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1、1,第7章 输入输出接口和中断技术,本章内容 基本概念 I/O端口的编址 输入输出的基本方法：无条件、查询、中断、DMA 中断 中断基本概念 8086/8088中断系统 8259中断控制器*,2,7.1 输入输出接口概述,什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路,3,7.1.1 CPU与外设间的连接,外设与CPU的连接必须通过相应的专用接口。 接口电路（芯片）分可编程、不可编程。 不同外设有不同编号，类似存储器单元的编号，即外设有地址。,4,输入输出端口的编址方式
2、,两种端口编址方式 一、与存储器统一编址： 外设端口作为存储器的一个单元，占据存储器的一个地址。访问存储器和 访问外设使用一样的指令。 如MOTOROLA的产品 二、独立编址： 外设端口与存储器独立编址。有专门的输入输出指令。 如INTEL8088/8086、ZILOG的产品。,5,8088/8086的输入输出指令,输入指令 IN AL,i8/DX ;字节输入 IN AX,i8/DX ;字输入 输出指令 OUT i8/DX,AL ;字节输出 OUT i8/DX ;字输出,功能演示,功能演示,6,7.1.2 接口电路的基本功能 I/O接口的典型结构,控制总线CB,地址总线AB,I/O接口电路,数
3、据,控制,状态,数据总线DB,CPU,外设,控制寄存器,状态寄存器,数据寄存器,中断控制,命令寄存器,7,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、状态信息 反映当前外设所处的工作状态，是否准备好。 3、控制信息 CPU 通过接口向外设传送控制信息，控制外设的启动、停止。,8,接口电路的内部结构,CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器 保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令,理解端口,
4、9,I/O接口的主要功能, 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节 输入接口有缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络,10,7.2 数据传送方式,程序控制下的数据传送通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为： 无条件传送 查询传送 中断传送 直接存储器存取（DMA）传送请求由外设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送 I/O处理机CPU委托专门的I/O处理机来管理外设，完成传送和相应的数据处理,11,7.2.1
5、无条件传送方式,在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送。 适合于简单设备，如LED 数码管、按键/按纽等 无条件传送的接口和操作均十分简单 这种传送有前提：外设必须随时处于就绪状态,传送流程,接口实例,12,无条件传送：输入示例,IOR,三态缓冲器,OE,I/O装置,地址译码器,CS,D7D0,A15A1,A0,0160H,MOV DX, 160H IN AL, DX,13,无条件传送：输入实例,MOV DX, 160H IN AL, DX,74LS244,+5V,10K x 8,G1 G2,数据总线
6、,CS,RD,14,无条件传送：输出示例,地址译码器,数据锁存器,A15,A0A14,CS,0160H,输出设备,D7D0,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,15,无条件传送：输出实例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,+5V,74LS373,300 x 8,LE OE,数据总线,CS,WR,16,无条件传送：输入输出接口,K7,K1,K0,+5V,D0D7,A0A15,CLK,LS06 反相 驱动器,LS273 8D 锁存器,LS244 三态 缓冲器,8000H,译码,+5V,LED0,LED7,-G,IOW,IOR,1
7、7,无条件传送：输入输出接口,next: mov dx,8000h ;DX指向数据端口 in al,dx ;从输入端口读开关状态 not al ;反相 out dx,al ;送输出端口显示 call delay ;调子程序延时 jmp next ;重复 P248 例,18,就绪？,2. 程序 查询传送,CPU先了解（查询）外设的工作状态，在外设就绪（可以交换信息的情况下）实现数据的输入或输出 对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低,19,查询传送的两个环节,查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标
8、志位 若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据口读入数据 是输出，通过输出指令向数据口输出数据,输入状态,就绪？,数据交换,Y,N,传送流程,接口实例,20,1) 查询输入 P249,IOR,+5V,8D 锁存器,8位 三态 缓冲器,译码,1位 三态 缓冲器,A0A15,20H,21H,D0D7,D7,输入 设备,IOR,STB,R,Q,D,21,查询输入,Poll : in al,20H ;读状态端口 test al,80h ;测试标志位D7 je poll ;D70，未就绪，继续查询 in al,21H ;D71，就绪，从数据口输入数据,22,2、 查
9、询输出,8D 锁存器,译码,1位 三态 缓冲器,R,Q,A0A15,30H,31H,D0D7,D7,D,+5V,ACK,IOW,IOR,输出 设备,23,查询输出,status: in al,30H ;读取状态端口的状态数据 test al,80h ;测试标志位D7 jnz status ;D71，未就绪，继续查询 mov al,buf ;D70，就绪，变量buf送AL out 31H,al ;将数据输出给数据端口 P251 例:一个采用查询方式的数据采集系统,24,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 与传送信息，电路如图。,25,8个输入模拟量，
