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1、第第7 7章章 输入输出接口和中断技术输入输出接口和中断技术n本章内容本章内容n根本概念根本概念n I/O端口的编址端口的编址n 输输入入输输出出的的根根本本方方法法：无无条条件件、查查询询、中断、中断、DMAn中断中断n中断根本概念中断根本概念n8086/8088中断系统中断系统n8259中断控制器中断控制器*7.1 输入输出接口概述n什么是什么是I/O接口电路？接口电路？nI/O接接口口是是位位于于系系统统与与外外设设间间、用用来来协协助完成数据传送和控制义务的逻辑电路助完成数据传送和控制义务的逻辑电路nPC机机系系统统板板的的可可编编程程接接口口芯芯片片、I/O总总线槽的电路板适配器都是
2、接口电路线槽的电路板适配器都是接口电路CPUCPU接口接口接口接口电路电路电路电路 I/O I/O设备设备设备设备7.1.1 CPU与外设间的衔接与外设间的衔接n外设与外设与CPU的衔接必需经过相应的公用接口。的衔接必需经过相应的公用接口。n接口电路芯片分可编程、不可编程。接口电路芯片分可编程、不可编程。n不不同同外外设设有有不不同同编编号号，类类似似存存储储器器单单元元的的编编号，即外设有地址。号，即外设有地址。输入输出端口的编址方式n两种端口编址方式两种端口编址方式n一、与存储器一致编址：一、与存储器一致编址：n外外设设端端口口作作为为存存储储器器的的一一个个单单元元，占占据据存存储储器器
3、的的一一个地址。访问存储器和个地址。访问存储器和 访问外设运用一样的指令。访问外设运用一样的指令。n如如MOTOROLA的产品的产品n二、独立编址：二、独立编址：n外外设设端端口口与与存存储储器器独独立立编编址址。有有专专门门的的输输入入输输出出指指令。令。n如如INTEL8088/8086、ZILOG的产品。的产品。 8088/8086的输入输出指令n输入指令输入指令nIN AL,i8/DX ;字节输入字节输入nIN AX,i8/DX ;字输入字输入n输出指令输出指令nOUT i8/DX,AL ;字节输出字节输出nOUT i8/DX;字输出字输出功能演示功能演示功能演示功能演示7.1.2 7
4、.1.2 接口电路的根本功能接口电路的根本功能 I/O I/O接口的典型构造接口的典型构造控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制形状形状数据总线数据总线DBCPU外设外设控制存放器控制存放器形状存放器形状存放器数据存放器数据存放器中断控制中断控制命令存放器命令存放器接口信息接口信息一、CPU和I/O设备之间的接口信息1、数据信息 1、数字量 2、模拟量 3、开关量 4、脉冲量2、形状信息反映当前外设所处的任务形状，能否预备好。3、控制信息 CPU 经过接口向外设传送控制信息，控制外设的启动、停顿。 接口电路的内部构造nCPU与与外外设设主主要要有有数数据
5、据、形形状状和和控控制制信信息息需求相互交换，于是从运用角度看内部：需求相互交换，于是从运用角度看内部：n 数据存放器数据存放器n保管外设给保管外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据n 形状存放器形状存放器n保管外设或接口电路的形状保管外设或接口电路的形状n 控制存放器控制存放器n保管保管CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令了解端口了解端口 I/O接口的主要功能 对输入输出数据进展缓冲和锁存对输入输出数据进展缓冲和锁存输出接口有锁存环节输出接口有锁存环节输入接口有缓冲环节输入接口有缓冲环节 对信号的方式和数据的格式进展变换对信号的方式和数据的格式进展变换微机直接处置：
6、数字量、开关量、脉冲量微机直接处置：数字量、开关量、脉冲量 对对I/O端口进展寻址端口进展寻址 与与CPU和和I/O设备进展联络设备进展联络 7.2 数据传送方式n程程序序控控制制下下的的数数据据传传送送经经过过CPU执执行行程程序序中中的的I/O指令来完成传送，又分为：指令来完成传送，又分为：n无条件传送无条件传送n查询传送查询传送n中断传送中断传送n直直接接存存储储器器存存取取DMA传传送送恳恳求求由由外外设设向向DMA控控制制器器DMAC提提出出，后后者者向向CPU恳恳求求总总线线，最最后后DMAC利利用用系系统统总总线线来来完完成成外外设设和和存存储储器器间间的的数数据传送据传送nI/
