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1、第八章 输入和输出程序设计,一、概述 二、输入输出的寻址方式 三、CPU与外设数据传送的方式 1. 程序直接控制方式 无条件传送方式 查询传送方式 2. 中断传送方式 3. 直接数据通道传送（DMA),计算机在使用中，不可避免地要与外部设备打交道，输入和输出一些信息（控制、状态和数据）。,输入通过键盘、纸带读入机、卡片输入机、扫描仪、 A/D（模/数）转换等； 输出显示器、打印机、D/A（数/模）转换等。 另外，在微机中，软、硬盘也作为输入输出设备。 由于 输入的信息的数据形式不同 （数字量、模拟量、开关量等）； 输入信息的速度不同 （键盘输入、磁盘输入）； 所以，在CPU与外设进行数据传输时
2、，需要通过 接口电路来实现。,CPU,接口 电路,I/O 设备,一、概述,CPU与外设之间的接口信息 CPU与一个外设交换信息，通常需要以下一些信号： 1. 数据（Data) 数字量键盘等输入的数据； 模拟量如温度、压力、流量等； （ 需先经过A/D转换，将其变为数字量，由CPU处理后，再经过D/A 转 换，变为模拟量，进行控制），这部分工作有接口电路来完成。 开关量如开关的合与断等。 数据信息可以是串行的或并行的，相应采用不同的接口。 不同的I/O设备要求传送的数据类型不同，如向显示器需传送ASCII码等。 2. 状态信息（Status） 输入时， 输入设备的信息是否准备好(READY)；
3、输出时，输出设备是否有空(BUSY)等。 3. 控制信息（Control） 控制输入输出设备的行为，如启动和停止等。,CPU,接口 电路,I/O 设备,数据,状态,控制,数据,状态,控制,为了将数据、状态、控制信息区分开，在接口电路中，设有不同的端口， 如数据端口、状态端口、控制端口，以接收、存放、输出不同的信息。,端口1,端口2,端口4,端口3,端口用于存放信息的 8位或16位锁存器， 缓冲器等。 在PC机中通常为8位,二、输入输出的寻址方式 CPU 寻址外设有两种方式，不同的CPU系统采用不同的寻址方式： 将存储器与外设端口统一编址 将外设接口电路的一个端口作为存储器的一个单元。,65 F
4、3 02 00 24 E0,内存与外设,内存,外设,优点：不需要专门的输入输出指令，可用全部 的存储器操作指令。（指令多且灵活） 如：mov kou1,bx 缺点：外设占用内存单元，相对减少了内存容量。,Kou1,02 6D,00000 00001,EFFFF F0000,F0001 F0002,FFFFF,2. 外设端口单独编址 优点：不占用内存 缺点：CPU需设专门的I/O指令。 I/O 指令： 若端口地址在 0FFH 范围内，则用： IN AL，端口地址 （输入） OUT 端口地址 ，AL （输出） 如： IN AL, KOU1 OUT KOU2, AL 若端口地址在 0100FFFFH
5、 范围内，则用： MOV DX, 端口地址 IN AL, DX OUT DX, AL 如： MOV DX, KOU100 IN AL, DX,65 F3 02 00,外设,0000,00FF,FFFF,0100,KOU1,KOU2,KOU3,11 22 33 44,KOU100,KOU101,可寻址28=256个端口,可寻址216=64K个端口,11 32 32 01,内存,00000,FFFFF,1. IBM PC/XT I/O 端口地址分配图,0000 001F,0020 003F,0040 005F,0060 007F,0080 009F,00A0 00BF,0080 01FF,32字节
6、,320字节,32字节,32字节,32字节,32字节,32字节,0000000F,8237A5 DMA控制器,0020003F,8259A 中断控制器,0040005F,8253A5 可编程中断计时器,00600063,8255A5 并行接口芯片(PPI),00800083,DMA 页面寄存器,00A000BF,NMI 屏蔽寄存器,附：,0200,0200020F,游戏控制口,02100217,扩展部件,021802F7,未用,02F802FF,异步通信卡（第二个）,0320032F,硬盘适配器,03300377,并行打印机,未用,0300031F,实验卡,0380038F,039003AF,
7、03B003BF,03C003CF,03D003DF,03E003EF,03F003F7,03F803FF,03FF,0378037F,SPLC通信,未用,单色显示器 / 打印机,未用,未用,彩色/ 图形显示卡,软盘适配器,异步通信卡（第一个）,OUT 43H, AL,IN AL, 20H,三、CPU与外设数据传送的方式,CPU与外设数据传送的方式有三种： 1. 程序直接控制方式（IN、OUT指令） 无条件传送方式 查询传送方式 2. 中断传送方式 3. 直接数据通道传送（DMA),1. 程序直接控制方式 (P283) 无条件传送方式 无条件传送方式又称同步方式，即CPU的动作必须与外设同步，
8、否则，传送数据出错。,传送流程演示,发声的例子,code segment main proc far assume cs:code,ds:code org 100h start: push ds xor ax,ax push ax mov ax,code mov ds,ax mov dx,100 in al,61h and al,11111100b sound: xor al,2 out 61h,al,mov cx,60h loop2: mov bx,cx mov cx,7fffh loop1: loop loop1 mov cx,bx loop loop2 dec dx jne sound
