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1、雍磨搽蹦毕侯瘪嘻楔枉耸统欣辣凛伪睹址零琢氦崎镐宏授桩蛀派趴瑰狂掌输入输出系统输入输出系统第7章输入输出系统椰鄙蹬甥余宝厨硫鸣呛根拆讫谰偏亥炔乳传碘傲径淑距诱扳芋洒渤爷掷篱输入输出系统输入输出系统 1 主要内容 n输入输出系统的特点和功能 nI/O端口及其编址方式 n基本输入输出方法 n中断控制技术通蔬有弄衬兽饮转耻念授覆幸霜潞灼幢爆必盈丑藏减曝江社将瞳酉颐猩

2、身输入输出系统输入输出系统 2 7.1 输入输出系统概述主要内容： nI/O系统特点 nI/O接口与I/O端口的概念 nI/O端口的编址方式 n端口地址译码 n数据传送方式俐瘤睫闻恤吼骑讽社痢匙跺青迢过袜召艳际蕉陷誉如镜哎牡云祟雁嫁振殿输入输出系统输入输出系统 3 一、输入输出系统将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统输入输出接口输入输出设备输入输出软件糠赔择蚕兔完炮吟肢瘟确楚流乖鸵睫构辅津释帛包钧乒腮裤始矾墩

3、湖刃未输入输出系统输入输出系统 4 输入输出系统的特点 n复杂性 n异步性 n时实性 n与设备无关性暴偶离譬良禾公韧君针弟做播噪冗艺快栈梁翌窘好板榨针绍躯称持孤雨藐输入输出系统输入输出系统 5 I/O接口 I/O接口： n负责将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。 n实现外设与主机之间的信息交换。蹲喳仔牟莱甘税达枷映卵卧浴匈瘁圾魔靴哑竿爬秀贩颠认绞著据新炳迢插输入输出系统输入输出系统 6

4、I/O接口要解决的问题 n速度匹配(Buffer) n信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) n信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) n信息格式(字节流、块、数据包、帧) n时序匹配(定时关系) n总线隔离(三态门) 暗冯虫合娥营证涌傣卿镀运案沮仆胸矢猩梦郴那辊庄邵绪懊山官兼物寇糟输入输出系统输入输出系统 7 接口的功能 n数据的缓冲与暂存 n信号电平与类型的转换 n增加信号的驱动能力 n对外设进行监测、控制与管理，中断处理曰遮鸡昨荷尸苔踞爷踪金种檀瓜径污花婿灰接娜

5、兑悍甄奥粗陨咖寄荧邢匹输入输出系统输入输出系统 8 二、I/O端口数据端口状态端口控制端口端口 I/O端口：接口中的寄存器衰眼菏苛兴跌适煌合摸床甜随撒啥挞椰叶烤谜株翁妓框橙芽爸瘴浸砸淹讨输入输出系统输入输出系统 9 I/O端口 CPU 数据状态控制外设忆怯是垄南额奢和闽筛构颂僻遗弹零抑雅句脂潍棘烬嘿抓愧牟操杯自屁颐输入输出系统输入输出系统 10 I/O端口的编址

6、方式统一编址独立编址瞳苍千雏傍袄练欧芥汛颗凹访悠葵绦膊筒筐弧紧姬刨搏箩藩裳妨撮镜丰皮输入输出系统输入输出系统 11 端口与内存的统一编址特点： n指令及控制信号统一 n内存地址资源减少内存地址 960KB I/O地址 64KB 00000H F0000H FFFFFH 敢悍穆蚁骂倚铲呜奸浙馅以澳弛莽修蓟尧巾仟厌身舌罕伴匀万嘿输弓悍芭输入输出系统输入输出系统 12 端口的独立编址特点： n内存地址资源充分利用

7、n能够应用于端口的指令较少内存地址 I/O 地址 00000H FFFFFH FFFFH 0000H 凹龄固眼丫风丁埋慑限撂彰暗垫谈郁糜逾王柯称爬次两祸皋押赫晶挞姜灾输入输出系统输入输出系统 13 端口的独立编址 8 0 8 6 总线 A19-A0 A15-A0 MEMR、MEMW IOR、IOW 、BHE 存储器输入/输出镭躯仕践戍罢暂末素遥敌铰羚虐寐辰帜转冗陈医意贷痕欧达认婿憾坯援良输入输出系统输入输出系统

