接口Intel 8255Intel 825

16、1Intel 8255、 Intel 8251Intel 8212Intel 8255、 Intel 8251Intel 8279、 Intel 8275Intel 8259Intel 82577.4 程序查詢方式程序查詢方式一、含義：在這種方式中數據在一、含義：在這種方式中數據在CPU與外圍設備之間的傳送與外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，是在完全靠計算機程序控制，是在CPU主動控制下進行的當輸入主動控制下進行的當輸入輸出時，輸出時，CPU暫停執行本程序，轉去執行輸入輸出的效勞暫停執行本程序，轉去執行輸入輸出的效勞程序，根據效勞程序中的程序，根據效勞程序中的I/O指令進行數據傳送指令進

17、行數據傳送三、程序查詢方式的接口電路三、程序查詢方式的接口電路設備選擇電設備選擇電 路路QQ&準備就準備就 緒緒啟動命啟動命 令令地址地址 線線SEL啟動設備啟動設備設備工作設備工作 結束結束 DB10 10RRSSQn+1=S+/RQn ;SR=0設備選擇電路設備選擇電路DBRQQ&數據數據 線線準備就緒準備就緒啟動命令啟動命令地址線地址線SEL輸入數據輸入數據啟動設備啟動設備設備工作設備工作 結束結束DB10 10工作過程工作過程以輸入為例以輸入為例KK+1中斷服務程序中斷服務程序入口入口7.5 程序中斷方式程序中斷方式 但凡向但凡向CPU提出中斷請求的各種因素，統稱為中斷

18、源。提出中斷請求的各種因素，統稱為中斷源。可以是硬件也可以是軟件可以是硬件也可以是軟件2. 引起中斷的各種因素引起中斷的各種因素(1) 人為設置的中斷人為設置的中斷(2) 程序性事故程序性事故如如 轉管指令轉管指令溢出、操作碼不能識別、除法非法溢出、操作碼不能識別、除法非法(5) 外部事件外部事件(4) I/O 設備設備(3) 硬件故障硬件故障用用 鍵盤中斷鍵盤中斷 現行程序現行程序轉管指令轉管指令管理程序管理程序3.中斷的內容中斷的內容 其中，中斷請求和中斷判優一般由其中，中斷請求和中斷判優一般由IO接口完成；而接口完成；而中斷響應、中斷效勞和中斷返回由中斷響應、中斷效勞和中斷返回由CPU完

19、成完成 處理器內部必須增加相關的硬件，如：處理器內部必須增加相關的硬件，如：接受中斷請求信號的引腳接受中斷請求信號的引腳INTR、發出中斷響應信號的引腳發出中斷響應信號的引腳INTA、“中斷狀態觸發器中斷狀態觸發器INT、“中斷允許標志中斷允許標志EINT、將將ENIT置為置為1的的“開中斷指令開中斷指令STI、將將ENIT清為清為0的的“關中斷指令關中斷指令CLI將程序斷點將程序斷點“彈回彈回PC的中斷返回指令的中斷返回指令 IRET等，等，要支持中斷，需要多方的配合：要支持中斷，需要多方的配合：接口中要設置：接口中要設置： 中斷請求觸發器中斷請求觸發器“INTR 中斷屏蔽觸發器中斷屏蔽觸發

20、器MASK。CPUF主存中必須存儲：主存中必須存儲：F 處理不同中斷請求的中斷效勞程序。處理不同中斷請求的中斷效勞程序。中斷接口中斷接口主存主存實現中斷的軟實現中斷的軟/硬件，總稱為硬件，總稱為。二、中斷的特點及其作用二、中斷的特點及其作用1.特點：實時性隨機性特點：實時性隨機性2.作用作用CPU 與與 I/O 設備并行工作設備并行工作硬件故障報警與處理硬件故障報警與處理實現人機交互聯系實現人機交互聯系實現多道程序分時運行實現多道程序分時運行實現實時控制與實時處理實現實時控制與實時處理實現多處理機和多計算機間的聯系實現多處理機和多計算機間的聯系實現用戶程序和操作系統程序間的轉換實現用戶程序和操

