第8章输入输出程序设计

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1、第8章 输入输出程序设计,8.1 I/O设备的数据传送方式 8.2 程序直接控制I/O方式 8.3 中断传送方式,1. CPU与外设,（1）外部设备通过接口或控制器和CPU相连接，CPU通过输入输出指令IN，OUT与外部设备交换信息。交换的信息包括控制、状态和数据三种信息。 （2）控制信息输出到I/O接口，通知接口和设备要做什么动作。 （3）状态信息从I/O口输入到CPU，表示I/O设备当前所处的状。 （4）数据信息是I/O设备和CPU真正要交换的信息。,8.1 I/O设备的数据传送方式,2. 直接存储器存取（DMA）方式,（1）DMA方式能使I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传输 （2

2、）DMA方式主要用于一些高速的I/O设备，这些设备传输字节或字的速率非常快，对于这类设备，如果I/O指令的方式或者一次次中断的方式来传输字节，将会造成数据的丢失。 （3）DMA控制器一般包括四个寄存器：控制寄存器、状态寄存器、地址寄存器和字节计数器。,（4）DMA传送的步骤 DMA控制器向CPU发出HOLD信号，请求使用总线。 CPU发出响应HOLD信号给DMA控制器，并将总线让出，这时CPU放弃对总线的控制，而DMA控制器获得了总线控制权。 传输数据的存储器地址（在地址寄存器中），通过地址总线。 传输的数据字节通过数据总线进行传送。 地址寄存器增1，以指向下一个要传送的字节。 字节计数器加1

3、。如果字节计数器非0，转向第3步。 否则，DMA控制器撤销总线请求信号HOLD，传送结束。,8.2程序直接控制I/O方式 1、I/O端口 （1）I/O接口是将外设连接到系统总线上的一组逻辑电路的总称。每个接口部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器为 I/O端口。每个端口有一个端口地址。 （2）I/O接口中一般有三种寄存器：数据寄存器、状态寄存器、命令寄存器。 （3）I/O端口单独编址I/O地址空间独立于存储地址空间。8088/8086的端口有64K个，无需分段，设计有两种寻址方式 直接寻址：只用于寻址00H FFH前256个端口，操作数i8表示端口号 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口，DX

4、寄存器的值就是端口号。,2、I/O指令 输入指令 IN AL,i8 ;字节输入，直接寻址 IN AL,DX ;字节输入，间接寻址 IN AX,i8 ;字输入，直接寻址 IN AX,DX ;字输入，间接寻址 输出指令 OUT i8,AL ;字节输出，直接寻址 OUT DX,AL ;字节输出，间接寻址 OUT i8,AL ;字输出，直接寻址 OUT DX,AL ;字输出，间接寻址,例：从一个数据寄存器输入数据或从状态寄存器输入接口 和外设的状态。 IN AX,28H MOV DATA_WOARD,AX 把一个字从端口地址0028和0029传送到存储器。 例：测试状态寄存器（端口地址为27H）的第2

5、位是否为1 ，若为1，则转移ERROR进行处理。 IN AL,27H TEST AL,00000100B JNZ ERROR 例：某接口的命令寄存器（端口地址为126H）的低7位控制程组数据传送。 MOV DX,126H IN AL,DX OR AL,80H OUT DX,AL,3、I/O程序举例 发生子程序SOUND 程序通过I/O指令使设备控制寄存器（I/O端口地址为61H）的第1 位交替为0和1，而端口61H的第1位和扬声器的脉冲门相连，当第1 位由0变为1，延迟一会又由1变为0时，脉冲门就先打开后关闭， 产生了一个脉冲电流。这个脉冲电流被放大后送到扬声器使之发出 声音。,Sound:

6、proc near push ax push dx mov dx,cx in al,61h and al,11111100b trig: xor al, 2 out 61h, al mov cx, 140h wait1: loop wait1 dec dx jne sound pop dx pop ax ret Sound endp,轮流查询几种I/O设备： DEV1: IN AL, STAT1 TEST AL, STAT1_BIT JZ DEV2 CALL FAR PTR PROC1 DEV2: IN AL, STAT2 TEST AL, STAT2_BIT JZ DEV3 CALL FAR

