第6章输入输出技术

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1、2022-3-301第6章 输入输出技术 CPU与外设的工作速度不一致，与外设的工作速度不一致，如何使两者高效、可靠地进行数据传送，如何使两者高效、可靠地进行数据传送，是本章讨论的问题。是本章讨论的问题。n输入输出的基本方法输入输出的基本方法n中断概念、中断响应过程中断概念、中断响应过程n8088中断系统、中断向量表中断系统、中断向量表2022-3-302输出设备：显示器、打印机等。输出设备：显示器、打印机等。输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。键盘、鼠标PS/2、USB扫描仪EPP（增强并口）、USB显示器15针D接口，也叫VGA接口。2022-3-303多种多样

2、的外设多种多样的外设n工作原理不同工作原理不同机械、电子、机电、电磁机械、电子、机电、电磁n传送信息类型多样传送信息类型多样数字量、模拟量、开关量数字量、模拟量、开关量n传送速度差别极大传送速度差别极大n传送方式不尽相同传送方式不尽相同串行、并行串行、并行n编码方式不同编码方式不同二进制、二进制、BCD码、码、ASCII码码z2022-3-3046.1 概述概述为什么需要为什么需要I/OI/O接口（电路）？接口（电路）？n微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样1）I/O设备的功能多种多样；设备的功能多种多样； 2）I/O设备工作速度不同；设备工作速度不同；3）I/O设备处理的信号不同设备

3、处理的信号不同 (模拟或数字信号、模拟或数字信号、并行或串行并行或串行) ；4）I/O设备所需的控制信号不同。设备所需的控制信号不同。n工作原理、驱动方式、信息格式、工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大以及工作速度方面彼此差别很大2022-3-305输入输出输入输出(I/O)(I/O)设备是计算机系统的重要组设备是计算机系统的重要组成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。因因I/OI/O设备种类繁多，设备种类繁多，CPUCPU并不与并不与I/OI/O设备直接设备直接进行信息交流，而是通过进行信息交流，而是通过I/OI/O接口进行

4、接口进行。I/OI/O接接口是连接口是连接CPUCPU和和I/OI/O设备之间的桥梁。设备之间的桥梁。 输入设备和输出设备统称为输入设备和输出设备统称为外设外设。 I/O接口电路：即接口电路：即I/O适配器。适配器。6.1 概述概述2022-3-3066.1.1 I/O接口（电路）接口（电路）nI/O接口是位于系统与外设间、用来协助接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路完成数据传送和控制任务的逻辑电路nPC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的总线槽的电路板（适配器）都是接口电路电路板（适配器）都是接口电路nI/O接口的特点：通用性和可编程

5、性接口的特点：通用性和可编程性2022-3-3071、接口功能、接口功能 I/O接口在它连接的接口在它连接的CPU与与I/O设备之间起设备之间起信信息转换作用息转换作用。应具备：。应具备： 接口内有特定的硬件电路供接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称直接存取，称为为I/O端口端口； 接口应有地址译码功能；接口应有地址译码功能； 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种信息。信息。2022-3-3082、接口传递的信息、接口传递的信息数据信息：数据信息：CPU与与I/O设备传递的基本信息，包括数设备传递的基本信息，包括数字量、模拟量、开关量和脉冲量。

6、字量、模拟量、开关量和脉冲量。 接口传递的基本信息是接口传递的基本信息是数据信息数据信息，除此之外，还，除此之外，还传递传递状态信息状态信息和和控制信息控制信息。不同的信息用不同的不同的信息用不同的I/OI/O端口区分端口区分。控制信息：控制信息：CPU通过接口传递给通过接口传递给I/O设备的信息，用设备的信息，用以控制以控制I/O设备的工作，如启动、停止等。设备的工作，如启动、停止等。状态信息：反映状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输设备当前工作状态的信息，如输出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。2022-3-3096.1.2 I/

7、O接口的典型结构接口的典型结构控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/OI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器寄存器寄存器 端口端口n三种信息：数据信息、状态信息、控制信息。三种信息：数据信息、状态信息、控制信息。n通过数据总线通过数据总线DB传输。传输。2022-3-30101. 接口电路的内部结构接口电路的内部结构nCPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器数据寄存器数据端口

8、数据端口n保存外设给保存外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据 状态寄存器状态寄存器状态端口状态端口n保存外设或接口电路的状态保存外设或接口电路的状态 控制寄存器控制寄存器控制端口控制端口n保存保存CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令2022-3-30112. 接口电路的外部特性接口电路的外部特性n主要体现在引脚上，分成两侧信号主要体现在引脚上，分成两侧信号面向面向CPU一侧的信号：一侧的信号：n用于与用于与CPU连接连接n主要是数据、地址和控制信号主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号：面向外设一侧的信号：n用于与外设连接用于与外设连接n提供的信号五花八门提供

9、的信号五花八门n功能定义、时序及有效电平等差异较大功能定义、时序及有效电平等差异较大2022-3-30126.2 I/O端口的编址端口的编址接口电路占用的接口电路占用的I/O端口有两类编排形式端口有两类编排形式nI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间n如如M6800nI/O端口单独编址端口单独编址nI/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间n如如8086/80882022-3-3013I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n优点：优点：n不需要专门的不需要专门的I/O指令指令nI/O数据存取与存储器数数据存取与存储器数据

10、存取一样灵活据存取一样灵活n缺点：缺点：nI/O端口要占去部分内存端口要占去部分内存空间空间n程序不易阅读（不易分程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）清访存和访问外设）内存内存部分部分I/O部分部分00000HFFFFFHF0000H存储器空间存储器空间2022-3-3014I/O端口单独编址端口单独编址n优点：优点：nI/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立n控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单n专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读n缺点：缺点：nI/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富n80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址内存内