21、作系統程序間的轉換注意：注意： 中斷的發生是隨機的。在實現中斷時，必須做到：不管中斷的發生是隨機的。在實現中斷時，必須做到：不管一個程序在執行的過程中，是否被中斷，中斷多少次，其最終一個程序在執行的過程中，是否被中斷，中斷多少次，其最終的運行結果必須是唯一的。的運行結果必須是唯一的。 當有多個中斷源向當有多個中斷源向CPU提出中斷請求時，提出中斷請求時，CPU必須堅持的必須堅持的原那么是：在任何一個時刻只能為一個中斷源的請求提供效勞。原那么是：在任何一個時刻只能為一個中斷源的請求提供效勞。發中斷請求發中斷請求 空空 閑閑接接 收收數據數據接接 收收數據數據準準 備備發中斷請求發中斷請求 打打

22、印印打打 印印打印機打印機執行主程序執行主程序繼續執行主程序繼續執行主程序繼續執行主程序繼續執行主程序響應中響應中 斷斷中斷返中斷返 回回響應中響應中 斷斷中斷返中斷返 回回 啟動啟動打印打印 機機傳送傳送數數 據據傳傳 送送數數 據據CPU四、四、 中斷系統需解決的問題中斷系統需解決的問題(1) 各中斷源各中斷源 如何如何 向向 CPU 提出請求提出請求 ？(2) 各中斷源各中斷源 同時同時 提出提出 請求請求 怎么辦怎么辦 ？(5) 如何如何 尋找入口地址尋找入口地址 ？(4) 如何如何 保護現場保護現場 ？(3) CPU 什么什么 條件條件、什么、什么 時間時間、以什么、以什么 方式方式

23、 響應中斷響應中斷 ？(6) 如何如何 恢復現場恢復現場，如何，如何 返回返回 ？(7) 處理中斷的過程中又處理中斷的過程中又 出現新的中斷出現新的中斷 怎么辦怎么辦 ？硬件硬件 軟件軟件配置中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發配置中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發 器器DQ&1INTR 中斷請求觸發中斷請求觸發 器器MASK 中斷屏蔽觸發中斷屏蔽觸發 器器來自來自 CPU 的的中斷查詢信中斷查詢信 號號受設備本身控受設備本身控 制制INTR D MASKQD 完成觸發器完成觸發器 中斷請求中斷請求 1 1 1 & 1 & 1 &INTR1INTR2INTR3INTR4INT

24、P1INTP2INTP3INTP4INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 優先級優先級 按按 降序降序 排列排列 2. 中斷判優邏輯中斷判優邏輯1INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2A、B、C 優先級按優先級按 降序降序 排列排列(3) 軟件實現程序查詢軟件實現程序查詢否否是否是否 A 請求？請求？是否是否 B

25、請求？請求？是否是否 C 請求？請求？轉轉 A 的效勞程序的效勞程序入口地址入口地址轉轉 B 的效勞程序的效勞程序入口地址入口地址轉轉 C 的效勞程序的效勞程序入口地址入口地址是是是是是是否否否否3.中斷效勞程序入口地址的尋找中斷效勞程序入口地址的尋找1 軟件查詢法軟件查詢法中斷識別程序中斷識別程序（入口地址（入口地址 M）地地 址址說說 明明指指 令令 M JMP 1# SR1# D = 1 轉轉1# 服務程序服務程序 SKP DZ 2# JMP 2# SR2# D = 0 跳跳2# D = 1 轉轉2# 服務程序服務程序 SKP DZ 8# JMP 8# SR8# D = 0 跳跳8# D

