[計算機硬件技術(shù)基礎(chǔ)][機械工業(yè)出版社]第8章_中斷技術(shù)習(xí)題答案

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1、 第八章習(xí)題參考答案 8.1 什么是中斷？ 采用中斷技術(shù)有哪些好處？ 答：中斷是指由CPU內(nèi)／外部事件引起或由程序的預(yù)先安排，使CPU中斷正在運行的正常程序（主程序），而轉(zhuǎn)到為該內(nèi)部／外部事件或預(yù)先安排的事件服務(wù)程序，待服務(wù)完畢，再返回被暫時中斷的正常程序處繼續(xù)執(zhí)行正常程序的過程。 采用中斷技術(shù)，可以使計算機方便地實現(xiàn)如下一些操作： （1）分時操作。有了中斷系統(tǒng)，CPU可以命令多個外部設(shè)備同時工作，CPU分時控制這些外設(shè)，大大提高了CPU的吞吐率。 （2）實現(xiàn)實時處理。當(dāng)計算機用于實時控制，系統(tǒng)要求計算機為它服務(wù)的時間是隨機的，而中斷系統(tǒng)中這種請求--響應(yīng)模式正好

2、迎合了實時系統(tǒng)的需求。 （3）故障處理。計算機在運行過程中，往往會出現(xiàn)一些故障，如電源掉電、存儲出錯、運算溢出等。有了中斷系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時，CPU可以隨時轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，自行處理故障而不必停機。 隨著微型計算機的發(fā)展，中斷系統(tǒng)不斷增加新的功能，中斷系統(tǒng)甚至可以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)中軟硬件資源的自動管理。 8.2 什么叫中斷系統(tǒng)？它具備哪些功能？ 答：把能夠?qū)崿F(xiàn)中斷全部功能的軟件、硬件的總稱稱為中斷系統(tǒng)。 不同計算機的中斷系統(tǒng)，其具體實現(xiàn)可能不盡一樣，但中斷系統(tǒng)的基本功能是相同的。中斷系統(tǒng)的基本功能如下： 1．能實現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷處理（服務(wù)）、中斷返回和中

3、斷屏蔽。這是中斷系統(tǒng)最基本的功能。 2．能實現(xiàn)中斷優(yōu)先級排隊（管理）。即當(dāng)有多個中斷源同時申請中斷時，CPU如何能夠優(yōu)先響應(yīng)最緊急的中斷申請。 3．能實現(xiàn)中斷嵌套。即當(dāng)CPU正在為優(yōu)先級較低的中斷源服務(wù)時，具有較高優(yōu)先級的中斷源提出中斷申請，此時中斷系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)允許較高優(yōu)先級的中斷源中斷較低優(yōu)先級的中斷源，待較高優(yōu)先級的中斷處理完成后，再接著處理較低優(yōu)先級的中斷，這種中斷服務(wù)程序再被中斷的過程稱為中斷嵌套。 8.3 何謂非屏蔽中斷和可屏蔽中斷？ 答：非屏蔽中斷是指用戶不能用軟件屏蔽的中斷。它是通過8086的NMI引腳進(jìn)入。非屏蔽中斷不受中斷允許標(biāo)志IF的影響，當(dāng)NMI線上一旦有請求

4、時，CPU便在執(zhí)行完當(dāng)前指令后，立即予以響應(yīng)。所以，這種中斷通常用來處理系統(tǒng)的緊急事件和重大故障，如系統(tǒng)的掉電處理、內(nèi)存或I/O總線的奇偶錯誤等。 可屏蔽中斷是指用戶可以用指令禁止和允許的中斷。它是來自CPU的INTR端的中斷。當(dāng)CPU收到可屏蔽中斷請求信號時，是否予以響應(yīng)取決于中斷允許標(biāo)志IF的狀態(tài)。若IF=1，則CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令后，響應(yīng)中斷請求；若IF=0，則禁止可屏蔽中斷。 可屏蔽中斷通常用于各種外部設(shè)備的中斷。微型計算機配置的外部設(shè)備一般有硬盤、軟盤、鍵盤、顯示器和打印機等。這些外部設(shè)備通過8259A可編程中斷控制器與CPU相連，8259A接收來自外設(shè)的中斷請求，由8259A