9、ret main endp code ends end start,例2：监测驱动器个数,查询传送方式 在传送前，查询一下外设的状态，当外设准备好了以后才传送，否则，等待。,传送流程演示,例子：见书上p287,2. 中断传送方式,由于CPU都是由高速的电子器件组成的，而外设大多是机电类型的产品，二者的工作速度不能比拟。在外设从启动到完成一个I0操作所需的时间内，CPU可以执行几百到几干条指令。但在查询传送状态。外设在进行IO操作时，CPU并未进行其它的工作而是处于长时间反复查询的等待状态，等待IO设备完成前一次操作，回到准备好或不忙状态后，CPU才控制外设开始下一次操作。由此可见，在查询传送方
10、式中。CPU与外设串行工作，这对CPU来说当然是一极大的浪费、而且计算机速度越高，这种与外设低速度的矛盾就越突出。为了提高CPU的工作效率，现代计算机都引入了中断机构，让CPU以中断方式控制外设的工作。 中断传送方式最大的特点是CPU与外设并行工作，即CPU启动外设之后，不再等待外设工作的完成，而是执行另一个程序。当外设完成一次操作后，就向CPU发出中断申请，这时，CPU就暂停现行程序的执行而转去用很少的时间控制外设开始下一次IO操作。然后CPU又恢复执行原来被中断的程序。这样，既提高了CPU的利用率，又可以使多台外部设备与CPU并行工作。,中断,1。概念： 当系统内部发生某一事件时，CPU暂
11、时中断现行程序的运行，而自动转去执行处理该事件的子程序；当处理结束后CPU又返回到被中断程序的断点处继续往下执行。,中断实际上是CPU所具有的能打断当前执行的程序，转而为临时出现的事件服务，事后又能自动恢复执行原来程序的一种功能。 实现这种功能的软、硬件装置称中断系统。 中断源 能引发中断事件的设备或过程,中断传送方式示意,传送流程演示,中断控制器8259A,2。中断源及其优先级别,外部中断源：来自CPU的外部 内部中断源：来自CPU的内部(不需要外部设备支持，不受IF控制） 中断优先级别：高低 除法错-INTO-INT n-NMI-INTR-单步,电源掉电 内存存取错 总线奇偶校验错,外设的
12、请求 CPU 在开中的情况 下响应（IF=1) 关中不响应 （IF=0),中断源,外部中断 内部中断,不可屏蔽中断 NMI 可屏蔽中断 INR 除法出错 0 中断 溢出中断 INTO(4) 软中断 INT n 单步中断 TF=1(1),硬中断,软中断,非屏蔽中断类型号2,不能被禁止,不可屏蔽中断,可屏蔽中断,IF,3.中断向量表 中断矢量表是中断类型码与对应的中断处理程序之间的连接表。IBMPc的中断矢量表用主存中从0H到3FFH共1K个字节的存储空间。表中内容分为256项，对应于中断类型号0一255。每一项占四个字节，用来存放中断处理子程序的入口地址信息，高地址的两字节用来存放中断处理子程序
13、所在段的段首址，低地址的两字节用来存放中断处理子程序入口处在段内的偏移地址。 4 。 软中断及有关的中断指令 软中断靠程序中的软中断指令实现，又称它为程序自中断 软中断指令的语句格式为：INT n 其中，n为类型码，取值范围为0255。 功能： (FLAGS) (SP) 0 IF、TF (CS) (SP) (4* n+2) CS (IP) (SP) (4* n) IP 中断返回指令 IRET,INT n 与CALL的比较 都是调用某一程序段 INT n 调用比CALL调用多压一个字进栈（PSW),0000H 0004H 0008H . . . 03FCH 03FFH,IP CS,类型0中断处理
14、 程序入口地址,类型1中断处理 程序入口地址,类型2中断处理 程序入口地址,类型255中断处理 程序入口地址,中断向量表,假定用空闲的中断类型号45H作为新增加的软中断类型号，其功能是将AX中的16位无符号二进制数以四位十六进制形式在显示器输出。其入口参数、出口参数如下： 入口参数：Ax中是待显示的无符号：二进制数； 出口参数：对应的十六进制数已在显示器输出。 假定45H号中断处理子程序名为INTR45，放在文件ITR45ASM中。设置中断向量表且执行45H软中断指令的主程序名为T-INT45，在文件T-INT45ASM中。,例子,5.如何设计一个软中断程序？ (1)根据新增加的软中断指令的入
15、口、出口参数及功能编制中 断处理子程序。(子程序如何设计？） (2)查看中断矢量表，找出一个空闲的中断类型号，假定为N。 (3)将新编制的中断处理子程序的入口地址送入中断向量表4*N 4* N+3共四个字节。 设置中断向量的与取中断向量指令 设置： 取： （AH)=25H （AH)=35 (AL)=中断类型号 (AL)=中断类型号 （DS:DX)=中断向量 INT 21H INT 21H (ES:BX)= 返回的中断向量,3. 直接存储器存取（DMA）方式 （P282）,传送流程演示,DMA传送方式主要由硬件DMA控制器来实现。,DMA传送方式也叫成组数据传送方式，适用于高速I/O设备，采用该方法可使I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。,DMA传送方式的接口电路,HLDA,发存储器地址,传送数据,传送结束？,DMA结束,修改地址 指针,DMA控制器(Intel
