《[幼儿教育]第6章 输入输出和中断技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[幼儿教育]第6章 输入输出和中断技术（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 输入输出及中断技术,主要内容,输入输出系统的基本概念 I/O接口和端口 端口的编址方式 简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程 中断控制器8259,返回,I/O系统的概念和特点 接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码,返回,一、输入输出系统概述,了解和掌握：,1、输入输出系统的组成及特点,组成： I/O设备， I/O接口， I/O软件 特点： 复杂性 实时性 异步性 与设备无关性,返回,2、I/O接口和端口,I/O接口： 将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。 I/O端口： 接口中的寄存器,返回,(1)I/
2、O接口要解决的问题,速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门),返回,(2)I/O接口的功能,I/O地址译码与设备的选择 数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理,返回,(3)I/O端口,数据端口 状态端口 控制端口(命令端口),返回,CPU,数据,状态,控制,外设,I/O接口,DB,3、I/O端口的编址方式,8086/8088的寻址能力： (1)内存：1MB (2)端口：64KB 编址方式： (1)与
3、内存统一编址 (2)独立编址,返回,(1)端口与内存的统一编址,优点： 指令及控制信号统一 可用访问内存的方法访问I/O端口 缺点： 内存地址资源减少 不易区分当前是对内存操作还是对外设进行操作,内存 地址 960KB,I/O地址 64KB,00000H,F0000H,FFFFFH,返回,(2)端口的独立编址,优点： 内存地址资源充分利用 I/O端口的地址空间与内存地址空间完全独立 缺点： 能够应用于端口的指令较少,内存 地址,I/O 地址,00000H,FFFFFH,FFFFH,0000H,返回,端口的寻址,8088/8086寻址端口数： 64KB 寻址端口的信号： IOR、IOW A15
4、A0,返回,8088/8086的I/O端口编址,采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0000HFFFFH,返回,4、I/O地址的译码,目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： (1)IOR，IOW，高位地址信号 (2)OUT指令将使总线的IOW信号有效 (3)IN指令将使总线的IOR信号有效 方法： (1)基本逻辑门电路 (2)译码器,返回,I/O译码的地址信号,当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该
5、端口； 当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。,返回,I/O地址译码例题,返回,某外设接口有4个端口，地址为2F0H2F3H，由A15A2译码得到，而A1、A0用来区分接口中的4个端口。试画该接口与系统的连接图。,(1)写出地址范围,地址范围： 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1,任意状态,A11,片内地址,图中不接入,返回,(2)画出译码电路图：,1,A11,A10,A8,A3,A2,A9,A7,A4,&,A1,A0,接口芯片,返回,了解和掌握：,接口电路的分类及特
6、点 两类简单接口芯片的应用,返回,二、简单接口电路,1、接口的基本构成,返回,(1)接口的基本构成,数据输入/输出寄存器 暂存输入/输出的数据 命令寄存器 存放控制命令设定接口功能、工作参数和工作方式。 状态寄存器 保存外设当前状态，以供CPU读取。,返回,(2)接口的分类,按传输信息的方向分类：(1)输入接口(2)输出接口 按传输信息的类型分类：(1)数字接口(2)模拟接口 按传输信息的方式分类：(1)并行接口(2)串行接口,返回,输入接口：(1)要求对数据具有控制能力(2)常用三态门实现 输出接口：(1)要求对数据具有锁存能力(2)常用锁存器实现,返回,(3)接口的特点,2、三态门接口,三
7、个状态：高电平、低电平、高阻态,返回,(1)三态门的工作波形,返回,(2)三态门典型芯片74LS244,返回,除用作输入接口外，还可用作单向信号驱动器！,含8个三态门的集成电路芯片 两个控制端，各控制4个三态门 控制端低电平有效，三态门导通,返回,(3)三态门典型芯片74LS245,除用作输入接口外，还可用作双向信号驱动器 DIR作为驱动方向控制端(DIR=0，B到A，DIR=1，相反),返回,(4)三态门接口应用例题,编写程序判断下图中的开关状态，如果所有的开关都闭合，则程序转向标号为NEXT1的程序段执行，否则转向标号为NEXT2的程序段执行。,返回,返回,程序段如下： MOV DX,83
8、FCH IN AL,DX AND AL,0FFH JZ NEXT1 JMP NEXT2,地址线A0和A1未参加译码，因此所占用的地址为83FCH83FFH，可用其中任何一个地址，其他重叠的3个地址空着不用，同时，开关闭合时输入为低电平。,返回,3、锁存器接口,由D触发器构成 通常一个器件包含8个D触发器 特点： 具有对数据的锁存能力 不具备对数据的控制能力,返回,(1)常用锁存器芯片,74LS273-8D触发器，不具备数据的控制能力 74LS373-含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力 74LS374-含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力,返回,D1D8：数据输入端 Q1Q8：数据输出