11、存空间空间I/O空间空间FFFFFH0FFFFH2022-3-30158088的的I/O端口地址端口地址n8088只能通过输入输出指令与外设进行数据只能通过输入输出指令与外设进行数据交换；呈现给程序员的外设是端口（交换；呈现给程序员的外设是端口（Port），），即即I/O地址地址n8088用于寻址外设端口的地址线为用于寻址外设端口的地址线为16条，端条，端口最多为口最多为21665536（64K）个，端口号为）个，端口号为0000H FFFFHn地址线上的地址信号用地址线上的地址信号用 IO / M*来区分来区分n每个端口用于传送一个字节的外设数据每个端口用于传送一个字节的外设数据nIBM P

12、C只使用了只使用了1024个个I/O地址地址(03FFH)2022-3-3016输入输出（输入输出（I/OI/O）指令）指令n每个端口用于传送一个字节的外设数据每个端口用于传送一个字节的外设数据只限于用累加器只限于用累加器ALAL或或AXAX来传送信息。来传送信息。功能功能: (: (累加器累加器)I/OI/O端口端口2022-3-3017输入输出寻址方式输入输出寻址方式n80868086的端口有的端口有64K64K个，无需分段，设计有个，无需分段，设计有两种寻址方式两种寻址方式v直接寻址直接寻址：只用于寻址：只用于寻址00H00HFFHFFH前前256256个个端口，操作数端口，操作数i8i

13、8表示端口号表示端口号v间接寻址间接寻址：可用于寻址全部：可用于寻址全部64K64K个端口，个端口，DXDX寄存器的值就是端口号寄存器的值就是端口号n对大于对大于FFHFFH的端口只能采用间接寻址方式的端口只能采用间接寻址方式2022-3-3018(1)输入指令输入指令IN格式格式: IN acc,PORT ;PORT端口号端口号0255H IN acc,DX ;DX表示的端口范围达表示的端口范围达64K例例:IN AL，80H ;(AL）(80H端口端口) IN AL，DX ;(AL）(DX)2022-3-3019例：输入字量1.直接寻址，字节量输入直接寻址，字节量输入 in al,21h

14、mov ah,al in al,20h功能相同功能相同 字量数据传送字量数据传送实际上实现了连实际上实现了连续的两个端口地续的两个端口地址的字节量传送址的字节量传送2.直接寻址，字量输入直接寻址，字量输入 in ax,20h3.间接寻址，字量输入间接寻址，字量输入 mov dx,20h in ax,dx2022-3-3020例：例： OUT 68H，AX ;(69H，68H）（AX） OUT DX，AL ;(DX)(AL)在使用间接寻址的在使用间接寻址的IN/OUT指令时，要事先用传指令时，要事先用传送指令把送指令把I/O端口号设置到端口号设置到DX寄存器：寄存器： MOV DX，220H I

15、N AL，DX ;将将220H端口内容读入端口内容读入AL (2) (2) 输出指令输出指令OUTOUT格式格式：OUT port , acc OUT DX , acc2022-3-3021IN AL, PORT输输入入端端口口数数据据线线 地址译码地址译码(RD,IO/M ) IOR输输出出端端口口数数据据线线 地址译码地址译码(WR,IO/M ) IOW指令指令硬件电路信号硬件电路信号OUT PORT, AL2022-3-30226.3 I/O的基本方式的基本方式n无条件传送无条件传送n查询方式查询方式n中断方式中断方式n直接存储器存取（直接存储器存取（DMA）方式）方式( Direct

16、Memory Access )2022-3-3023（CPU与外设同步工作）：与外设同步工作）：外部控制外部控制过程各种动作过程各种动作时间是固定的时间是固定的，而且，而且是已知的是已知的。（CPU与外设不同步工作）：与外设不同步工作）：传送前，传送前，先查询外设状态先查询外设状态，准备好才传送，否则，准备好才传送，否则CPUCPU处于处于等待状态。等待状态。外设与外设与CPU处于并行工作处于并行工作，一旦外，一旦外设准备好，外设向设准备好，外设向CPUCPU发中断申请，条件具备，发中断申请，条件具备，CPUCPU暂停原程序执行，响应中断，外设与暂停原程序执行，响应中断，外设与CPUCPU串串

17、行工作。行工作。： CPU不干予，不干予，由硬件实现由硬件实现存储器与存储器与外设之间外设之间交换数据。交换数据。2022-3-30241 无条件传送方式无条件传送方式 特点特点n这种传送有前提：外设必须随时就绪这种传送有前提：外设必须随时就绪n适合于简单设备，如开关、发光二极管、适合于简单设备，如开关、发光二极管、 LED数码管、数码管、 继电器、按键或按纽等设备。继电器、按键或按纽等设备。n无条件传送的接口和操作均十分简单无条件传送的接口和操作均十分简单实现方法实现方法n CPUCPU不查询外设工作状态不查询外设工作状态n 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成与外设速度的匹配通过在软件上延

18、时完成n 程序中直接用程序中直接用I/OI/O指令，完成数据传送指令，完成数据传送2022-3-3025输入接口设计输入接口设计完成如下任务：完成如下任务：当开关接通时，当开关接通时，CPU执行程序段执行程序段ON;当开关断开时，当开关断开时，CPU执行程序段执行程序段OFF;MOV DX,0FFF7HIN AL,DXAND AL,01HJZ ONJMP OFFA6A5A4A7+ +5 5V V10K欧S三态门三态门&A3A2A A0 0A A1 11A14A13A12A15&A11A10A A8 8A A9 9IOR1D D0 02022-3-3026AB输输入入设设备备三三态态缓缓冲冲器器