7、O处处置置机机CPU委委托托专专门门的的I/O处处置置机机来来管管理理外外设设，完成传送和相应的数据处置完成传送和相应的数据处置7.2.1 无条件传送方式n在在CPU与与慢慢速速变变化化的的设设备备交交换换数数据据时时，可可以以以以为为它它们们总总是是处处于于“就就绪绪形形状状，随随时时可可以以进进展展数数据据传传送送，这这就就是是无无条条件件传传送送，或或称称立立刻刻传传送送、同同步步传送。传送。n适宜于简单设备，如适宜于简单设备，如LED 数码管、按键数码管、按键/按纽等按纽等n无条件传送的接口和操作均非常简单无条件传送的接口和操作均非常简单n这种传送有前提：外设必需随时处于就绪形状这种传
8、送有前提：外设必需随时处于就绪形状传送传送流程流程接口接口实例实例无条件传送：输入例如IOR三三态态缓缓冲冲器器OEI/O安安装装地地址址译译码码器器CSD7D0A15A1A00160HMOV DX, 160HIN AL, DX无条件传送：输入实例MOV DX, 160HIN AL, DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数数据据总总线线CSRD无条件传送：输出例如地地址址译译码码器器数数据据锁锁存存器器A15A0A14-IOWCS0160H输输出出设设备备D7D0MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL无条件传送：输出实例MOV DX, 160HMOV AL
9、, BXOUT DX, AL+5V74LS373300 x 8LE OE数数据据总总线线CSWR无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLKLS06反相反相驱动器驱动器LS2738D锁存器锁存器LS244三态三态缓冲器缓冲器8000H译码译码+5VLED0LED7-GIOWIOR无条件传送：输入输出接口next:mov dx,8000h;DX指向数据端口指向数据端口in al,dx;从输入端口读开关形状从输入端口读开关形状not al;反相反相out dx,al;送输出端口显示送输出端口显示call delay ;调子程序延时调子程序延时jmp next;反复反复P248
10、 例例就绪？2. 程序 查询传送nCPU先先了了解解查查询询外外设设的的任任务务形形状状，在在外外设设就就绪绪可可以以交交换换信信息息的的情情况况下下实实现现数据的输入或输出数据的输入或输出n对对多多个个外外设设的的情情况况，那那么么CPU按按一一定定顺顺序序依依次次查查询询轮轮询询。先先查查询询的的外外设设将将优优先先进展数据交换进展数据交换n查查询询传传送送的的特特点点是是：任任务务可可靠靠，适适用用面面宽宽，但传送效率低但传送效率低查询传送的两个环节n查询环节查询环节n寻址形状口寻址形状口n读取形状存放器的标志位读取形状存放器的标志位n假设不就绪就继续查询，直至就绪假设不就绪就继续查询，
11、直至就绪n传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n是是输输入入，经经过过输输入入指指令令从从数数据据口口读读入入数数据据n是是输输出出，经经过过输输出出指指令令向向数数据据口口输输出出数数据据输入形状输入形状就绪？就绪？数据交换数据交换YN传送流程传送流程接口实例接口实例 1) 查询输入 P249IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器 A0A1520H21HD0D7D7输入输入设备设备IORSTBRQD查询输入Poll : in al,20H ;读形状端口读形状端口test al,80h ;测试标志位测试标志位D7je poll ;D70，未就
12、绪，继续查询，未就绪，继续查询in al,21H ;D71，就绪，从数据口输入数据，就绪，从数据口输入数据2、 查询输出8D锁存器锁存器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A1530H31HD0D7D7D+5VACKIOWIOR输出输出设备设备查询输出status:in al,30H;读取形状端口的形状数据读取形状端口的形状数据test al,80h;测试标志位测试标志位D7jnz status;D71，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询 mov al,buf ;D70，就绪，变量，就绪，变量buf送送AL out 31H,al ;将数据输出给数据端口将数据输出给数据端口P251 例例