26、 = 1 轉轉8# 服務程序服務程序八個中斷源八個中斷源 1、2、 8 按按 降序降序 排列排列 SKP DZ 1#1# D = 0 跳跳（D為完成觸發器）為完成觸發器）優點：不需要增加硬件，可以靈活改變中斷源的優先級；優點：不需要增加硬件，可以靈活改變中斷源的優先級；缺點：占用缺點：占用CPU時間，處理速度慢，優先級低的中斷請求需要等時間，處理速度慢，優先級低的中斷請求需要等待較長時間才能開始中斷效勞待較長時間才能開始中斷效勞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 址址排隊器輸排隊器輸 出出中斷向量地址中斷向量地址 形成部件形成部件 設備設備編碼器編碼器1 0 0 0000100100 1 0 0000100111 CPU 響應中斷的條件和時響應中斷的條件和時 間間(1) 條件條件(2) 時間時間中斷中斷允許觸發器允許觸發器 EINT = 1用用 開中斷開中斷 指令置指令置 “1 EINT用用 關中斷關中斷 指令置指令置“ 0 EINT 或硬件或硬件 自動復位自動復位當當 D = 1隨機且隨機且 MASK = 0 時時在每條

28、指令執行階段的結束前在每條指令執行階段的結束前CPU 發發 中斷查詢信號將中斷查詢信號將 INTR 置置“14. 中斷響應中斷響應2 中斷隱指令中斷隱指令(1) 保護程序斷點保護程序斷點(2) 尋找效勞程序入口地址尋找效勞程序入口地址(3) 硬件硬件 關中斷關中斷向量地址向量地址形成部件形成部件INTSQREINTSQRPC 1 &1排隊器排隊器斷點存于斷點存于 特定地址特定地址 0 號地址號地址 內內斷點斷點 進棧進棧INT 中斷狀態中斷狀態EINT 允許中斷允許中斷R S 觸發器觸發器向量地址向量地址PC （硬件向量法）（硬件向量法）中斷識別程序中斷識別程序 入口地址入口地址MPC

29、（軟件查詢法）（軟件查詢法） CPU 工作周期的標志工作周期的標志CPU 訪存有四種性質訪存有四種性質取取 指令指令取取 地址地址取取 操作數操作數存存 程序斷點程序斷點取指周期取指周期間址周期間址周期執行周期執行周期中斷周期中斷周期FEDINDDINTDCLK1FE1IND1EX1INTEXDCPU 的的4個工作周期個工作周期5.保護現場和恢復現場保護現場和恢復現場1保護現場保護現場2恢復現場恢復現場寄存器寄存器 內容內容斷點斷點保護現場保護現場其他效勞程序其他效勞程序恢復現場恢復現場中斷返回中斷返回PUSH視不同請求源而定視不同請求源而定POP中斷效勞程序中斷效勞程序 完成完成中中斷斷服服

30、務務程程序序中斷隱指令中斷隱指令 完成完成中斷效勞程序中斷效勞程序 完成完成IRET五、中斷效勞程序流程五、中斷效勞程序流程1. 中斷效勞程序的流程中斷效勞程序的流程(1) 保護現場保護現場(2) 中斷效勞中斷效勞(3) 恢復現場恢復現場(4) 中斷返回中斷返回對不同的對不同的 I/O 設備具有不同內容的設備效勞設備具有不同內容的設備效勞中斷返回指令中斷返回指令2. 單重中斷和多重中斷單重中斷和多重中斷中斷隱指令完成中斷隱指令完成進棧指令進棧指令出棧指令出棧指令程序斷點的保護程序斷點的保護寄存器內容的保護寄存器內容的保護 在處理中斷的過程中，可能有新的、優先級更高的中斷請在處理中斷的過程中，可

31、能有新的、優先級更高的中斷請求到來。當這種現象發生時，假設允許求到來。當這種現象發生時，假設允許CPU暫停現行的中斷效暫停現行的中斷效勞程序，轉去處理新的中斷請求，這種現象稱為多重中斷或中勞程序，轉去處理新的中斷請求，這種現象稱為多重中斷或中斷嵌套，否那么為單重中斷。斷嵌套，否那么為單重中斷。不允許中斷不允許中斷 現行的現行的 中斷效勞程序中斷效勞程序單重單重 中斷中斷 多重多重 中中 斷斷 允許級別更高允許級別更高 的中斷源的中斷源中斷中斷 現行的現行的 中斷服務程序中斷服務程序klmk +1l +1m +1第一次第一次 中斷中斷第二次第二次 中斷中斷第三次第三次 中斷中斷程序斷點程序斷點