5、向CPU發(fā)出中斷請求。 8.4 CPU在什么情況下才響應(yīng)中斷（可屏蔽）？ 答：一個可屏蔽中斷若想得到CPU的響應(yīng)，必須同時滿足以下所有條件： 首先，CPU應(yīng)收到一個可靠的中斷請求信號，且該中斷請求信號應(yīng)一直保持到它被響應(yīng)為止。 其次，在中斷請求的同時，沒有更高級的請求信號發(fā)生。即這個中斷請求應(yīng)該是當(dāng)前申請中斷的、且沒有被屏蔽的、優(yōu)先級最高的中斷源。 第三，CPU內(nèi)部應(yīng)處在開中斷（允許中斷）狀態(tài)。對8086CPU，應(yīng)設(shè)置IF=1。 第四，CPU至少要在當(dāng)前指令執(zhí)行完成時才可能響應(yīng)中斷。事實上，CPU只在特定的時刻（當(dāng)前指令周期最后一個總線周期的最后一個時鐘周期）才采樣有無中斷

6、申請。 第五，如果遇到CPU正在執(zhí)行中斷返回指令（IRET），或CPU正在對中斷資源進(jìn)行操作（如執(zhí)行STI指令），則要在現(xiàn)行指令執(zhí)行完后接著再執(zhí)行一條其他指令，此后才能響應(yīng)新的中斷。這么做的目的是為了隔離兩個中斷。 8.5 什么叫中斷優(yōu)先權(quán)（級）？有哪些解決中斷優(yōu)先權(quán)（級）的辦法？ 答：大多數(shù)的處理機系統(tǒng)都是多中斷源—單申請線的系統(tǒng)，即多個中斷源共用同一條中斷申請線向CPU申請中斷。因此首先要解決系統(tǒng)中有兩個或兩個以上中斷源同時申請中斷時CPU優(yōu)先響應(yīng)哪個中斷源的中斷申請問題，即讓哪個中斷源的中斷申請優(yōu)先通過唯一的中斷申請線向CPU申請中斷。為此，提出了中斷優(yōu)先級的概念。CPU總

7、是首先響應(yīng)當(dāng)前申請中斷的、最高優(yōu)先權(quán)的請求。 軟件查詢中斷源及優(yōu)先級排隊方法。該方法的主要思想是：多個中斷源的中斷申請通過一個“或”邏輯后由同一引腳向CPU申請中斷，同時在中斷接口電路中設(shè)置一個中斷請求鎖存器，以保存各個中斷源的中斷申請。CPU中斷響應(yīng)，在關(guān)閉中斷、保護(hù)斷點和標(biāo)志寄存器內(nèi)容后，轉(zhuǎn)入系統(tǒng)唯一的、為所有中斷源所共用的中斷服務(wù)程序入口執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中用軟件查詢的辦法查找中斷源，從而將程序轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。顯然，按照先查到的先服務(wù)的思想，軟件查詢的順序就是中斷優(yōu)先級的順序。實現(xiàn)這種軟件查詢中斷源及優(yōu)先級排隊方法所需的硬件接口邏輯非常簡單，改變各中斷源的優(yōu)先級次

8、序也非常方便，但缺點是軟件查詢所需的時間較長。因此這種方法主要用于系統(tǒng)規(guī)模較小、對響應(yīng)時間要求不太高的場合。 鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊邏輯。多個中斷源的中斷申請通過一個“或”邏輯后由同一引腳向CPU申請中斷，同時設(shè)置中斷請求觸發(fā)器以保存各個中斷源的中斷申請。各中斷源還需準(zhǔn)備一個唯一標(biāo)識該中斷源的的標(biāo)識碼—中斷矢量，已備CPU在響應(yīng)中斷時根據(jù)此標(biāo)識碼來判斷中斷的來源以及將要轉(zhuǎn)入的中斷服務(wù)程序入口。來自CPU的中斷響應(yīng)信號通過多個與門逐次向后傳送，形成一個傳送信號的鏈條，稱為菊花鏈。每個中斷源的中斷優(yōu)先級由它們在鏈條中的位置來決定。處于鏈?zhǔn)椎闹袛嘣淳哂凶罡叩膬?yōu)先級，鏈尾中斷源的優(yōu)先級最低。在當(dāng)前申請中斷的

9、中斷源中，只有收到有效信號的中斷源，才有資格打開三態(tài)緩沖器向數(shù)據(jù)總線釋放其中斷矢量。處在鏈條前端的中斷源，可以中斷處于鏈條后端正在進(jìn)行服務(wù)的中斷源。鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊邏輯電路比較簡單，中斷響應(yīng)速度快（只取決于門電路的延遲時間），但隨著中斷源個數(shù)的增加鏈條的長度也隨之增加，中斷源個數(shù)過多時也影響中斷響應(yīng)速度并且電路也顯龐大，此外，調(diào)整中斷源的優(yōu)先級次序也比較麻煩。 編碼器和比較器優(yōu)先級排隊邏輯。具有中斷請求寄存、中斷屏蔽、中斷嵌套、自動對中斷源進(jìn)行編碼并輸出中斷矢量等功能。編碼器和比較器優(yōu)先級排隊邏輯功能齊全、中斷響應(yīng)速度較快，但硬件比較復(fù)雜。 8.6 中斷處理過程一般包括哪些步驟？ 中

