计算机硬件教程第6章

1第6章输入输出和中断技术26.接口计计算算机机外外部部设设备备种种类类较较多多：有有机机械械的的、电电子子的的、机机电电和和磁磁电电相相结结合合的的，如如键键盘盘、磁磁盘盘、打打印印机、显示器等；机、显示器等；外设的信号种类：数字量、模拟量、开关量等外设的信号种类：数字量、模拟量、开关量等l需要解决的问题：需要解决的问题：u传送速度的匹配；传送速度的匹配；u信号形式的匹配；信号形式的匹配；u信号电平和驱动能力；信号电平和驱动能力；u信息格式；信息格式；u时序匹配；时序匹配；3如果高速的微处理器与外设能够协调的工作，就要有如果高速的微处理器与外设能够协调的工作，就要有一个具有数据缓冲和锁存能力、数据格式转换能一个具有数据缓冲和锁存能力、数据格式转换能力、提供外设状态和定时控制能力的连接电路，力、提供外设状态和定时控制能力的连接电路，我们把它叫做我们把它叫做输入输出接口输入输出接口。42.接口功能1 1、I/OI/O接口地址译码接口地址译码CPUCPU通过地址来选择设备，设备的接口必须具备地址译码的能通过地址来选择设备，设备的接口必须具备地址译码的能力，产生设备选中信号；力，产生设备选中信号；2 2、数据的输入输出数据的输入输出CPU与外设交换的信息有三种：与外设交换的信息有三种：数据、状态、控制信息。数据、状态、控制信息。CPUCPU通过接口输入输出数据、检测和管理外设的工作状态；通过接口输入输出数据、检测和管理外设的工作状态；设备通过接口向设备通过接口向CPUCPU发中断请求；发中断请求；3 3、命令、数据、状态的缓冲与锁命令、数据、状态的缓冲与锁存存CPUCPU与设备的速度差异，使接口应具备数据锁存与缓冲的能力，与设备的速度差异，使接口应具备数据锁存与缓冲的能力，保证保证CPUCPU与设备之间信息交换的同步。与设备之间信息交换的同步。4 4、信息格式、电平的转换信息格式、电平的转换完成数据的串并、并串、数字量模拟量、模拟量数字完成数据的串并、并串、数字量模拟量、模拟量数字量之间的转换。量之间的转换。5 数据缓存器DR 状态寄存器SR 控制寄存器CRCPUI/O设备数据状态控制数据地址IO/MIORIOW控制逻辑数据缓冲器：数据缓冲器：CPUCPU与外设交换数据信息，也叫数据端口；与外设交换数据信息，也叫数据端口；状态寄存器：保存外设当前的状态信息，也叫状态端口；状态寄存器：保存外设当前的状态信息，也叫状态端口；控制寄存器：控制寄存器：CPUCPU向向外设发出的外设发出的控制信息，控制信息，也叫控制端口也叫控制端口；3.接口的基本结构66.1.2 I/O接口的编址方式常用的编址方式有两种：常用的编址方式有两种：与存储器统一编址方式；与存储器统一编址方式；I/OI/O端口独立编址方式。端口独立编址方式。一、与存储器统一编址一、与存储器统一编址将存储器的存储单元与外设的端口统一编址，即一个将存储器的存储单元与外设的端口统一编址，即一个端口与一个存储器单元等同看待；通常为一个外设端口与一个存储器单元等同看待；通常为一个外设的各个端口分配连续的地址。的各个端口分配连续的地址。优点；可以用访问内存的方法来访问优点；可以用访问内存的方法来访问I/OI/O端口。所有用端口。所有用于内存的指令都可以用于外设，不需要专门的于内存的指令都可以用于外设，不需要专门的I/OI/O指指令；令；缺点：外设占用了部分地址空间，减少了内存可用的缺点：外设占用了部分地址空间，减少了内存可用的地址范围；地址范围；7二、I/O端口独立编址内存地址空间和外设地址空间是相互独立的；访问内存地址空间和外设地址空间是相互独立的；访问I/OI/O端口有专门的控制信号；端口有专门的控制信号；CPUCPU采用专用指令对采用专用指令对I/OI/O端口进行访问（端口进行访问（IN IN、OUT)OUT)；I/O独立编址寻址方式FFFFH0000H IOW IORMEMRMEMWI/OCPU00000HFFFFFH MEM1M64K8+5V时钟发生时钟发生器器RES8284CLKRESET8088IO/MRDWRALEA19A16A15A8AD7AD0DT/RDENSTBOESTBOESTBOE8282828282828286OETIO/MRDWRA19|A16A15|A8A7|A0D7|D0系系统统总总线线信信号号8088+5VMN/MXREADY9+5V时钟发生器RES8284CLKRESETMN/MXA19A8AD7AD0DT/RDENCLKSTBOE82828286OETS0S1S2ALEINTAMEMRMEMWIORIOW8288总线控制器地址总线数据总线存储器存储器I/O接口接口8088CPUS0S1S2READY108088CPU采用了采用了I/O端口端口独立编址独立编址方式，它方式，它使用使用地址信号线地址信号线A0A15A0A15，最多能够管理，最多能够管理64K个端口，个端口，地址范围地址范围0000HFFFFH0000HFFFFH，有专用的控制信号，有专用的控制信号IORIOR和和IOWIOW或或IO/MIO/M、WRWR、RDRD；6.1.3 I/O端口地址的译码对只有单一端口的外设，应采用全译码方式；对只有单一端口的外设，应采用全译码方式；对具有多个对具有多个I/O端口的外设，端口的外设，16位地址线的高位位地址线的高位参与译码，低位用于区分端口；参与译码，低位用于区分端口；116.1.4 数据的传送1.并行传送并行传送2.