32、k+1 , l+1 , m+13. 實現多重中斷的條件實現多重中斷的條件B, CA中斷中斷請求請求主程序主程序(2) 優先級別高優先級別高 的中斷源的中斷源 有權中斷優先級別低有權中斷優先級別低 的中斷源的中斷源(1) 提前提前 設置設置 開中斷開中斷 指令指令ABCD中斷服務程序中斷服務程序（ A、B、 C、 D 優先級按優先級按 降序降序 排列）排列）D4. 單重中斷和多重中斷的效勞程序流程單重中斷和多重中斷的效勞程序流程中斷否？中斷否？保護現場保護現場設備服務設備服務恢復現場恢復現場 開中斷開中斷中斷返回中斷返回取指令取指令執行指令執行指令中斷服務程序中斷服務程序 中斷響應中斷響應 程序

33、斷點進棧程序斷點進棧 關中斷關中斷 向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周期是是中斷返回中斷返回保護現場保護現場設備服務設備服務關中斷關中斷恢復現場恢復現場開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令否否取指令取指令執行指令執行指令中斷否？中斷否？否否 中斷響應中斷響應 程序斷點進棧程序斷點進棧 關中斷關中斷向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周期是是中斷服務程序中斷服務程序單重單重 多重多重 六、中斷屏蔽六、中斷屏蔽 中斷判優和中斷響應，通常是由硬件完成的。這樣，在中中斷判優和中斷響應，通常是由硬件完成的。這樣，在中斷優先級確定后，中斷響應的順序也就隨

34、之確定了。能否在運斷優先級確定后，中斷響應的順序也就隨之確定了。能否在運行時，臨時調整中斷的效勞順序呢？行時，臨時調整中斷的效勞順序呢？ 答復是肯定的，一個可行的解決方案就是引入由操作系統答復是肯定的，一個可行的解決方案就是引入由操作系統管理的、可變的管理的、可變的“中斷屏蔽字。中斷屏蔽字。 在在CPU響應了某級中斷的某個中斷源發來的中斷請求后，響應了某級中斷的某個中斷源發來的中斷請求后，系統將該中斷源所屬中斷級別對應的中斷屏蔽字，寫入中斷屏系統將該中斷源所屬中斷級別對應的中斷屏蔽字，寫入中斷屏蔽存放器蔽存放器 IMR。 CPU根據中斷屏蔽字決定屏蔽掉某些級別中斷的請求信號，根據中斷屏蔽字決定

35、屏蔽掉某些級別中斷的請求信號，使其不能進入排隊器排隊，從而間接地改變中斷響應順序。使其不能進入排隊器排隊，從而間接地改變中斷響應順序。 &1. 屏蔽觸發器的作用屏蔽觸發器的作用MASK = 0未屏蔽未屏蔽INTR 能被置能被置 “1 1 & & & 1 1 1 1INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1INTR2INTR3INTR4MASK1MASK2MASK3MASK4DQ 1 DINTR MASKQCPU查詢查詢MASKi = 1 屏蔽屏蔽INTPi = 0 不能被排隊選中不能被排隊選中中斷處理中斷處理程序級別程序級別中斷級屏蔽位中斷級屏蔽位1 級