19、地址译码器地址译码器DB（D7D0）IOR(RD,IO/M)无条件传送：输入无条件传送：输入接口电路接口电路 硬件保证硬件保证:只在只在CPU执行从相应端口输入数据时执行从相应端口输入数据时, 三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧；三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧；而而CPU执行其它指令时执行其它指令时, 三态门均处于高阻状态三态门均处于高阻状态, 使输入设备的数据线与总线侧断开使输入设备的数据线与总线侧断开2022-3-3027输出接口设计输出接口设计锁存器作为发光二锁存器作为发光二极管与微机系统数极管与微机系统数据总线连接的中间据总线连接的中间接口，接收来自接口，接

20、收来自CPU的输出数据。的输出数据。MOV DX,0000HMOV AL,81HOUT DX,ALCPCP端出现低电端出现低电平信号，锁存平信号，锁存MOV DX,0000HMOV AL,00HOUT DX,ALCPUCPU执行指令执行指令控制二极管发控制二极管发光光A6A5A4A7+ +5 5V V300欧A3A2A A0 0A A1 1A14A13A12A15A11A10A A8 8A A9 9IOW1D D7 711D D0 0. . . .D D7 7D D0 0. . . .Q Q7 7Q Q0 0Q Q1 1. . . .1. . . .+ +5 5V V300欧1CPCP7474

21、LSLS2732732022-3-3028无条件传送：输出无条件传送：输出AB输输出出设设备备锁锁存存器器地址译码器地址译码器DB（D7D0）IOW(WR,IO/M) D QG锁存器锁存器2022-3-3029例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令：+5VI/O接口(80H)CPUDBABCBMOV AL, 0MOV AL, 0OUTOUT80H, AL80H, AL2022-3-3030例：无条件传送例：无条件传送nCPU通过一个输入接口采集一组开关通过一个输入接口采集一组开关K0K7的状态，然后通过一个输出接口控制对应的的状态，然后通

22、过一个输出接口控制对应的一组发光二极管一组发光二极管LED0LED7显示出来（显示出来（Ki闭合，对应闭合，对应LEDi亮；亮；Ki断开，对应断开，对应LEDi灭）灭）2022-3-3031例：无条件传送例：无条件传送2022-3-3032MOV DX,80HIN AL,DXMOV DX,81HOUT DX,AL；输入端口地址；输入端口地址80H；输入开关状态；输入开关状态；输出端口地址为；输出端口地址为81H；控制对应；控制对应LED2022-3-30332. 查询方式查询方式 实现方法：实现方法： 在与外设进行传送数据前，在与外设进行传送数据前，CPUCPU先查询外设状态先查询外设状态，当

23、当外设准备好后，才执行外设准备好后，才执行I/OI/O指令，实现数据传送。指令，实现数据传送。外设接口与外设有三种信息交换：（1）进行传送的数据（数据端口）（2）外设的控制信号（控制端口）（3）外设的状态信息外设的状态信息（状态端口）2022-3-3034查询传送的两个环节查询传送的两个环节 查询环节查询环节n寻址状态口寻址状态口n读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位n若不就绪就继续查询，直至就绪若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输入，通过输入指令从数据端口读入数据n是输出，通过输出指令向数据端口输出数据是输出

24、，通过输出指令向数据端口输出数据输入状态输入状态就绪？就绪？数据交换数据交换YN2022-3-3035【例【例6】查询方式输出数据】查询方式输出数据n外设经外设经I/O接口与系统总线相连，外设的状接口与系统总线相连，外设的状态信号态信号BUSY由状态端口的由状态端口的D0位输出到位输出到CPU数据总线的数据总线的D0，当，当BUSY0时，表示外设时，表示外设忙，不可以接收忙，不可以接收CPU输出的数据；当输出的数据；当BUSY1时，则表示外设处于空闲状态，可以接收。时，则表示外设处于空闲状态，可以接收。2022-3-3036333H端口端口状态端口状态端口333H端口端口数据端口数据端口地址地

25、址译码译码数据数据缓冲缓冲控制控制电路电路输输出出外外设设CPU地址线地址线数据线数据线控制线控制线数据数据【例【例6.26.2】查询方式输出数据】查询方式输出数据外设的状态端口为外设的状态端口为0333 H，其中，其中D0 = 1时，表示外设准备好；时，表示外设准备好；外设的数据端口为外设的数据端口为0333 H。编程将。编程将CL中的数据输出到外设。中的数据输出到外设。2022-3-3037从从0333H状态端口状态端口读入外设状态信息读入外设状态信息将一字节数据送至将一字节数据送至0333H数据端口数据端口YND0=1, 外设准备好？外设准备好？流程图流程图；设置端口地址；设置端口地址；

26、读外设状态；读外设状态；外设忙否？；外设忙否？；状态寄存器最低位为；状态寄存器最低位为0则忙则忙；字符在；字符在CL中中；输出该字符；输出该字符2022-3-3038；设置端口地址；设置端口地址；读外设状态；读外设状态；外设忙否？；外设忙否？；状态寄存器最低位为；状态寄存器最低位为0则忙则忙；字符在；字符在CL中中；输出该字符；输出该字符START:MOV DX,333HWAIT :IN AL,DX TEST AL,01H JZ WAIT MOV AL,CL OUT DX,AL RET当CPU需要对多个设备进行操作时，则则CPU按按一定顺序依次查询（轮一定顺序依次查询（轮询）。询）。所谓的优先