9、端 CLK：触发端，上升沿触发 /CLR：复位端，低电平有效时，数据输出端全部输出数据0,74LS273引线图和真值表,返回,74LS273,74LS373,返回,D0D7：数据输入端 Q0Q7：数据输出端 /OE：输出使能端，低电平有效 /LE：锁存允许端，高电平时，输出随输入改变低电平时，锁存数据,74LS273引线图和真值表,74LS374,D0D7：数据输入端 O0O7：数据输出端 /OE：输出使能端，低电平有效 CP：时钟信号，上升沿有效,74LS374引线图和真值表,返回,4、I/O接口综合应用例题,根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址
10、为F1H 当开关的状态分别为00001111时，在7段数码管上对应显示0F(即：开关状态为0000时，数码管显示0),返回,O1 I1 O2 I2 O3 I3 O4 I4 E1,K0K3,+5V,GG2AG2BCBA,1,74LS244,D0 Q0| Q1 D7 Q2Q3Q4 CP Q5 Q6Q7,a b c d e f g DP,7406,反相器,74LS273,Rx8,1,74LS138,D0D7,IOW,IOR,Y0,Y1,F0H = 1111 0000 F1H = 1111 0001,&,A6A4,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,D3,译码器,A7,A0,1,返回,返回,三、
11、基本输入/输出方法,无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取(DMA),程序控制方式,返回,1、无条件传送方式,要求外设总是处于准备好状态 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 以下外设可采用无条件传送方式： (1)开关 (2)发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等) (3)继电器 (4)步进电机,返回,程序代码 MOV DX,0FFF7H IN AL,DX TEST AL,01 JZ .,D0 = 0 K闭合 D0 = 1 K打开,无条件输入-例题,返回,程序代码 MOV AL，81H MOV DX，0FF00H OUT DX，AL,无条件输出-例题
12、,返回,2、查询工作方式,CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态“你准备好没有？”,仅当外设准备好时才能进行数据传送 每满足一次条件只能进行一次数据传送 适用场合： (1)外设并不总是准备好 (2)对传送速率和效率要求不高 工作条件： (1)外设应提供设备状态信息 (2)接口应具备状态端口,返回,优点：软硬件比较简单 缺点：(1)CPU效率低(2)数据传送的实时性差，速度较慢,返回,(1)查询传送方式优缺点,(2)查询传送输入输出过程流程图,返回,READY?,进行一次 数据交换,读入并测试外设状态,Y,N,传送完？,Y,结 束,N,开 始,每满足一次条件只能进行一次数据传送,返回,超时?,
13、READY?,与外设进 行数据交换,超时错,读入并测试外设状态,Y,N,Y,N,传送完？,防止死循环,复位计时器,N,Y,结 束,N,返回,单一外设和多个外设查询流程图见书p244。,(3)查询工作方式例题,外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并将DATA下100个数据输出。,返回,D5,D7-D0,A9 | A3,1,&,A15 | A10,1,IOW,D7-D0,3F8H,外设,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,BUSY,CP,
14、Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0,状态端口,GG2A G2BC B A,A2 A1 A0,74LS138,Y0,1,IOR,Y3,OE,74LS374,3FBH,返回,LEA SI,DATAMOV CX,100 AGAIN: MOV DX,03FBH WAITT: IN AL,DXTEST AL,20HJNZ WAITTMOV DX,03F8HMOV AL，SIOUT DX，ALINC SILOOP AGAINHLT,读状态,进行一次传送,Bit5=1?,传送完否?,修改地址指针,初始化,Y,N,N,Y,结 束,返回,3、中断控制方式,特点：外设在需要时向CPU提出请求，CPU再
15、去 为它服务。服务结束后或在外设不需要时， CPU可执行自己的程序。 优点： CPU效率高，实时性好，速度快。 缺点： 程序编制相对较为复杂,返回,以上三种I/O方式的共性,信息的传送均需通过CPU 软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式） 硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度,返回,4、DMA(直接存储器存取)控制方式,特点： 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。,返回,优点： 数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率。,