10、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 动与停止。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，需要用到 3个端口，它们有各自的地址。,26,数据采集过程的程序为： STARE: MOV DL,0F8H ;设置启动A/D转换的信号,且低位选通多路 开关通道 MOV AX,SEG DSTOR ;设置输入数据的内存单元地址指针 MOV ES,AX LEA DI,DSTOR AGAIN：MOV AL
11、,DL AND AL,0EFH ;使D4 OUT 04,AL ;停止A/D转换 CALL DELAY ;等待停止A/D转换操作的完成 MOV AL,DL OUT 04,AL ;选输入通道并启动A/D转换 POLL： IN AL,02 ;输入状态信息 SHR AL,1 ;查AL的D0 JNC POLL ;判READY=1?若D0=0,未准备好,则循环再查 IN AL,03 ;若已准备就绪,则经端口将采样数据输入至A STOSB ;输入数据转送内存单元 IN CDL ;输入模拟量通道增1 JNE AGAIN ;8个模拟量未输入完则循环 ;输入已完,执行别的程序,27,查询方式的EEPROM编程,n
12、ext: mov al,55h ;写入内容55H mov bx,al ;写入存储单元 nop ;空操作指令，起延时作用 nop next1: in al,dx ;查询状态口 test al,01h ;测试D0 jz next1 ;D00，芯片还在写入 inc bx ;D01，写毕，指针移动 loop next ;循环至全部字节写完,28,7.2.2 中断传送 P252,程序 断点,主程序,中断请求,为外设,继续执行,返回断点,传送流程,CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断处理程序)，以处理该事件，该事件
13、处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。,提供服务,中断服务程序 入口,29,中断传送与接口,中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 本书主要论述中断在输入和输出方面的应用 中断还有着非常广泛的应用,30,三态 缓冲器,中断传送与接口（续）,D0D7,+5V,8D 锁存器,8位 三态 缓冲器,R,Q,译码,8001H,中断向量号,D0D7,INTR,D,输入 设备,中断允许 触发器,A0A15,中断请求 触发器,IOR,INT
14、A,STB,31,7.2.3 DMA传送方式,希望克服程序控制传送的不足： 外设CPU存储器 外设CPU存储器 直接存储器存取DMA：不经CPU，不用指令 外设存储器（DMA写） 外设存储器（DMA读） 扩展：外设 外设 CPU出让系统总线（输出高阻），由DMA控制器（DMAC）接管系统总线,32,DMA传送的工作过程, CPU对DMA控制器进行初始化设置 外设、DMAC、CPU， 3者通过应答信号建立联系：CPU将总线暂交DMAC控制，事后再将控制权返还。 DMA传送 DMA读：存储器 外设 DMA写：存储器 外设 DMAC的功能： 对存储器寻址地址动加1/减1 计数器减1 判断传送是否完成
15、,传送流程,33,DMA传送（ 以DMA 写为例）,-MEMW,-IOR,数据总线,地址总线,输入设备,存储器,DMAC,CPU,HOLD,HLDA,34,DMA传送流程,HLDA,发存储器地址,传送数据,传送结束？,DMA结束,修改地址指针,35,DMA操作的基本方法,周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期挪用来进行DMA操作。 周期扩展：DMAC发出请求信号，时钟电路把供给CPU的时钟周期加宽，CPU在加宽的时钟周期内不向下操作，以便进行DMA操作。 CPU停机：最常用、简便。DMAC发出请求，CPU在当前总线周期结束，让出总线，由DMAC控制总线进行DMA。,36,DMA传送方式（两种
16、）,单字节方式：每次DMA请求只传送1个字节。 字节组传送方式：每次DMA请求连续传送1个数据块。,37,传送方式的比较,无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步 查询传送： 简单实用，效率较低 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送,38,第6章教学要求,1. 掌握I/O端口编址方法 2.掌握CPU与外设交换信息的方式：无条件、查询传送方式、中断、DMA 3. 理解中断方式 5. 理解DMA传送的工作过程，掌握DMA操作的基本方法、两种DMA传送方式。,39,多种多样的外设,工作原理
17、不同 机械、电子、机电、电磁 传送信息类型多样 数字量、模拟量、开关量 传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码,40,输出接口的锁存环节,41,输出接口的锁存、缓冲环节,42,输入接口的缓冲环节,43,输入接口的锁存、缓冲环节,44,端口（PORT）,I/O端口通常以其地址为标识，1个端口一般对应1个可以被用户访问的寄存器 数据寄存器保存数据（芯片中可能含多个） 控制寄存器保存控制信息（芯片中可能含多个） 状态寄存器保存状态信息（芯片中可能含多个） 1个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口保存不同的信息（用以与CPU或外设进行信息交换） 输入端口和输出端口可以使用同一个I/O地址,45,IN AL, 21H,46,OUT 43H, AL,47,无条件传送流程,48,“就绪（Ready）”的含义,在输入场合： “就绪” 说明输入接口已准备好送往CPU的数据，正等着CPU来读取 该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述 在输出场合： “就绪” 说明输出接口已做好准备，等待接收CPU要输出的数据 该状态也可用接口数据缓冲器已 “空”、或者用接口（外设）“闲” 或 “不忙” 来描述,“就绪”满、空、闲、不忙,49,查询传送流程,50,中断传送流程,51,DMA传送流程,