27、级问题。先查询的外设将优先查询的外设将优先进行数据交换。先进行数据交换。缺点：缺点： 不能对设备进行实时处理查询过程大大降低CPU的效率 外设接口始终处于被动状态CPUCPU通过不断查询外设状态，通过不断查询外设状态，实现与外设的速度匹配，实现与外设的速度匹配，2022-3-30403 3、中断控制方式、中断控制方式CPU在启动外设开始某一操作之后，继续执行它本身的程序程序。当外设数据准备就绪，向CPU提出请求请求，CPU在接到请求后暂时中断原来执行的程序，转去执行外设所要求的程序程序（如输入或输出一个数据），待服务结束后又返回原程序继续执行。主程序中断请求中断服务程序主程序主程序中断请求中断

28、请求中断服务程序中断服务程序2022-3-3041n前面三种前面三种I/O方式都需要方式都需要CPU作为中介：作为中介：两个含义：两个含义：1 1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPUCPU执执行程序来完成的（程序控制方式）；行程序来完成的（程序控制方式）；2 2）硬件：）硬件：I/OI/O接口和存储器的读写控制信号、地址接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由信号都是由CPUCPU发出的（总线由发出的（总线由CPUCPU控制）。控制）。n缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十为几十KB/秒）

29、秒）解决：解决：DMA传输传输外设外设CPU内存内存2022-3-30424 4、直接存储器存取方式、直接存储器存取方式(DMA)(DMA) DMA（Direct Memory Access）意为直接数据访问。它是在内存的不同区域之间，或者在内存与外设端口之间直接进行直接进行数据传送，而不经过不经过CPUCPU中转中转的一种数据传送方式，可以大大提高数据的传送速度。 2022-3-3043(1)DMA方式与其它方式比较DMA控制器控制器内存内存/外设外设外设外设/内存内存无需无需CPU指令指令外设外设/内存内存CPUMOV XX,ALOUT DX,ALIN AL,DXMOV AL,XX内存内存

30、/外设外设2022-3-3044 (2)DMA传输的特点 外设直接与存储器进行数据交换外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不不再担当数据传输的中介者；再担当数据传输的中介者； 总线由总线由DMA控制器（控制器（DMAC）进行控制）进行控制（CPU要放弃总线控制权要放弃总线控制权），内存），内存/外设的外设的地址和读写控制信号均由地址和读写控制信号均由DMAC提供。提供。n优点：数据传输由优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几高的传输速率（可达几MB/秒）秒）外设外设内存内存2022-3

31、-3045DMA控制器CPU外设由外设向DMAC发出DMA请求通过HOLD信号线发出DMA请求通过HLDA信号线发出DMA响应发出DMA应答信号通过HOLD信号线撤消DMA请求使HLDA信号无效与内存传送数据（在DMA控制器控制下） (3)DMA传输的工作过程2022-3-3046练习练习n对对I/O端口的编址一般有端口的编址一般有 方式和方式和 方方式。式。PC机采用的是机采用的是 方式。方式。n在在PC系列微机中，系列微机中，I/O指令采用直接寻址方指令采用直接寻址方式的式的I/O端口有端口有 个。采用个。采用DX间接寻址间接寻址方式可寻址的方式可寻址的I/O端口有端口有 个。个。n CP

32、UCPU在执行在执行OUT DXOUT DX，ALAL指令时，指令时， 寄存器寄存器的内容送到地址总线上，的内容送到地址总线上， 寄存器的内寄存器的内容送到数据总线上。容送到数据总线上。n数据输入数据输入/输出的几种方式是输出的几种方式是 、 、和和 。2022-3-30476.4 中断传送方式中断传送方式2022-3-3048为何计算机中要引入中断？为何计算机中要引入中断？n提高数据传输率；提高数据传输率；l避免避免CPU不断检测外设状态，提高不断检测外设状态，提高CPU的的利用率。利用率。l实现对特殊事件的实时响应。实现对特殊事件的实时响应。如多任务系统操作系统中：如多任务系统操作系统中：

33、 l缺页中断缺页中断l设备中断设备中断l各类异常各类异常l实时钟，等实时钟，等2022-3-3049n什么是中断什么是中断? ?n与生活场景的比较与生活场景的比较正在看书正在看书电话铃响电话铃响接电话接电话继续看书继续看书事件发生事件发生事件处理事件处理继续执行程序继续执行程序实际场景实际场景执行程序执行程序计算机计算机 中断请求及响应中断请求及响应 中断处理中断处理中断返回中断返回6.4.1. 6.4.1. 中断的基本概念中断的基本概念2022-3-3050中断服务程序中断服务程序发申请发申请中断服务程序中断服务程序发发 申申 请请外外设设外设准备数据，外设准备数据，CPUCPU执行程序执行

34、程序, ,此时，此时，CPUCPU与外设并行工作；与外设并行工作； 外设准备就绪，向外设准备就绪，向CPUCPU发中断发中断申请，申请，CPUCPU暂停原程序执行，响暂停原程序执行，响应中断，进行数据传输。此时，应中断，进行数据传输。此时，CPUCPU与外设是串行工作。与外设是串行工作。中断传送方式中断传送方式2022-3-30511.中断的定义中断的定义断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求 对外设对外设进行处理进行处理返回断点返回断点CPUCPU在执行在执行程序中，被内部程序中，被内部或外部的事件所或外部的事件所打断，转去执行打断，转去执行一段预先安排好一段预先安排好

35、的中断服务程序；的中断服务程序；服务结束后，又服务结束后，又返回原来的断点，返回原来的断点，继续执行原来的继续执行原来的程序程序. .2022-3-30521000:150H 主程序主程序 、 、 、MOV AX, 0ADD AX, DXMOV DI , AX、CPU在执行此指令时，在执行此指令时，某中断源发申请中断某中断源发申请中断;CPU在执行完该指令在执行完该指令后后,转去执行中断子程转去执行中断子程.断点概念断点概念: :PUSH AX 、 、 IRET断点断点中断服务程序中断服务程序2022-3-3053中断源中断源n引起引起CPU中断的事件中断的事件中断源。中断源。n外设外设请求输

