论文导读：引言：假如我们现在需要从磁盘上读入十个字节需要10秒钟，利用传统的顺序执行时，在这10秒钟之内CPU就无所事事，不得不等待磁盘慢慢读入这十个字节，但如果在这10秒钟之内，CPU转去运行其它的程序，不就可以防止浪费CPU的时间吗？于是我们想到了引入了中断控制器以提高CPU利用率。计算机上挂接着许多外部设备，比如键盘、磁盘驱动器、鼠标、声卡……等等，而这些设备都可能在同一时刻向CPU发出中断信号，那么CPU到底应当响应哪一个设备的中断信号呢？这都通过另外一个芯片来控制，在PC机中，这个芯片常常被称作：可编程中断控制器（PIC）8259A。
关键词：中断，可编程芯片，8259A
引言：假如我们现在需要从磁盘上读入十个字节需要10秒钟，利用传统的顺序执行时，在这10秒钟之内CPU就无所事事，不得不等待磁盘慢慢读入这十个字节，但如果在这10秒钟之内，CPU转去运行其它的程序，不就可以防止浪费CPU的时间吗？于是我们想到了引入了中断控制器以提高CPU利用率。
一、中断概述
中断就是外部设备或程序同CPU通信的一种方式。CPU在接收到中断信号时，会中断正在运行的程序，转到对中断的处理上，而这个对中断的处理程序常常称为中断服务程序，当中断服务程序处理完后，CPU再返回到原先被中断的程序上继续执行。
中断可以分为两大类：硬件中断和软件中断。硬件中断是同多外部的硬件产生的，所以也常常不把硬件中断称为外部中断。硬件中断又分为两类：非屏蔽中断和可屏蔽中断。分别通过CPU的NMI引脚和INTR引脚引入。软件中断是CPU根据某条指令或者软件对标志寄存器中某个标志的设置而产生的，完全和硬件电路无关。
二、认识中断号及8259A芯片
计算机上挂接着许多外部设备，比如键盘、磁盘驱动器、鼠标、声卡……等等，而这些设备都可能在同一时刻向CPU发出中断信号，那么CPU到底应当响应哪一个设备的中断信号呢？这都通过另外一个芯片来控制，在PC机中，这个芯片常常被称作：可编程中断控制器（PIC）8259A。
一个8259A芯片有8根中断请求（IRQ）信号线：IRQ0~IRQ7。免费论文。每个外部设备使用一根或多个外部设备共用一根中断信号线，它们通过IRQ发送中断请求，8259A芯片接到中断请求后对中断进行优先级选定，然后对多个中断中具有最高优先级的中断进行处理，将其所对应的中断向量送上通往CPU的数据线，并通知CPU有中断到来。免费论文。
对于CPU来说中断就是中断，只有一种，无论是由外部硬件触发的还是由运行的软件本身触发的，中断处理的过程都是一样的：中断现行程序，转到中断服务程序处执行，回到被中断的程序继续执行。CPU对于其它的模块只提供了一种接口，即是 256个中断处理向量，也称为中断号。由这些中断控制器自行去使用这256个中断号中的一个与CPU进行交互。中断号是由中断服务程序一一对应的。免费论文。一个中断号就是一个中断服务程序，8259A将中断号通知CPU后，它的任务就完成了，使用此中断号去调用什么程序由CPU支配。
三、8259A的内部中断处理流程
下面从一个系统程序员（System Programmer）的角度来看8259A的内部结构。
首先，一个外部中断请求信号通过中断请求线IRQ，传输到IMR（中断屏蔽寄存器），IMR根据所设定的中断屏蔽字，决定是将其丢弃还是接受。如果可以接受，则8259A将IRR中代表此IRQ的位置位，以表示此IRQ有中断请求信号，并同时向CPU的INTR（中断请求）引脚发送一个信号，但CPU这时可能正在执行一条指令，因此CPU不会立即响应，而在CPU正忙着执行某条指令时，还有可能有其余的IRQ线送来中断请求，这些请求都会接受IMR的挑选，如果没有被屏蔽，那么这些请求也会被放到IRR中，也即IRR中代表它们的IRQ的相应位会被置1。
当CPU执行完一条指令时后，会检查一下INTR引脚是否有中断请求信号，如果发现有中断请求信号，就会转到中断服务，此时，CPU会立即向8259A芯片的INTA（中断应答）引脚发送一个信号。当芯片收到此信号后，判优部件开始工作，它在IRR中，挑选优选级最高的中断，将中断请求送到ISR，并将IRR中相应位置零，表明此中断正在接受CPU的处理。
内容看起来仿佛十分复杂，但我们可以用一个很简单的比喻来解释。CPU就相当于一个学校的校长，而8259A芯片就相当于这个校长的秘书，现在有很多人想见校长，但校长正在打电话，于是交由秘书先行接待。每个想见校长的人都需要把自己的名片高端控制器，交给秘书，秘书首先看看名片，有没有校长明确表示不愿见到的人，如果没有就把它放到一个盒子里面，这时校长的电话还没打完，但不停的有人递上名片求见校长，秘书就把符合要求的名片全放在盒子里了。这时，校长打完电话了，探出头来问秘书：有人想见我吗？这时，秘书就从盒子里挑选一个级别最高的（8259A芯片中存在优先权判定），并把它的名片交给校长。
当芯片把中断号送上通往CPU的数据线后，就会检测，ICW4中的EOI是否被置位。如果EOI被置位表示自动结束，则芯片会自动将ISR中的相应位清零。如果EOI没有被置位，则需要中断处理程序向芯片发送EOI消息，芯片收到EOI消息后才会将ISR中的相应位清零。
四、结语
使用中断控制器在同步操作时不仅可以实现CPU和外设之问的并行工作，而且CPU可命令多个外设同时工作，这大大提高CPU的利用率，加快了输出的速度。同时，实时处理时可以及时处理随机输入到微型计算机的各种参数和信息，使微型计算机具备实时处理与控制的能力。最重要的是在做故障处理时CPU可以就根据故障源发出的中断请求，立即去执行相应的故障处理程序，自行处理故障而不必停机，提高了微型计算机工作的可靠性。
参考文献：
[1]李大友.微型计算机接口技术[M] .北京：清华大学出版社，2000年.
[2]周明德.微型计算机系统原理及应用[M].北京：清华大学出版社，1996年.
[3]戴梅萼 史嘉权.微型计算机技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2008年.
|