7、 PTR PROC2 DEV3: IN AL, STAT3 TEST AL, STAT3_BIT JZ DEV1 CALL FAR PTR PROC3,优：程序安排或修改 设备的优先次序。 缺：查询等待浪费CPU大量有效时间。,8.3中断传送方式 1、中断概念 中断是CPU和外部设备进行I/O的有效方法，它避免因反 复查询外部状态而浪费时间，提高了CPU的效率。 中断是一种使CPU终止正在执行的程序而转去处理特殊事 件的操作。引起中断的事件称为中断源。,80x86中断源,2、8086的中断分类 （1）软件中断 软件中断又称为内中断，由三种情况引起： 由中断指令INT引起 由于CPU的某些错误而

8、引起。 为调试程序(DEBUG)设置的中断。,1）中断指令INT引起的内中断 在执行中断调用指令INT n时产生的一个向量号为n（0 255） 的内部中断，称为指令中断。INT指令可以指定00FFH中的任何 类型号。 例： INT 12H 当CPU执行该指令时，立即产生一个中断，并从中断向量表的 00000:00048H开始的四个字节单元中取出段地址和偏移地址；然 后转去执行相应的中断处理程序。 2）处理CPU某些错误的中断 除法错中断，类型号为0 在执行除法指令时，若除数为0或商超过了寄存器所能表达的范围， 则产生一个向量号为0的内部中断，称为除法错中断。,例： mov bl,0 idiv

9、bl ；除数BL0，产生除法错中断 mov ax,200h mov bl,1 div bl ；商200H，不能用AL表达 ；产生除法错中断 溢出中断 在执行溢出中断指令INTO时，若溢出标志OF为1，则产生一个向量 号为4的内部中断，被称为溢出中断 例如： mov ax,2000h add ax, 7000h ；2000H7000H9000H，溢出：OF1 into ；因为OF1，所以产生溢出中断,3）为调试程序（DEBUG）设置的中断 单步中断 若单步中断TF为1，则在每条指令执行结束后产生一个向量号为1 的内部中断，称为单步中断。 产生中断时CPU同样自动的将FLAGS，CS和IP的内容保

10、存如堆栈， 然后清除TF和IF，于是，当进入单步中断处理子程序后，就不是 处于单步方式了，将按照正常的方式运行中断处理程序。单步处理 程序结束，原来的FLAGS从堆栈中取回，又把CPU重新设置为单步 方式。 断点中断 8086/8088系统中有一条专用于设置断点的指令，其操作码为 单字节0CCH（助记符 INT 3）。 CPU执行该指令产生一个中断 类型码为3的中断。,（2）硬件中断 硬件中断来自处理器的外部，以完全随机的方式中断现行 程序而转向另一程序。又称外部中断。 硬件中断主要有两个来源： 非可屏蔽中断（NMI） 可屏蔽中断（INTR）,1）非可屏蔽中断（NMI） 中断类型号为2，CPU

11、不能通过IF位来禁止，当NMI引脚 有中断请求，那么CPU总会响应。非可屏蔽中断一般用于 紧急的意外处理，如电源断电等。 2）可屏蔽中断（INTR） 外部设备通过8259中断控制器和CPU的INTR引脚相连， 可编程中断控制器可接收来自外设的中断请求信号，并把 中断源的中断类型号送CPU，若CPU响应中断请求，则自 动转入相应的中断处理程序。 外设发出的中断请求得到相应需两个条件 8259的中断屏蔽寄存器（IMR）端口地址（21H）相应位是否被屏蔽 标志寄存器（FLAGS）中的中断允许位是否为1,3、中断向量表 每种中断都给安排一个中断类型号。80x86中断系统能处理256种 类型的中断，类型