36、入输出数据，报告故障等请求输入输出数据，报告故障等n事件事件掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时到掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时到l中断源分为：外部中断、内部中断中断源分为：外部中断、内部中断l内部中断：内部中断：CPU内部执行程序时自身产生的中断内部执行程序时自身产生的中断l外部中断：外部中断：CPU以外的设备、部件产生的中断以外的设备、部件产生的中断l8086/8088的外部中断信号：的外部中断信号：INTR、NMIlINTR可屏蔽中断请求，高电平有效，受可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。标志的控制。IF=1时，执行完当前指令后时，执行完当前指令后CPU对它作出响

37、应。对它作出响应。 lNMI非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要都要响应此中断请求信号。响应此中断请求信号。2022-3-30542. 中断传送方式的特点中断传送方式的特点n效率更高的程序传送方式效率更高的程序传送方式l中断服务程序是预先设计好的中断服务程序是预先设计好的l中断请求是随机的中断请求是随机的lCPU对请求的检测是有规律的：一般是在对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚求输入引脚2022-3-3055 6.4.2 80886.4.2 8088的中断系统的中断系统

38、n8088的中断系统采用向量中断机制的中断系统采用向量中断机制n能够处理能够处理256个中断，用中断向量号个中断，用中断向量号0255区别区别n可屏蔽中断还需要借助专用中断控制器可屏蔽中断还需要借助专用中断控制器Intel 8259A实现优先权管理实现优先权管理n与中断有关的控制线为：与中断有关的控制线为：NMI、INTR、INTA*2022-3-30561.8086/80881.8086/8088的中断类型的中断类型NMIINTR中断中断逻辑逻辑软件中断指令软件中断指令溢出中断溢出中断除法错除法错单步中断单步中断非屏蔽中断请求非屏蔽中断请求中断控中断控制器制器8259APIC8086/808

39、8CPU8086/8088CPU内部逻辑内部逻辑断点中断断点中断n43012可屏蔽中断请求可屏蔽中断请求2022-3-3057外部中断外部中断n是由于是由于8088外部提出中断请求引起的外部提出中断请求引起的l利用外部中断，微机系统可以实时响应外设利用外部中断，微机系统可以实时响应外设的数据传送请求，及时处理外部意外或紧急的数据传送请求，及时处理外部意外或紧急事件事件l外部中断的原因是处理器外部外部中断的原因是处理器外部随机随机产生的，产生的，所以是真正的中断（所以是真正的中断（Interrupt）l内部中断的原因是处理器执行程序出现异常，内部中断的原因是处理器执行程序出现异常，所以经常被称为

40、异常（所以经常被称为异常（Exception）非屏蔽中断非屏蔽中断中断类型码中断类型码n n2 2可屏蔽中断可屏蔽中断中断类型码中断类型码n n由申请中断的中断源提供由申请中断的中断源提供2022-3-3058 非屏蔽中断非屏蔽中断NMIn通过非屏蔽中断请求信号通过非屏蔽中断请求信号NMI向微处理器向微处理器提出的中断请求，微处理器无法禁止，将提出的中断请求，微处理器无法禁止，将在当前指令执行结束予以响应，这个中断在当前指令执行结束予以响应，这个中断被称为非屏蔽中断被称为非屏蔽中断l8088的非屏蔽中断的向量号为的非屏蔽中断的向量号为2l非屏蔽中断主要用于处理系统的意外或故非屏蔽中断主要用于处

41、理系统的意外或故障。例如：障。例如：l电源掉电前的数据保护电源掉电前的数据保护l存储器读写错误的处理存储器读写错误的处理2022-3-3059 可屏蔽中断n外部通过可屏蔽中断请求信号外部通过可屏蔽中断请求信号INTR向微处向微处理器提出的中断，微处理器在允许可屏蔽中理器提出的中断，微处理器在允许可屏蔽中断的条件下，在当前指令执行结束予以响应断的条件下，在当前指令执行结束予以响应INTA* ，同时输出可屏蔽中断响应信号，这，同时输出可屏蔽中断响应信号，这个中断就是可屏蔽中断个中断就是可屏蔽中断IF 控制可屏蔽中断的响应控制可屏蔽中断的响应lIF1，允许中断；，允许中断；IF0，禁止中断。，禁止中

42、断。l8088通常需要配合中断控制器通常需要配合中断控制器8259A共同处共同处理可屏蔽中断理可屏蔽中断l可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据可屏蔽中断主要用于主机与外设交换数据2022-3-3060 内部中断内部中断n8088内部执行程序出现异常引起的内部执行程序出现异常引起的n利用内部中断，微处理器为用户提供了发现、利用内部中断，微处理器为用户提供了发现、调试并解决程序执行时异常情况的有效途径调试并解决程序执行时异常情况的有效途径n例如，例如，ROM-BIOS和和DOS系统利用内部中断系统利用内部中断为程序员提供了各种功能调用为程序员提供了各种功能调用内部中断的中断向量号已定内部中断的中断

43、向量号已定2022-3-3061 除法错中断除法错中断n在执行除法指令时，若除数为在执行除法指令时，若除数为0或商超过了寄存或商超过了寄存器所能表达的范围，则器所能表达的范围，则CPU会会自动产生自动产生一个向一个向量号为量号为0的内部中断，称为除法错中断的内部中断，称为除法错中断n0号中断没有对应的中断指令号中断没有对应的中断指令例如：例如：mov bl,0idiv bl；除数；除数BL0，产生除法错中断，产生除法错中断mov ax,200hmov bl,1div bl；商；商200H，不能用，不能用AL表达表达；产生除法错中断；产生除法错中断2022-3-3062(2) 单步中断单步中断n