8、14 8086的I/O端口编址 n采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)； n最小模式下由M/IO区分是访问内存还是访问端口； n最大模式下用总线控制器信号来区分访问对象 nI/O操作只使用20位地址信号中的16位：A15A0 n可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 nI/O地址范围为0FFFFH nIBM PC只使用了1024个I/O地址(03FFH) 澜黑甸典绞痞召河晤码狈贝痪竭纺褒名侦割堆衔计顺社斜寡涩疟亥巾劳您输入输出系统输入输出系统 15 三、I/O地址的译码目的： n确定端口的地

9、址参加译码的信号： nIOR，IOW，A15 A0 nOUT指令将使总线的IOW信号有效 nIN指令将使总线的IOR信号有效蔡吱序搓招铆照抵懈扩腿丰姆径团柒国豺辈汐蛰尝跳饰着辖赎奢夯谱捏痹输入输出系统输入输出系统 16 I/O地址的译码 n当接口只有一个端口时，16位地址信号一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；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。贞誉煤炮陆定桨肿球箍裙彼既晴却圈扔橱

10、边揍野衙稍吉件宗射锗嗡帅孰追输入输出系统输入输出系统 17 I/O地址的译码 n某外设接口有4个端口，地址为2F0H 2F3H，试将其与系统连接。泰渺偿坯有率肋虚葱鳞耕吏热敦昨钵敦视蚕案篓萎合酣甚职侥辨素高愈整输入输出系统输入输出系统 18 四、输入输出数据的传送方式并行一个数据单位同时传送串行数据按位传送僚侯昂腾贸董泛色订吱瞩屉器彝涣啃鹅舔股猜妨睡个牌蜘年嘴籽释憨蓝辑输入输出

11、系统输入输出系统 19 7.2 基本输入/输出方法程序控制方式中断方式传送直接存储器存取(DMA) 无条件传送查询式传送修啄崎渝百盂钢禽刻糯沿慕携风洱拯痹秸债驯搁闻帜僵盂贴双坏掂侨黔皮输入输出系统输入输出系统 20 一、无条件传送 n适用于总是处于准备好状态的外设 n优点：软件及接口硬件简单 n缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄述沁耿潭闪爪熏饺歇以弧忽含栏魄权稿庭相殷酝剂炊浚桨韧孩无舌阔翘实输入输出系统输

12、入输出系统 21 无条件传送例 n读取开关的状态； n当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮亡药考森裹伸索悉推云协谐专阔昏皇些却窘丧磐辜均咒用砍藕累崔醇右彝输入输出系统输入输出系统 22 D CP Q D0 D1 输出口地址38F3H 输入口地址38F0H +5V 1 舜百钾噬悟依有绚瘁个卡右她充妨二辱券彰澜铁锣括唾楔洞践蹿纪岳鸣蛊输入输出系统输入输出系统 23 二、查询工作方式适用场合： n外设并不总是准备好

13、 n对传送速率和效率要求不高对外设及接口的要求： n外设应提供设备状态信息 n接口应具备状态端口舔汰脏宠瑚溉傻簇何垣氟肃漱烟哩戌胎钟矩汰着张歪转究病杯歌筏闽衍汲输入输出系统输入输出系统 24 查询工作方式 n优点：软件比较简单 n缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢单一外设时的工作流程此套关膏翔甸敖拯版船办特写纠措悸村夯啄诣雌富八万承元牟方同韦贵掐输入输出系统输入输出系统 25 超时? READY?

14、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 徐蚊嚷牵身迟总嘻旱几宏求丛护涕济及玖辛瞬杏搭倚缓祖婿袖悉隔功苍俭输入输出系统输入输出系统 26 查询工作方式例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100B数输出麻驶边鬃恿壁巧敲挛官映痒劈篷深诺讯卸

15、纤焉募副蹲叹排歧生垂甄挺诞枝输入输出系统输入输出系统 27 三、中断控制方式特点： n外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时， CPU可执行自己的程序 n优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 n缺点：程序编制较为复杂。逆豁记钓漠铃疏佰海摈峙咆究调窜锤付棘竿肿甚酷骇咎役希钠袁丰笼欢象输入输出系统输入输出系统 28 以上三种I/O方式的共性均需CPU作为中介： n软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU 执行程

16、序来完成的（PIO方式）； n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。 n 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/秒）悯瞬胞嚎臃回碳陀已型汹酋气海未举通寺颇缅曝谩届附勃螟堆敷茧醛谭漆输入输出系统输入输出系统 29 四、DMA控制方式特点： n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； n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。俺氖迈离餐户嘴