12、号为00H0FFH。每种中断类型的中断都由相应 的中断处理程序。如图8.5 （1）中断向量：实际上就是中断处理子程序的入口地址，每个中断类型对应一个中断向量。 （2） 8086的中断系统是以位于内存0段的03FFH区域存放中断向量，中断向量表中最多可以容纳256个中断向量。 （3）中断向量表就是各类型中断处理程序的入口地址表。 （4）中断向量并不是任意存放的。一个中断向量占4个存储单元，其中，前2个单元存放中断处理子程序入口地址的偏移量（IP），低位在前，高位在后，后2个单元存放中断处理子程序入口地址的段地址（CS），同样也是低位在前、高位在后。按照中断类型的序号，对应的中断向量在内存的0段0

13、单元开始有规则地进行排列。,图8.5 中断向量表,例：BIOS中断INT 4AH中断操作 取中断类型号； 计算中断向量地址； 取中断向量，偏移地址送IP，段地址送CS； 转入中断处理程序； 中断返回到INT指令的下一条指令； 向量地址=4AH*4=128H (128H)=1806H,(12AH)=F000H 则：IP=1806H,CS=F000H 那么程序转去CS:IP=F000:1806H去执行,图8.6 中断操作步骤,（4）编写指令为中断类型N设置中断向量 MOV AX,0 MOV ES,AX MOV BX,N*4 MOV AX,OFFSET INTHAND MOV ES:WORD PTR

14、BX,AX MOV AX,SEG INTHAND MOV ES:WORD PTRBX+2,AX,（5）设置中断向量和取中断向量 设置中断向量：把AL指定的中断类型的中断向量DS:DX 放在中断向量表中 预置： AH=25H AL=中断类型号 DS:DX=中断向量 执行：INT 21H 取中断向量：把指定的中断类型的中断向量从中断向量表 中取到ES:BX中 预置： AH=35H AL=中断类型号 执行：INT 21H 返回时送DS:BX=中断向量,4、中断过程 当发生中断时，中断机构自动完成下列工作 取中断类型号N 标志寄存器（FLAGS）内容入栈 当前代码段（CS）内容入栈 当前指令计数器（I

15、P）内容入栈 禁止硬件中断和单步中断（IF=0，TF=0） 从中断向量表中取4*N的字内容送IP，取4*N+2的字内容送CS 转中断处理程序。,图8.7 中断过程,5、中断处理程序 （1）中断响应主程序准备工作及硬件自动完成的动作。 主程序： 设置中断向量 设置设备的中断屏蔽位 设置CPU的中断允许位IF（开中断） 硬件自动完成： 外设接口送中断请求给CPU 当前指令执行完后，CPU送响应信号给外设 CPU接收中断类型号 当前的FLAGS，CS和IP保存入栈 清除IF和TF 中断向量送IP和CS,说明： 设备发送到CPU的中断请求信号是随机的 CPU正在执行一条指令，那么要等指令执行完后，才响

16、应中断。 对加封锁的指令（LOCK MOV AX,BX）应看做一个整体处理 对于串处理指令（REP MOVSB）不是全部重复执行完，而是执行一次重复和串指令即可响应中断 对MOV和POP指令，如果处理对象是段寄存器，那么本条指令执行完后，接着再执行一条指令才响应中断。 对开中断指令STI和中断返回指令RETI，执行完后，在执行一条指令才响应中断。,（2）中断处理程序的编写方法 保存寄存器内容； 如允许中断嵌套，则开中断（STI）； 处理中断； 关中断（CLI）； 送中断结束命令（EOI）给中断命令寄存器； 恢复寄存器内容； 返回被中断的程序。,中断实例（1）,例：在系统定时器（中断类型为8）的中断处理程序中，有一条中断指令INT 1CH ，时钟中断每发生一次（约每秒中断18.2次），都要调用一次中断类型1CH的处理程序。在ROM BIOS中，1CH的处理程序只有一条IRET指令，实际上它并没有做任何工作，只是为用户提供了一个中断类型号。如果用户有某种定时周期性的工作需要完成，就可利用系统定时器的中断间隔，用自己设计的处理程序来代替原有的1C