36、級2 級級3 級級4 級級第第 1 級級第第 2 級級第第 3 級級第第 4 級級1000110011101111中斷處理順序就是中斷響應順序時的中斷屏蔽字中斷處理順序就是中斷響應順序時的中斷屏蔽字設設“1代表屏蔽，代表屏蔽，“0表示開放表示開放2. 屏蔽字屏蔽字優先級優先級屏屏 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個中斷源個中斷源 1、2、3 16 按按 降序降序 排列排列3. 屏蔽技術可改變處理優先等級屏蔽技術可改變處理優先等級響應優先級響應優先級響應優先級響應優先級 ABCD 降序排列降序排列 不可改變不可改變處理優先級處理優先級可改變通過重新設置屏蔽字可改變通過重新設置屏蔽字中斷源中斷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 處理優先級處理優先級 ADCB 降序排列降序排列服務程序服務程序B處理完處理完C處理完處理完D處理完處理完A處理完處理完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同時請求中斷同時請求中斷CPU 執行程序軌跡（原屏蔽字）執行程序軌跡（原屏蔽字）3. 屏蔽技術可改變處理優先等級屏蔽技術可改變處理優先等級4. 屏蔽技術的其他作用屏蔽技術的其他作用 便于程序控制便于程序控制可以可以 人為地屏蔽人為地屏蔽 某個中斷源的請求某個中斷源的請求服務程序服務程序D處理完處理完C處理完處理完B處理完處理完A處理完處理完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同時請求中斷同時請求中斷CPU 執行程序軌跡（新屏蔽字）執行程序軌跡（新屏蔽字）3. 屏蔽技術可改變處理優先等級屏蔽技術可改變處理優先等級5. 新屏蔽字的設新屏蔽字的設 置置 保護現場保護現場 置屏蔽字置屏蔽字 開中斷開中斷 中斷服務中斷服務 關中斷關中斷 恢復現場恢復現場 恢復屏蔽字恢復屏蔽字 開中斷開中斷 中斷返回中斷返回 置屏蔽字置屏蔽字 恢復屏蔽字恢復屏蔽字 關中斷關中斷 開中斷開中斷設備選擇電路設備選擇電路DBR DQ&數據線數據線啟動命令啟動命令地址線地址線SEL輸入數據輸入數據啟動設備啟動設備設備工作設備工作 結束結束

40、&1QQDINTR BQQ MASK設備編碼器設備編碼器排隊器排隊器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至低一級的排隊器的排隊器向量地址向量地址中斷響應中斷響應 INTA中斷請求中斷請求命令譯碼命令譯碼七、七、 I/O 中斷處理過程中斷處理過程10&DBR設備選擇電路設備選擇電路01以輸入為例以輸入為例主程序和效勞程序搶占主程序和效勞程序搶占 CPU 示意示意準備工作準備工作準備工作準備工作準備工作準備工作傳送數據傳送數據傳送數據傳送數據發中斷請求發中斷請求發中斷請求發中斷請求I/O宏觀宏觀 上上 CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作微觀微觀 上上

41、 CPU 中斷現行程序中斷現行程序 為為 I/O 效勞效勞主程序主程序繼續執行主程序繼續執行主程序啟動外設啟動外設 服務程序服務程序（傳送數據）（傳送數據） 服務程序服務程序（傳送數據）（傳送數據）繼續執行主程序繼續執行主程序CPU程序中斷接口芯片程序中斷接口芯片 8259A 的內部結構的內部結構 內部總線內部總線 緩沖器緩沖器讀讀 / 寫寫邏邏 輯輯級聯緩沖級聯緩沖器器/比較器比較器優先權優先權比較器比較器 ( PR ) 中斷中斷 服務服務 寄存寄存 器器(ISR) 中斷中斷 請求請求 寄存寄存 器器(IRR)中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器 （IMR）控制邏輯控制邏輯INT INTAD7D0A

42、0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7內部總內部總 線線八、八、 中斷控制器中斷控制器8259A8259A的主要引腳描述如下：的主要引腳描述如下：IR7IR0 ：輸入引腳，用于接收來至外設的中斷請求信號：輸入引腳，用于接收來至外設的中斷請求信號INT：輸出引腳，一般與：輸出引腳，一般與CPU的的INTR引腳連接。當引腳連接。當8259A接接收到外設的中斷請求信號后，通過該引腳統一向收到外設的中斷請求信號后，通過該引腳統一向CPU發中斷發中斷請求。請求。1. INTA：這是一個輸入引腳，用于接收來至：這是一個輸入引腳，用于接收來至CPU的

43、中斷響應信的中斷響應信號號INTA。4. CS：片選信號，允許：片選信號，允許8259A進行編程與控制。進行編程與控制。5. WR：低電位有效，與系統的寫入控制線連接。：低電位有效，與系統的寫入控制線連接。6. RD：低電位有效，與系統的寫入控制線連接。低電位有效，與系統的寫入控制線連接。7. A0：用：用A0的取值來選擇的取值來選擇8259A內部不同的命令字。內部不同的命令字。8259A的主要引腳描述如下：的主要引腳描述如下：8. SP/EN：主從定義：主從定義/緩沖器方向。接高電平時為主片，緩沖器方向。接高電平時為主片，接低電平時為從片。當接低電平時為從片。當8259A工作于緩沖器方式時，