13、:一个采用查询方式的数据采集系统一个采用查询方式的数据采集系统 例:一个采用查询方式的数据采集系统一个有个模拟量输入的数据采集系统，用查询方式一个有个模拟量输入的数据采集系统，用查询方式与传送信息，电路如图。与传送信息，电路如图。 8个输入模拟量，经过多路开关它由端口4输出的3位二进制码D2、D1、D0控制(000相应于UA0输入相应于UA7输入)，每次送出一个模拟量至转换器；同时，转换器由端口4输出的4位控制启动与停顿。转换器的信号由端口2的0输至数据总线;经转换后的数据由端口3输入至数据总线。所以，这样的一个数据采集系统，需求用到3个端口，它们有各自的地址。数据采集过程的程序为：数据采集过
14、程的程序为： STARE: MOV DL,0F8H ; STARE: MOV DL,0F8H ;设置启动设置启动A/DA/D转换的信号转换的信号, ,且低位选通多路且低位选通多路 开关通道开关通道 MOV AX,SEG DSTOR ; MOV AX,SEG DSTOR ;设置输入数据的内存单元地址指针设置输入数据的内存单元地址指针 MOV ES,AX MOV ES,AX LEA DI,DSTOR LEA DI,DSTOR AGAIN AGAIN：MOV AL,DLMOV AL,DL AND AL,0EFH ; AND AL,0EFH ;使使D4D4 OUT 04,AL ; OUT 04,AL
15、;停顿停顿A/DA/D转换转换 CALL DELAY ; CALL DELAY ;等待停顿等待停顿A/DA/D转换操作的完成转换操作的完成 MOV AL,DL MOV AL,DL OUT 04,AL ; OUT 04,AL ;选输入通道并启动选输入通道并启动A/DA/D转换转换 POLL POLL： IN AL,02 ; IN AL,02 ;输入形状信息输入形状信息 SHR AL,1 ; SHR AL,1 ;查查ALAL的的D0D0 JNC POLL ; JNC POLL ;判判READY=1?READY=1?假设假设D0=0,D0=0,未预备好未预备好, ,那么循环再查那么循环再查 IN I
16、N AL,03 AL,03 ; ;假假设设已已预预备备就就绪绪, ,那那么么经经端端口口将将采采样样数数据据输输入入至至A A STOSB ; STOSB ;输入数据转送内存单元输入数据转送内存单元 IN CDL ; IN CDL ;输入模拟量通道增输入模拟量通道增1 1 JNE AGAIN ;8 JNE AGAIN ;8个模拟量未输入完那么循环个模拟量未输入完那么循环 ; ;输入已完输入已完, ,执行别的程序执行别的程序查询方式的EEPROM编程2817AA0A10A0A108000HI/O0I/O7D0D7D0译码译码A11A19译码译码A0A15 RDY/BUSYIORWERDMEMWM
17、EMRCEnext: mov al,55h;写入内容写入内容55Hmov bx,al ;写入存储单元写入存储单元nop;空操作指令，起延时作用空操作指令，起延时作用nopnext1:in al,dx;查询形状口查询形状口test al,01h;测试测试D0jz next1;D00，芯片还在写入，芯片还在写入inc bx;D01，写毕，指针挪动，写毕，指针挪动loop next;循环至全部字节写完循环至全部字节写完7.2.2 中断传送 P252程序程序断点断点主程序主程序中断恳求中断恳求为为外外设设继继续续执执行行前往断点前往断点传送流程传送流程nCPU执执行行程程序序时时，由由于于发发生生了了
18、某某种种随随机机的的事事件件(外外部部或或内内部部)，引引起起CPU暂暂时时中中断断正正在在运运转转的的程程序序，转转去去执执行行一一段段特特殊殊的的效效力力程程序序(称称为为中中断断处处置置程程序序)，以以处处置置该该事事件件，该该事事件件处处置置完完后后又又前前往往被被中中断断的的程程序序继继续续执执行行，这一过程称为中断。这一过程称为中断。提提供供效效力力中断效力程序中断效力程序入口入口中断传送与接口n中断传送是一种效率更高的程序传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式n进展传送的中断效力程序是预先设计好的进展传送的中断效力程序是预先设计好的n中断恳求是外设随机向中断恳求是外设随机向