44、若若TF1，则在每条指令执行结束后产生，则在每条指令执行结束后产生1号内部中断，称为单步中断号内部中断，称为单步中断n类似类似0号（除法错）中断：不是由外部硬件号（除法错）中断：不是由外部硬件或者软件指令产生，是由或者软件指令产生，是由CPU对标志位对标志位TF的测试而产生的。的测试而产生的。例如：例如：DEBUG.EXE调试程序的单步命令调试程序的单步命令T就利就利用单步中断实现对程序的单步调试用单步中断实现对程序的单步调试由由CPU对状态标志寄存器中的陷阱标志对状态标志寄存器中的陷阱标志TF的测试而产生的的测试而产生的1号中断。号中断。2022-3-3063(3) 断点中断断点中断例如：例

45、如：DEBUG.EXE调试程序的运行命令调试程序的运行命令G设置设置的断点，就是利用的断点，就是利用INT 3指令实现的指令实现的这是这是CPU执行执行INT指令而产生的指令而产生的3号中断（生成号中断（生成一个字节的指令代码：一个字节的指令代码：11001100）。）。这也是这也是8086提供给用户使用的一种调试程序手段。提供给用户使用的一种调试程序手段。对较长程序，通过设置断点（插入对较长程序，通过设置断点（插入INT指令），使程指令），使程序运行一段后进入断点中断，检查程序是否达到要序运行一段后进入断点中断，检查程序是否达到要求。求。2022-3-3064(4) 溢出中断溢出中断mov

46、ax,2000hadd ax, 7000h；2000H7000H9000H，溢出：，溢出：OF1into；因为；因为OF1，所以产生溢出中断，所以产生溢出中断由于由于CPU本身不能判别当前处理的数据是否带本身不能判别当前处理的数据是否带符号，因此，它提供了符号，因此，它提供了INTO指令给用户。指令给用户。在带符号运算后安排一条在带符号运算后安排一条INTO指令，当运算指令，当运算后后OF1，则，则产生产生4号号内部中断（溢出中断），内部中断（溢出中断），进入溢出中断服务程序进行处理。进入溢出中断服务程序进行处理。2022-3-3065(5) 软件中断软件中断n在执行中断调用指令在执行中断调用

47、指令INT n时产生的一个时产生的一个向量号为向量号为n（0 255）的内部中断，）的内部中断， n为为一个字节的中断类型码，称为指令中断。一个字节的中断类型码，称为指令中断。l用用INT n指令来产生中断，运行用户自行指令来产生中断，运行用户自行设计的一些中断服务程序，这与段间调设计的一些中断服务程序，这与段间调用子程序相似。用子程序相似。如：系统功能调用如：系统功能调用INT 21H。2022-3-30662. 8088的中断向量表中断向量即中断向量即中断服务程序的入口地址中断服务程序的入口地址，用，用3232位逻辑地址表示。位逻辑地址表示。中断向量表中断向量表是一个存储区，是一个存储区，

48、该存储区存放了所有的中断向量。该存储区存放了所有的中断向量。表内容：表内容：所有中断服务程序的入口地址，即所有中断服务程序的入口地址，即256个个中断中断向量。向量。表长度：表长度：一个中断向量一个中断向量4个字节个字节，256256个中断向量共个中断向量共2562564 410241024字节，即占用字节，即占用1K1K存储空间。存储空间。表位置：表位置：物理地址物理地址00000H 00000H （03FFH）开始，依次安开始，依次安排各个中断向量，向量号也从排各个中断向量，向量号也从0 0开始开始存放次序：存放次序：按中断类型码从小到大依次存放。每个中按中断类型码从小到大依次存放。每个中

49、断向量占用的断向量占用的4 4个单元中，个单元中，小地址存放偏移地址小地址存放偏移地址，大地址大地址存放段地址存放段地址。向量号为向量号为N的中断向量的物理地址的中断向量的物理地址N42022-3-3068003FFH003FCH00008H00004H00000H向量号向量号255的的CS值值向量号向量号255的的IP值值（中断向量）（中断向量）向量号向量号2的的CS值值向量号向量号2的的IP值值向量号向量号1的的CS值值向量号向量号1的的IP值值向量号向量号0的的CS值值向量号向量号0的的IP值值用户中断用户中断（向量号（向量号FFH）非屏蔽中断非屏蔽中断（向量号（向量号2）单步中断单步中

50、断（向量号（向量号1）除法错中断除法错中断（向量号（向量号0）中断向量地址中断类型码中断类型码 FEH3 34H 3F8H 8088的中断向量表2022-3-3069如果在如果在00080H00080H00083H00083H这这4 4个单元中存放的个单元中存放的内容分别为内容分别为 10H10H、20H20H、30H30H、40H40H，那么，那么，在该系统中在该系统中, , 号中断所对应的中断向号中断所对应的中断向量为量为 。 20H4030H：2010H问题问题1 100084H00083H00082H00081H00080H（CSH） 40H（CSL） 30H（IPH） 20H2022

51、-3-3070若系统中对应于中断类型码为若系统中对应于中断类型码为17H17H的中断的中断处理程序存放在处理程序存放在1234：5670H开始的内开始的内存区域中，则对应于存区域中，则对应于17H17H类型码的中断向类型码的中断向量存放在量存放在 开始的开始的4 4个个字节字节中。这中。这4 4个单元地址由低到高，每个单元个单元地址由低到高，每个单元中的值分别为中的值分别为: : H H、 H H、 H H、 H H。 0000：005CH70563412问题问题2 2练练 习习n1、中断向量的地址是（、中断向量的地址是（ ）A.子程序入口地址B.中断服务程序的入口地址C.中断服务程序入口地址