44、工作于緩沖器方式時， 它作為控制緩沖器傳送方向的輸出控制線；否那么為它作為控制緩沖器傳送方向的輸出控制線；否那么為輸入線。輸入線。9. CAS2CAS0：級連控制信號，主片為輸出，從片為：級連控制信號，主片為輸出，從片為輸出。主片輸出一個識別碼，哪一個從片的識別碼與輸出。主片輸出一個識別碼，哪一個從片的識別碼與其相符，那么該從片的中斷請求被準許。主片最多可其相符，那么該從片的中斷請求被準許。主片最多可以控制以控制8個從片。個從片。九、九、 8086/8088微處理器的中斷系統微處理器的中斷系統 1. 1.概述概述 8086/8088微處理器的中斷源分為兩類：微處理器的中斷源分為兩類： 位于處理

45、器外部、由硬件引起的硬件中斷或外部中斷位于處理器外部、由硬件引起的硬件中斷或外部中斷 硬件中斷又分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷。它們的請求信號，分別由不硬件中斷又分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷。它們的請求信號，分別由不可屏蔽中斷請求輸入引腳可屏蔽中斷請求輸入引腳NMI和可屏蔽中斷請求輸入引腳和可屏蔽中斷請求輸入引腳INTR輸入到處理器中。輸入到處理器中。 當有不可屏蔽中斷請求信號到來時，處理器會在結束當前指令的執行后，當有不可屏蔽中斷請求信號到來時，處理器會在結束當前指令的執行后，立即轉去執行不可屏蔽中斷處理程序。立即轉去執行不可屏蔽中斷處理程序。 來自處理器內部、由某條指令的執行或某個標志位的設

46、置而引起的軟件中來自處理器內部、由某條指令的執行或某個標志位的設置而引起的軟件中斷或內部中斷。斷或內部中斷。8086/8088微處理器的中斷系統框圖微處理器的中斷系統框圖 “屏蔽是通過標志存放器中的中斷允許標志屏蔽是通過標志存放器中的中斷允許標志IF來實現的。來實現的。處理器會在每條指令執行的末尾，掃描處理器會在每條指令執行的末尾，掃描INTR引腳。當檢測到請引腳。當檢測到請求信號時，那么檢查求信號時，那么檢查IF。假設假設IF=1，那么表示屏蔽中斷、不響應，那么表示屏蔽中斷、不響應，否那么響應。響應信號通過否那么響應。響應信號通過INTA引腳發給中斷源。引腳發給中斷源。軟件中斷有軟件中斷有5

47、類：類：除法錯誤溢出或除數為除法錯誤溢出或除數為0、定點加法溢出、定點加法溢出、斷點中斷、斷點中斷、單步中斷單步中斷中斷指令中斷指令INT n。 軟件中斷不會發出請求信號，也不需要響應信號軟件中斷不會發出請求信號，也不需要響應信號。除單步。除單步中斷外，內部中斷無法用軟件禁止。中斷外，內部中斷無法用軟件禁止。 響應中斷后，響應中斷后，8086/8088微處理器進入中斷周期。微處理器進入中斷周期。中斷周期內，中斷周期內，8086/8088微處理器將執行的操作是：微處理器將執行的操作是：1發出中斷響應信號發出中斷響應信號INTA.2將標志存放器將標志存放器FR壓入堆棧，將壓入堆棧，將IF和和TF清

48、為清為0.3依次將存放器依次將存放器CS和和IP壓入堆棧壓入堆棧.4根據中斷類型號找到中斷處理程序的入口地址，根據中斷類型號找到中斷處理程序的入口地址，并將其寫入存放器并將其寫入存放器CS和和IP.2. 中斷向量和向量表中斷向量和向量表 8086/8088微處理器的中斷處理程序的入口地址表微處理器的中斷處理程序的入口地址表示為：示為：中斷向量中斷向量“CS:IP 8086/8088微處理器被設計成最多能管理微處理器被設計成最多能管理256個中斷。這些個中斷。這些中斷的中斷的中斷向量中斷向量組成組成中斷中斷向量表向量表。每個中斷向量長。每個中斷向量長4個字節個字節，故中斷向量表的大小為故中斷向量