10、斷處理過程主要包括中斷申請、中斷響應(yīng)、中斷源識別、中斷服務(wù)和中斷返回等幾個階段。圖8-3示出了中斷處理的一般過程。 8.7 什么是中斷類型號？簡述其作用。 答：中斷類型號（碼）是系統(tǒng)為每個中斷源分配的、唯一標(biāo)識該中斷源的編碼。 當(dāng)一個中斷被CPU所響應(yīng)時，中斷邏輯應(yīng)將該中斷的中斷類型碼（中斷向量）自動送給CPU，CPU根據(jù)該中斷類型號根據(jù)一定方法找到相應(yīng)的該中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址，并將程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。 8.8 什么是中斷響應(yīng)周期？簡述在中斷響應(yīng)周期中CPU和8259A一般需要完成的工作。 答：CPU只有在響應(yīng)外部可屏蔽中斷時，才執(zhí)行2個連續(xù)的中斷響應(yīng)周期

11、，其目的是：第1個中斷響應(yīng)周期，外部中斷邏輯準(zhǔn)備中斷類型碼，此時CPU使數(shù)據(jù)總線AD0-AD7浮空，第2個響應(yīng)周期，CPU通過數(shù)據(jù)總線AD0-AD7接收中斷類型號，得到中斷向量表地址。 8.9 8259A的主要功能是什么？內(nèi)部主要的有哪些寄存器？分別完成什么功能？ 答：Intel8259A是一片可編程中斷控制器集成電路芯片?？删幊淌侵赣脩艨梢杂密浖幊痰霓k法來設(shè)定芯片的工作環(huán)境和工作方式，使之芯片適應(yīng)于各種應(yīng)用需求。一片8259A可以管理8級中斷，多片8259A級聯(lián)可使中斷最大擴展至64級，每一級中斷都可以屏蔽或允許，8259A在中斷響應(yīng)周期，可提供相應(yīng)的中斷類型號，從而迅速轉(zhuǎn)至中斷

12、服務(wù)程序，8259A設(shè)計有多種工作方式，可以通過編程來選擇，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場合。 內(nèi)部寄存器：中斷清求寄存器IRR IRR（Interrupt Request Register）是與外部接口的中斷請求線相連的寄存器，請求中斷處理的外部中斷源通過IR0-IR7向8259A申請中斷，并把中斷請求信號鎖存在中斷請求寄存器中。 中斷屏蔽寄存器IMR IMR（Interrupt Mask Register）是一個8位寄存器，用來設(shè)置中斷請求的屏蔽信息。當(dāng)IMR中第i位被屏蔽時（即IMRi=1），禁止IRi發(fā)出的中斷請求信號。 中斷服務(wù)寄存器 ISR（Interrupt Service Re

13、gister）用于存放當(dāng)前正在進(jìn)行處理的中斷源。ISR的置位是在中斷響應(yīng)周期，由優(yōu)先權(quán)電路（PR）根據(jù)IRR中各申請中斷位的優(yōu)先級別和IMR中屏蔽字的狀態(tài)，選取允許中斷的最高優(yōu)先級請求位，選通到ISR中。當(dāng)中斷處理完畢，ISR的復(fù)位由中斷結(jié)束方式?jīng)Q定。 初始化命令字（ICW1-ICW4）寄存器和操作命令字OCW1-OCW3寄存器。 8.10 簡述8086CPU的中斷結(jié)構(gòu)及中斷處理過程。 答：8086具有強有力的中斷系統(tǒng)，可以處理256種不同的中斷。如果將這些中斷進(jìn)行分類，則可以分為兩大類：外部中斷和內(nèi)部中斷。外部中斷是由外部硬件的請求產(chǎn)生的中斷，所以又稱為硬件中斷。內(nèi)部中斷是由指令