52、的地址D.例行程序入口地址n2、在PC/XT机中，NMI的中断向量在中断向量表中的位置是（ ）A.由程序指定的B.由DOS自动分配的C.固定在0008H开始的4个字节中D.固定在中断向量表的表首3.某一中断源的中断类型码为某一中断源的中断类型码为45H，则该中断，则该中断源的中断向量在中断向量表的位置是：源的中断向量在中断向量表的位置是：地址地址存储单元内容存储单元内容00114H20H00115H10H00116H00H00117H34H00118H若中断向量表部分单元内容如图示，则该中断若中断向量表部分单元内容如图示，则该中断源的中断向量为：源的中断向量为：45H400114H3400H:

53、1020H3400H:1020H即该中断服务程序的入口地址为：即该中断服务程序的入口地址为：35020H35020H地址地址存储单元内容存储单元内容0003CH80H0003DH27H0003EH00H4.4.某一中断源的中断类型码为某一中断源的中断类型码为0FH0FH，该中断源的中断，该中断源的中断向量为：向量为：0000:2780H0000:2780H，如何存放到中断向量表中。，如何存放到中断向量表中。则中断向量表中从则中断向量表中从0000:003CH0000:003CH单元开始顺序存放：单元开始顺序存放： 80H80H，27H27H，0000，00002022-3-3074练习练习n5

54、 5、中断矢量就是中断服务子程序的、中断矢量就是中断服务子程序的 ，在内存中占有在内存中占有 个存储单元，其中低个存储单元，其中低地址存储单元存放的是地址存储单元存放的是 ，高地址，高地址存储单元存放的是存储单元存放的是 。 n6 6、PC/XTPC/XT机的中断矢量表放在从机的中断矢量表放在从 H H地地址单元到址单元到 地址单元，总共有地址单元，总共有 个个字节。字节。2022-3-30753. 8088的中断处理过程中断请求中断请求中断承认中断承认中断源识别中断源识别断点保护断点保护中断服务中断服务中断返回中断返回中断源向中断源向CPU的中断请的中断请求输入端求输入端INTR发出请发出请

55、求中断服务的信号。求中断服务的信号。CPU在每条指令执行后检测有无中断产在每条指令执行后检测有无中断产生，首先检测内部中断，再检测生，首先检测内部中断，再检测NMI、INTR端，即按优先级的顺序检测。端，即按优先级的顺序检测。根据不同的中断源得到相根据不同的中断源得到相应的中断类型码。应的中断类型码。指指CPU在确定中断源后，响应时自动完成在确定中断源后，响应时自动完成的操作。包括关中断、的操作。包括关中断、 保护断点及保护断点及 形成中形成中断入口地址，转入中断服务程序断入口地址，转入中断服务程序CPU响应中断以后，就会中止当前的响应中断以后，就会中止当前的程序，转去执行一个中断服务子程序，

56、程序，转去执行一个中断服务子程序，以完成为相应的服务。以完成为相应的服务。CPU执行完中断服务，应将在中断响应时保执行完中断服务，应将在中断响应时保护的断点恢复，回到被中断的主程序，即中护的断点恢复，回到被中断的主程序，即中断返回的操作。断返回的操作。2022-3-30761）中断请求n外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的的INTR或或NMI引脚；引脚；n中断请求信号的类型：边沿请求，电平请求中断请求信号的类型：边沿请求，电平请求例如，例如，NMI为边沿请求，为边沿请求，INTR为电平请求为电平请求l中断请求信号应保持到中断被处理为止；中断请

57、求信号应保持到中断被处理为止；lCPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。响应中断后，中断请求信号应及时撤销。l外设中断请求外设中断请求 PIC（8259） 80882022-3-3077(2)中断承认n在每条指令的最后一个时钟周期，在每条指令的最后一个时钟周期，CPU检检测测INTR或或NMI信号。若以下条件成立，则信号。若以下条件成立，则CPU响应中断：响应中断：l当前指令执行完。对当前指令执行完。对INTR，还应满足以下条件，还应满足以下条件n当前指令是当前指令是STI和和IRET，则下条指令也要执行完。，则下条指令也要执行完。n当前指令带有当前指令带有LOCK、REP等指令前缀时，则把

58、它等指令前缀时，则把它们看成一个整体，要求完整地执行完；们看成一个整体，要求完整地执行完；l对对INTR，CPU应处于开中断状态，即应处于开中断状态，即IF=1；l当前没有复位当前没有复位(RESET)和保持和保持(HOLD)信号。信号。l若若NMI和和 INTR 同时发生，则首先响应同时发生，则首先响应NMI。2022-3-30783）中断源识别n计算机中的中断源有很多，计算机中的中断源有很多，CPU必须识别是必须识别是哪一个设备产生中断。哪一个设备产生中断。n识别中断源有两个方法：识别中断源有两个方法：n中断矢量中断矢量法。由中断源提供中断类型号，由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定

59、中断源。（根据类型确定中断源。（8086/8088采用）采用）n软件查询软件查询。将中断信号从数据总线读入用程序将中断信号从数据总线读入用程序进行判别进行判别。（借助简单硬件电路）2022-3-3079nCPU在确定中断源后，响应时自动完成的在确定中断源后，响应时自动完成的操作，操作， CPU中断响应时，要做以下工作：中断响应时，要做以下工作：4）断点保护l断点保护：断点保护：CS、IP和和PSWl获得中断服务程序入口地址，转入中断获得中断服务程序入口地址，转入中断服务程序。服务程序。l关中断关中断2022-3-3080中断标志IF的状态nIF0：可屏蔽中断不会被响应：可屏蔽中断不会被响应n关

