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浅谈可编程中断控制器

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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

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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（SystemProgrammer）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，