14、的執(zhí)行或者軟件對標(biāo)志寄存器中某個標(biāo)志的設(shè)置產(chǎn)生的中斷，所以又稱為軟件中斷。 8086CPU響應(yīng)中斷的處理過程如圖8-25所示。 從圖中可以看出，對于類別不同的中斷，CPU的響應(yīng)次序是不同的。CPU首先響應(yīng)內(nèi)部中斷，其次是非屏蔽中斷和可屏蔽中斷，最后才響應(yīng)單步中斷。CPU只有在響應(yīng)外部可屏蔽中斷時，才執(zhí)行2個連續(xù)的中斷響應(yīng)周期，其目的是：第1個中斷響應(yīng)周期，外部中斷邏輯準(zhǔn)備中斷類型碼，此時使數(shù)據(jù)總線AD0-AD7浮空，第2個響應(yīng)周期，CPU通過數(shù)據(jù)總線AD0-AD7接收中斷類型號，得到中斷向量表地址。對于其他類別的中斷，由于其類型號是固定的或由指令的操作數(shù)指定，故不經(jīng)過這一步驟。以下步驟和操

15、作是各類中斷共有的： 1．執(zhí)行—個總線寫周期，將標(biāo)志寄存器的內(nèi)容壓入堆棧。 2．保存單步標(biāo)志。將標(biāo)志寄存器中IF標(biāo)志和TF標(biāo)志置0，從而禁止在中斷響應(yīng)過程中其他可屏蔽中斷進(jìn)入，禁止單步中斷。 3．執(zhí)行2個總線寫周期。在這2個寫周期內(nèi)，分別將CS和IP的內(nèi)容壓入堆棧。 4．執(zhí)行一個總線讀周期。在這個周期中，從向量地址的前兩個字節(jié)中讀取中斷處理程序入口地址的偏移量送IP寄存器。 5．執(zhí)行一個總線讀周期。在這個周期中，從向量地址的后兩個字節(jié)中讀中斷處理程序段基址送CS寄存器。 6．以CS：IP的內(nèi)容所決定的地址為入口地址，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。 8.11 8086的中斷源分哪幾類

16、？其優(yōu)先順序如何？ 答：8086具有強有力的中斷系統(tǒng)，可以處理256種不同的中斷。如果將這些中斷進(jìn)行分類，則可以分為兩大類：外部中斷和內(nèi)部中斷。外部中斷是由外部硬件的請求產(chǎn)生的中斷，所以又稱為硬件中斷。內(nèi)部中斷是由指令的執(zhí)行或者軟件對標(biāo)志寄存器中某個標(biāo)志的設(shè)置產(chǎn)生的中斷，所以又稱為軟件中斷。 各類中斷的優(yōu)先級別：內(nèi)部中斷的優(yōu)先級別最高（單步中斷除外），其次是非屏蔽中斷（NMI），單步中斷的優(yōu)先級別最低。 8.12 中斷人口地址表的功能是什么？已知中斷類型碼分別為84H和0FAH，它們的中斷人口在中斷入口地址表的什么位置上？ CPU響應(yīng)任何類型的中斷，都將獲得一個唯

17、一標(biāo)識該中斷源的中斷類型碼（中斷向量），CPU將根據(jù)該類型碼找到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。我們將中斷類型碼和中斷服務(wù)程序入口地址的對應(yīng)關(guān)系稱為中斷向量表。 8086CPU中斷向量表的組織方式是：在內(nèi)存的最前端為256種類型的中斷源建立中斷向量表，依次存放256個中斷源中斷服務(wù)程序的入口地址。每個中斷服務(wù)程序的入口地址占4個字節(jié)，其中2個字節(jié)為其段基地址，另外2個字節(jié)為其段內(nèi)偏移地址。顯然，該中斷向量表占據(jù)內(nèi)存前端00000H-003FFH共1KB的地址空間，如圖8-23所示。值得關(guān)注的是，存儲類型i中斷源中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址正好是該類型號i乘以4，正是這種對應(yīng)

18、關(guān)系，才使得CPU可以根據(jù)中斷類型號得到中斷服務(wù)程序入口地址，從而轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序執(zhí)行中斷處理。 8.13 某一8086CPU系統(tǒng)中，采用一個8259A進(jìn)行中斷管理。設(shè)定8259A工作在普通全嵌套方式．發(fā)送EOI命令結(jié)束中斷，采用邊沿觸發(fā)方式請求中斷，IR0對應(yīng)的中斷向量號為90H。另外，8259A在系統(tǒng)中的I/O地址是0FFDCH（A0=0）和0FFDEH（Ao=1）。請編寫8259A的初始化程序段。 答：MOV AL , 13H MOV DX , 0FFDCH OUT DX , AL INC DX MOV AL , 90H