49、表的大小為1024字節字節00000HFFFFFH00001H00002H00003H0號中斷的號中斷的中斷向量（地中斷向量（地 址）址）003FCH003FDH003FEH003FFH256號中斷的號中斷的中斷向量（地址）中斷向量（地址） CSIPCSIP 8086/8088微處理器管理中斷是通過中斷類型號微處理器管理中斷是通過中斷類型號0255來實現的。來實現的。 前前32個中斷向量為系統專用。個中斷向量為系統專用。其中，其中， 0號是號是“除法錯誤中斷，除法錯誤中斷， 1號是號是“單步中斷，單步中斷， 2號是號是“非屏蔽中斷，非屏蔽中斷， 3號是號是“斷點中斷或斷點中斷或INT3， 4號

50、是號是“溢出中斷或溢出中斷或INTO。中斷類型中斷類型5到到31，系統保存使用。，系統保存使用。0號中號中 斷斷1號中號中 斷斷2號中斷號中斷 3號中號中 斷斷4號中號中 斷斷5號中號中 斷斷31號中號中 斷斷255號中號中 斷斷3. 中斷指令中斷指令INT n和中斷返回指令和中斷返回指令IRET廣義上的廣義上的INT n指令，包括了：指令，包括了： INT3即斷點中斷和即斷點中斷和 INT4即即INTO。 但除但除INT 3和和INTO為單字節指令外，其余為單字節指令外，其余INT n指令為指令為2個字個字節的指令，第節的指令，第1個字節是操作碼，第個字節是操作碼，第2個字節是操作數。操作數

51、個字節是操作數。操作數n為中斷類型號，當執行為中斷類型號，當執行 INT n時，系統根據類型號時，系統根據類型號n找到中斷找到中斷處理程序的入口地址。處理程序的入口地址。 中斷返回指令中斷返回指令IRET的功能是順序從堆棧中彈出的功能是順序從堆棧中彈出3個字，依次個字，依次送入存放器送入存放器IP、CS和和FR。 中斷優先級，由高到低，依次為：中斷優先級，由高到低，依次為： 軟件中斷不含單步中斷軟件中斷不含單步中斷 不可屏蔽中斷、不可屏蔽中斷、 可屏蔽中斷、可屏蔽中斷、 單步中斷。單步中斷。7.6 DMA 方式方式一、一、DMA 方式的特點及應用方式的特點及應用。CPU主主存存ACC 中斷接口

52、中斷接口DMA 接口接口I/O 設設 備備中斷方式數據傳送通路中斷方式數據傳送通路輸入指令輸入指令輸出指令輸出指令DMA方式數據傳送通路方式數據傳送通路2. DMA 與主存交換數據的三種方式與主存交換數據的三種方式主存工作時間主存工作時間CPU不執行程序不執行程序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主存工作時間主存工作時間 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主存工作時間主存工作時間 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的特點及應用的特

53、點及應用1特點：靠硬件控制傳送特點：靠硬件控制傳送 不用保護現場不用保護現場 不具備處理故障的能力不具備處理故障的能力 優先級高，響應速度快優先級高，響應速度快2DMA應用場合：用于高速數據傳送的場合應用場合：用于高速數據傳送的場合 硬盤及軟盤的硬盤及軟盤的I/O接口接口 通信信道的通信信道的I/O接口接口 多處理機和多任務系統多處理機和多任務系統 CRT掃描掃描二、二、DMA 接口的功能和組成接口的功能和組成(1) 向向 CPU 申請申請 DMA 傳送傳送(2) 處理總線處理總線 控制權的轉交控制權的轉交(3) 管理管理 系統總線、系統總線、控制控制 數據傳送數據傳送(4) 確定確定 數據傳送的數據傳送的 首地址和長度首地址和長度(5) DMA 傳送結束時，傳送結束時，給出操作完成信號給出操作完成信號修正修正 傳送過程中的數據傳送過程中的數據 地址地址 和和 長度長度2.