串行传送串行传送126.2.4 简单接口的应用举例接口CPUI/O设备数据状态控制数据地址控制输入接口要具有数据缓冲能力，通常接一个三态门，三态门具有“通断”控制能力；输出接口要具有数据锁存能力；131234567891011121314151617181920VCC74LS244E1地线E2 74LS244单向三态门驱动器单向三态门驱动器三态门具有三态门具有“通断通断”控制能力控制能力14D0D774LS244+5VK0K1K2K3K4K5K6K7DO0DO7I0I1I2I3I4I5I6I7E1E21IORA2A3A4A5A6A7A8A9A15A10A11A12A13A14系系统统总总线线信信号号1&输入端口地址：输入端口地址：83FC、83FD、83FE、83FF编程：编程：MOV DX,83FCH IN AL,DX1574LS273 作为输出接口作为输出接口系系统统总总线线信信号号D0D0D7D7A0A1A2A3A4A5A6A7IOW&111CP+5VQ0Q1Q6Q7A8A9A10A11A12A13A14A15+5V74ls27374LS27316输入/输出接口综合应用例子根据开关状态在根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号段数码管上显示数字或符号共阳极共阳极7段数码管结构见教材图段数码管结构见教材图6.10用用74LS273作为输出接口，把数据送到作为输出接口，把数据送到7段数码管段数码管74LS273的地址假设为的地址假设为F0H用用74LS244作为输入口，读入开关作为输入口，读入开关K0K3的状态的状态74LS244的地址假设为的地址假设为F1H当开关的状态分别为当开关的状态分别为00001111时，在时，在7段数码管段数码管上对应显示上对应显示0F(7段码表见下页段码表见下页)17符号符号形状形状7段码段码.gfedcba符号符号形状形状7段码段码.gfedcba000111111801111111100000110901100111201011011A01110111301001111B01111100401100110C00111001501101101D01011110601111101E01111001700000111F0111000118F0H=0000 0000 1111 0000F1H=0000 0000 1111 0001O1 I1O2 I2O3 I3O4 I4#E1 K0K3+5VGG2AG2BCBA1174LS244D0 Q0|Q1D7 Q2 Q3 Q4CP Q5 Q6 Q7 abcdefgDP74068个个反相器反相器74LS273Rx81174LS138D0D7IOW#IOR#Y0Y1&1A7A4A15A8A3A2A1A0D0D1D2D3译码电路译码电路19相应程序段如下：Seg7DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HLEABX,Seg7 ；取7段码表基地址MOV AH,0GO:MOV DX,0F1H ；开关接口的地址为F1HINAL,DX ；读入开关状态ANDAL,0FH ；保留低4位MOV SI,AX ；作为7段码表的表内位移量MOV AL,BX+SI；取7段码MOV DX,0F0H ；7段数码管接口的地址为F0HOUTDX,ALJMPGO20D0D7D0D7Q011111111Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7CP74LS273 74065108a bcd efg+5V10KKCIOW174LS1381A0IORA1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A151&CG2AG2BBAY0Y1系系统统总总线线D0DPG1A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 X X X74LS24421输出端口地址：输出端口地址：00F0H输入端口地址：输入端口地址：00F1HLED数码管显示数码管显示0时，字形编码为时，字形编码为3F；LED数码管显示数码管显示1时，字形编码为时，字形编码为06；FOREVER:MOV DX,0F1HIN AL,DXTEST AL,01HJZ DISP0;闭合闭合MOV AL,06HJMP DISP1DISP0:MOV AL,3FHDISP1:MOV DX,0F0H OUT DX,ALJMP FOREVER226.3 输入输出的控制方式CPUCPU与外设之间数据传送的控制方式：无条件传送方式、与外设之间数据传送的控制方式：无条件传送方式、程序查询方式、中断控制方式、直接存储器存取程序查询方式、中断控制方式、直接存储器存取DMADMA方方式。式。一、无条件传送控制方式一、无条件传送控制方式是一种最简单的是一种最简单的I/OI/O控制方式，用于控制方式，用于CPUCPU与低速设备之与低速设备之间的信息交换，如开关、继电器、间的信息交换，如开关、继电器、LEDLED显示器，它们随显示器，它们随时都可以接收数据，随时都可以被时都可以接收数据，随时都可以被CPUCPU读出数据。读出数据。在这种方式中，指令的执行与数据交换是同步的，所在这种方式中，指令的执行与数据交换是同步的，所以也称为以也称为同步同步数据传送方式；数据传送方式；23 D0 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 1 1 IOR +5V 10K K24二、程序查询方式 也叫条件传送控制方式，分为查询输入和也叫条件传送控制方式，分为查询输入和查询输出。数据传送的过程如下：查询输出。数据传送的过程如下：开始开始取外设状态取外设状态外设准备外设准备就绪否？就绪否？传送数据传送数据传送完否？传送完否？N NY YY YN N结束结束251、查询输入方式状态端口状态端口:STATUSPORTSTATUSPORT数据端口数据端口:DATAPORTDATAPORT查询输入程序如下：查询输入程序如下：LOOPIN:IN AL,STATUSPORT ;LOOPIN:IN AL,STATUSPORT ;读状态读状态 TEST AL,80H ;TEST AL,80H ;查询查询RDYRDY JZ LOOPIN JZ LOOPIN;RDY=0;RDY=0则等待则等待 IN AL,DATAPORTIN AL,DATAPORT ;读入数据读入数据读入状态