60、中断、禁止中断、中断屏蔽关中断、禁止中断、中断屏蔽n系统复位，使系统复位，使IF0n任何一个中断被响应，使任何一个中断被响应，使IF0n执行指令执行指令CLI，使，使IF0lIF1：可屏蔽中断会被响应：可屏蔽中断会被响应l开中断、允许中断、中断开放开中断、允许中断、中断开放l执行指令执行指令STI，使，使IF1l执行中断返回指令执行中断返回指令IRET恢复原恢复原IF状态状态2022-3-3081n中断服务子程序要做的工作中断服务子程序要做的工作n保护现场保护现场(PUSH regs) n开中断开中断(STI) 允许中断嵌套允许中断嵌套n进行中断处理进行中断处理 n关中断关中断(CLI)n恢复

61、现场恢复现场(POP regs) 5）中断处理（中断服务）CPUCPU响应中断以后，就会中止当前的程序，转去执行响应中断以后，就会中止当前的程序，转去执行一个一个中断服务子程序中断服务子程序，以完成为相应的服务。，以完成为相应的服务。l中断服务子程序特点中断服务子程序特点l为为”远远”过程（类型为过程（类型为FAR）l要用要用IRET指令返回指令返回2022-3-30826）中断返回n执行中断返回指令执行中断返回指令IRETnIRET指令将使指令将使CPU把堆栈内保存的断点信息弹出到把堆栈内保存的断点信息弹出到IP、CS和和FLAG中，保证被中断的程序从断点处能够继续往中，保证被中断的程序从断

62、点处能够继续往下执行。下执行。IPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPLIPHCSLCSHFLAGLFLAGHSPIPCSFLAG进入中断服进入中断服务程序时务程序时中断返回后中断返回后CPUCPU执行中断服务程序结束时，应将在中断响应时保护执行中断服务程序结束时，应将在中断响应时保护的断点恢复，回到被中断的主程序，即中断返回的操作。的断点恢复，回到被中断的主程序，即中断返回的操作。8086/80888086/8088的的中断处理过程中断处理过程标志寄存器 FR入栈令TEMP=TFCS和IP入栈清除TF和IF调中断服务程序标志寄存器 FR出栈完成当前指令内部获取中断类型码IP和CS

63、出栈执行中断服务程序内部中断?NMI中断?INTR中断?执行下一条指令YYYNNNIF=1?TF=1?从外部获取中断类型码YN有NMI中断?TEMP=1?内部获取中断类型码YN转入NMI中断服务转入单步中断服务NNYY中断承认中断承认中断源识别中断源识别断点保护断点保护中断返回中断返回查询中断的顺序，查询中断的顺序，决定决定了各种中断源的优先权：了各种中断源的优先权：n软件中断软件中断n除法错中断除法错中断n指令中断指令中断n溢出中断溢出中断n非屏蔽中断非屏蔽中断n可屏蔽中断可屏蔽中断n单步中断单步中断高高低低2022-3-30844、中断调用及中断程序设计理解中断调用指令的执行过程理解中断调

64、用指令的执行过程nINT n指令指令nIRET指令指令断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点2022-3-3085（1）INT n指令的执行过程（1）SP=SP-2（2）PSW (FLAGS) 入栈入栈（3）SP=SP-2（4）断点地址）断点地址(INT n 的下一条指令的下一条指令)的的CS入栈入栈（5）SP=SP-2（6）断点地址的）断点地址的IP入栈入栈（7）IP=0000:n4（8）CS=0000:n4+22022-3-3086（2）可屏蔽中断的响应过程(1) 处理器接到中断申请，处理完当前指令即进入响应

65、周期。处理器接到中断申请，处理完当前指令即进入响应周期。(2) 第二阶段即中断响应周期，在其间第二阶段即中断响应周期，在其间CPU向外部中断控制向外部中断控制器发送两个响应脉冲信号器发送两个响应脉冲信号INTA。第一个响应脉冲通知中断控制器，已经响应外部中断请求，第一个响应脉冲通知中断控制器，已经响应外部中断请求，让中断控制器提供中断类型号。第二个响应脉冲，让中断控制器提供中断类型号。第二个响应脉冲，CPU取取走中断类型号。走中断类型号。(3) 将标志寄存器中的内容压入堆栈保护，然后清将标志寄存器中的内容压入堆栈保护，然后清IF和和TF标标志，以禁止志，以禁止INTR引脚以及陷进和单步中断。引

66、脚以及陷进和单步中断。(4) 将断点地址压入堆栈（将断点地址压入堆栈（CS:IP）。）。(5) CPU得到中断类型号码得到中断类型号码n后，通过中断类型号与中断服务后，通过中断类型号与中断服务程序入口地址的关系找出该类型对应的段基地址和偏移地程序入口地址的关系找出该类型对应的段基地址和偏移地址，从而转入中断服务程序入口地址。完成中断响应任务。址，从而转入中断服务程序入口地址。完成中断响应任务。2022-3-3087(3). IRET 指令的执行过程（1）IP=SS:SP（2）SP=SP+2（3）CS=SS:SP（4）SP=SP+2（6）FLAGS=SS:SP（7）SP=SP+22022-3-3088中断服务程序n编写中断服务程序与编写子程序类似编写中断服务程序与编写子程序类似n利用过程定义伪指令利用过程定义伪指令PROC/ENDPn第第1条指令通常为开中断条指令通常为开中断STI（允许嵌套）（允许嵌套）n最后用中断返回指令最后用中断返回指令IRETn通常采用寄存器传递参数通常采用寄存器传递参数n主程序需要调用中断服务程序主程序需要调用中断服务程序n调用前，需要设置中断向量调用前，需要设