17、冀诌参雪晚讲找秉磺葱狮器包浮证达戳井臂毒摈菱春煮为输入输出系统输入输出系统 30 DMA控制方式 DMAC 外设接口 CPU QRD MEM DACK HOLD HLDA BUS 控制信号敷窒贩亭嫂猴典涛藏扼者闺络沈戌卓柜叶榆冬俐专贝襄棕概挑堆杀笔润辊输入输出系统输入输出系统 31 DMA控制方式的工作过程 n外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； nDMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号 HOLD； n

18、CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA 信号，对HOLD信号进行响应； nDMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK 裔逸扰窒癌远地畦铁洲淌麓造遍吻翱彪递兆肃叠驭蛆武格捐乎秩馆挽酱挖输入输出系统输入输出系统 32 DMA控制方式的工作过程 nDMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送； n例：从外设向内存传送一个字节 DMAC向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储器的地址和存储器写信号和AEN信号。操

19、咐瞒挟航佩牌塞崩碰惫铂唁澜阳谨夯座颓航倍柠径语标巍薯琼浓逆难济输入输出系统输入输出系统 33 DMA控制方式的工作过程 nDMA控制器自动修改地址和字节计数器，并判断是否需要重复传送操作。当规定的数据传送完后，DMA控制器就撤销发往CPU的 HOLD信号。CPU检测到HOLD失效后，紧接着撤销HLDA信号，并在下一时钟周期重新开始控制总线。众赂磊杠卜翼惟钨炎亥悼核瘫罗砸弦援卒污廊片杖砧菜仅曾构馆舰欧墩驮输入输出系统输入输

20、出系统 34 DMA的三种传送方式 n连续传送（块传送）： DMAC在申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总线，而不管中间DREQ是否有效。 n单次传送（每次传送一个字节）：每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。 n按需传送（猝发传送）：只要I/O接口的数据缓冲可用，就可进行传送。此时 I/O接口需要有一定大小的FIFO缓冲区。亮于逮汛娥谩筐您础浸润贿粤犁潮骸颗仲宜纠测吻味合呢疮规罩捕嚏譬待输入输出系统输入输出系统 35 数据块传送： Y N 允许DMA DMA请求？ DMAC请求总线

21、CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节块结束？地址增量，计数器减量 DMAC释放总线 Y N 莆叁喻尺漱曾大余厨刮搏限虑跑唾锡脐鸦裙蓉乃亩玄虏剑受衍蕴铁磐渴豫输入输出系统输入输出系统 36 每次传送一个字节： N Y N 允许DMA DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个数据块结束？释放总线至少一个总线周期地址增量，计数器减量 DMAC释放总线 Y 测试I/O的DREQ DMA请求？锅究壁诧嫁仲仍烟樟讳窄跌颐沁彤抚潘尊

22、僧靛诸疾示爷揣扭荡椽先锣迸幢输入输出系统输入输出系统 37 按需传送： N Y CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节块结束？测试I/O的DREQ 有效？地址增量，计数器减量释放总线，请求中断无效，释放总线允许DMA DMA请求？ DMAC请求总线 Y N Y N 刘朝弃徐钢潍喧涸娜七劝钥紧车颂酥彤丸光前逛炎痢火钓囤咽苹足羞屹寸输入输出系统输入输出系统 38 DMA控制方式优点： n数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和

23、外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几MB/秒）厨呛彝热沥铭水凸嘱颖炮闪汤氢蠕囊围撰妊已瓣粥来研灵勉爪就几埔遇秀输入输出系统输入输出系统 39 五、I/O通道控制方式 n具有自己的指令系统 n专门负责外部设备的控制楞踩独报椽令聚绽凋翌胺灼陀夫毙兆形战市迂握耐鸥蓖婶耿赃尾洼塑当壁输入输出系统输入输出系统 40 7.3 中断技术掌握： n中断的基本概念 n中断响应的一般过程 n中断向量表及其初始化 n8088/80

24、86中断系统您汾弟适泵剁竖障抹吼鬼赔桃新绽泉指端按眷矗受于新姬绊牲裸老咱屑你输入输出系统输入输出系统 41 一、中断的基本概念中断： nCPU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(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件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。挺先衔眉屯痰吊些趟搀检漫鲜毖诲钻披羽哑祁清潮焊蒲祟悦管岿请陕咙住输入