19、CPU提出的提出的nCPU对对恳恳求求的的检检测测是是有有规规律律的的：普普通通是是在在每每条条指指令令的的最最后后一一个个时时钟钟周周期期采采样样中中断断恳恳求求输输入引脚入引脚n本书主要论述中断在输入和输出方面的运用本书主要论述中断在输入和输出方面的运用n中断还有着非常广泛的运用中断还有着非常广泛的运用三态三态缓冲器缓冲器中断传送与接口续D0D7+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器RQ 译码译码8001H中断向量号中断向量号D0D7INTRD输入输入设备设备中断允许中断允许触发器触发器A0A15中断恳求中断恳求触发器触发器IORINTASTB7.2.3 DMA传送方式n希望抑制
20、程序控制传送的缺乏：希望抑制程序控制传送的缺乏：n外设外设CPU存储器存储器n外设外设CPU存储器存储器n直接存储器存取直接存储器存取DMA：不经：不经CPU，不用指令，不用指令n 外设外设存储器存储器DMA写写n 外设外设存储器存储器DMA读读n 扩展：外设扩展：外设 外设外设nCPU出出让让系系统统总总线线输输出出高高阻阻，由由DMA控控制制器器DMAC接纳系统总线接纳系统总线DMA传送的任务过程 CPU对对DMA控制器进展初始化设置控制器进展初始化设置 外外设设、DMAC、CPU， 3者者经经过过应应对对信信号号建建立立联联络络：CPU将将总总线线暂暂交交DMAC控控制制，事事后后再再将
21、将控制权返还。控制权返还。 DMA传送传送DMA读：存储器读：存储器 外设外设DMA写：存储器写：存储器 外设外设 DMAC的功能：的功能：对存储器寻址地址动加对存储器寻址地址动加1/减减1计数器减计数器减1判别传送能否完成判别传送能否完成传送流程传送流程DMA传送 以DMA 写为例-MEMW-IOR数据总线数据总线地址总线地址总线输输入入设设备备存存储储器器DMACCPUHOLDHLDADMA传送流程HLDA发存储器地址发存储器地址传送数据传送数据传送终了？传送终了？DMA终了终了修正地址指针修正地址指针DMA操作的根本方法n周周期期挪挪用用：把把CPU不不访访问问存存储储器器的的那那些些周
22、周期期挪挪用来进展用来进展DMA操作。操作。n周周期期扩扩展展：DMAC发发出出恳恳求求信信号号，时时钟钟电电路路把把供供应应CPU的的时时钟钟周周期期加加宽宽，CPU在在加加宽宽的的时时钟周期内不向下操作，以便进展钟周期内不向下操作，以便进展DMA操作。操作。nCPU停停机机：最最常常用用、简简便便。DMAC发发出出恳恳求求，CPU在在当当前前总总线线周周期期终终了了，让让出出总总线线，由由DMAC控制总线进展控制总线进展DMA。DMA传送方式两种n单单字字节节方方式式：每每次次DMA恳恳求求只只传传送送1个个字节。字节。n字字节节组组传传送送方方式式：每每次次DMA恳恳求求延延续续传传送送
23、1个数据块。个数据块。传送方式的比较n无条件传送：慢速外设需与无条件传送：慢速外设需与CPU坚持同步坚持同步n查询传送：查询传送： 简单适用，效率较低简单适用，效率较低n中中断断传传送送：外外设设自自动动，可可与与CPU并并行行任任务务，但每次传送需求大量额外时间开销但每次传送需求大量额外时间开销 nDMA传传送送：DMAC控控制制，外外设设直直接接和和存存储储器器进展数据传送，适宜大量、快速数据传送进展数据传送，适宜大量、快速数据传送第6章教学要求1. 掌握掌握I/O端口编址方法端口编址方法2.掌掌握握CPU与与外外设设交交换换信信息息的的方方式式：无无条条件件、查询传送方式、中断、查询传送
24、方式、中断、DMA3. 了解中断方式了解中断方式5. 了了解解DMA传传送送的的任任务务过过程程，掌掌握握DMA操操作的根本方法、两种作的根本方法、两种DMA传送方式。传送方式。“就绪Ready的含义n在输入场所：在输入场所：n“就就绪绪 阐阐明明输输入入接接口口已已预预备备好好送送往往CPU的的数据，正等着数据，正等着CPU来读取来读取n该该形形状状也也可可用用接接口口中中数数据据缓缓冲冲器器已已“满满来来描描画画n在输出场所：在输出场所：n“就就绪绪 阐阐明明输输出出接接口口已已做做好好预预备备，等等待待接接纳纳CPU要输出的数据要输出的数据n该该形形状状也也可可用用接接口口数数据据缓缓冲冲器器已已 “空空、或或者用接口外设者用接口外设“闲闲 或或 “不忙不忙 来描画来描画“就绪就绪满、空、闲、不满、空、闲、不忙忙