19、 OUT DX , AL MOV AL , 01H OUT DX , AL 8.14 下段程序讀出的是8259A的哪個寄存器？ MOV AL，0BH OUT 20H，AL NOP IN AL，20H 答：讀出的是ISR的內(nèi)容。 8.15 若在一個系統(tǒng)中有5個中斷源，它們的優(yōu)先排序為：1，2，3，4，5。它們的中斷服務(wù)程序人口地址分別為LOOP1、LOOP2、LOOP3、LOOP4、LOOP5。試編寫一中斷服務(wù)程序，當(dāng)有中斷請求CPU響應(yīng)時，能用軟件查詢辦法轉(zhuǎn)到優(yōu)先權(quán)最高的中斷源。 答：5個中斷源共用一個統(tǒng)一的中斷

20、入口，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，先保護(hù)現(xiàn)場，查詢中斷狀態(tài)，并按1，2，3，4，5的順序依次分別查詢中斷，按先查到先服務(wù)，服務(wù)完成后，恢復(fù)現(xiàn)場，開中斷，返回。 程序略 8.16 某系統(tǒng)中有5個中斷源，它們從中斷控制器8259A的IR3-IR7中以脈沖方式引進(jìn)系統(tǒng)，它們的中斷類型碼分別為4BH，4CH，4DH，4EH和4FH，中斷人口分別為3000:3500H，4000:4080H，5000:4505H，6000:5540H和7000:6000H。允許它們以完全嵌套方式工作，請編寫相應(yīng)的初始化程序，使CPU響應(yīng)任何一級中斷時，能正確地進(jìn)入各自中斷服務(wù)程序入口。 答：CLI

21、 ；關(guān)中斷 CLD ；方向標(biāo)置DF=0，串操作時，地址指針增量修改 MOV AX，0 MOV ES，AX ；給ES賦值0，指向0000H段。 MOV DI，4*4BH ；DI指向存儲4BH號中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址 MOV AX，3500H ；中斷服務(wù)程序偏移值送AX STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]中，DI+2，存入偏移地址 MOV AX，3000H ；中斷服務(wù)程序的段基址送Ax

22、 STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]，DI+2，存入段基地址 MOV DI，4*4CH ；DI指向存儲4CH號中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址 MOV AX，4080H ；中斷服務(wù)程序偏移值送AX STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]中，DI+2，存入偏移地址 MOV AX，4000H ；中斷服務(wù)程序的段基址送Ax STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]，DI+2，存入段基地址 MOV D

23、I，4*4DH ；DI指向存儲4DH號中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址 MOV AX，4505H ；中斷服務(wù)程序偏移值送AX STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]中，DI+2，存入偏移地址 MOV AX，5000H ；中斷服務(wù)程序的段基址送Ax STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]，DI+2，存入段基地址 MOV DI，4*4EH ；DI指向存儲4EH號中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址 MOV AX，5540H ；中

24、斷服務(wù)程序偏移值送AX STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]中，DI+2，存入偏移地址 MOV AX，6000H ；中斷服務(wù)程序的段基址送Ax STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]，DI+2，存入段基地址 MOV DI，4*4FH ；DI指向存儲4FH號中斷服務(wù)程序入口地址的雙字地址 MOV AX，6000H ；中斷服務(wù)程序偏移值送AX STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]中，DI+2，存入

25、偏移地址 MOV AX，7000H ；中斷服務(wù)程序的段基址送Ax STOSW ；AX送ES:[DI][DI+1]，DI+2，存入段基地址 STI ；開中斷 8.17 試編寫出只有一片8259A的8086系統(tǒng)中8259A的初始化程序。8259A的地址為02C0H和02ClH，要求：（1）中斷請求采用電平觸發(fā)。（2）IRQ請求的中斷類型是16。（3）采用緩沖器方式。（4）采用普通的EOI命令。 答：與8.13類似，略 8.18 簡述保護(hù)模式下的中斷調(diào)用過程。 答：當(dāng)CPU響應(yīng)外部中斷請求或執(zhí)行某條指令產(chǎn)生異常時，根據(jù)中斷或異常的類型號n，從中斷描述符表IDT中找到相應(yīng)的中斷門，由中斷描述符中的段選擇符指向全局描述符表GDT或局部描述符表LDT中的目標(biāo)段描述符，此目標(biāo)段描述符內(nèi)的段基址指向中斷服務(wù)程序代碼段的32位基地址，由該基地址與中斷描述符中的偏移量之和形成中斷服務(wù)程序的入口。