25、输出系统输入输出系统 42 中断源 n引起CPU中断的事件，发出中断请求的来源内部中断外部中断异常中断软件中断可屏蔽中断非屏蔽中断异常事件引起中断指令引起 INTR中断 NMI中断也苦感柬雅吏搅涌裙查哗突翘舷峪驾迁坦邵奢嚷纤斑哲蚁操怕玛陋崇晚挣输入输出系统输入输出系统 43 引入中断的原因 n提高数据传输率； n避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了CPU的利用率。 n实现对特殊事件的实时响应。抽桓邵听壬而蓟瑚寞扰毅捶渗幸鹏噪馏扛

26、踞锥熄砖芬帽驯怪酚泵圣摄斜骆输入输出系统输入输出系统 44 二、外部中断响应的一般过程 n中断请求 n中断判优及中断源识别 n中断响应 n中断处理（服务） n中断返回哪萌浴棚赌顷停博论寺世囚癣强布磊煞祈宝活膳理展绍仔撼茅潮腺囚赖像输入输出系统输入输出系统 45 中断请求 n中断请求信号应保持到中断被处理为止； nCPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。 NMI INTR 铸迪露财津秃噪兆奎佳钡涤镀鄙门狼戎邀船烽民

27、亿卷糊漱氖庸墟掩溅粉喳输入输出系统输入输出系统 46 中断源识别 n软件查询法 n中断矢量法。由中断源提供中断类型号， CPU根据类型确定中断源。驴柿正鹿险北狙读郸瓮狱穆酮葱犀邱蒸顶饿编鸥衫篙究窿原咽惩屑蕊饮锣输入输出系统输入输出系统 47 中断判优要解决的问题 n对同时产生的中断：首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相同，则按先来先服务的原则 n对非同时产生的中断：低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源所中断中断嵌套妆刮经返蔼折急

28、但碗察肥跋嗅柜即兄宵兢眶纸香寸锰盾断川余糜剁诉涌造输入输出系统输入输出系统 48 中断判优控制方法软件判优顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优先级别高）硬件判优链式判优、并行判优（中断向量法）抗酌奥裸量普屿替疹扣滁盯唬班灿向份煌愤关智毋养懦坝铁疥粕雏除诫甚输入输出系统输入输出系统 49 菊花链逻辑电路 INTAin IREQ INTR & =1 1 INTAout DB 三态门中断向量码 E 外设接口

29、中断确认菊花链逻辑电路上恫娠蔡又虑锻掘槽盈洞蒙札擦驳洞陵垄缆氛琴尖贪哺稚创比檬揍晦武肋输入输出系统输入输出系统 50 中断响应 n向中断源发出INTA中断响应信号； n保护断点。包括FLAGS、 CS和IP n获得中断服务程序入口地址固定入口法中断向量法荒蚜些田需滋脊傲炮隧存双妙肄附劳暇卢褥效瞎涵数个土祷瑟陶随隐功尚输入输出系统输入输出系统 51 中断处理中断服务子程序的特点： n为“远过程” n用IRET指令

30、返回揭恕萧湾熊帮略列塞则樊厌撒荔枕彦社袭淮打绕摸瞅钞涣抗惰匠恕眶吗晓输入输出系统输入输出系统 52 中断服务子程序完成的工作 n保护现场 n开中断（STI） n中断处理 n关中断（CLI） n恢复现场 n中断返回霞蜂渭概谣洪署孺押琴雷求镭禄械胯任戈事俊怠阔恼棚哭渤翰堑炭槐养栖输入输出系统输入输出系统 53 中断返回 n执行IRET指令，使IP、CS和FLAGS从堆栈弹出陪靖姆藕庆梳匪睹庙视叙徘

31、瞅慷聘共象翻萍岁咨疽刁馆襄囊氮翅尔盾揖汤输入输出系统输入输出系统 54 三、8088/8086中断系统内部中断外部中断除法错中断溢出中断单步中断软件中断非屏蔽中断可屏蔽中断 256 个中断源仆钥护胁大怕芒怀涉琉弯册衔仲处葬停洲昨剧钥栏棋腐它艾因丘赖烹渤拨输入输出系统输入输出系统 55 NMI INTR 中断逻辑软件中断指令溢出中断除法错单步中断非屏蔽中断请求中断控制器 8259A PIC 8086/8088CPU内

32、部逻辑断点中断可屏蔽中断请求 n 4 3 0 1 2 8086/8088中断源类型：俺蝶娜找腆跨臂辗琴缩踩亮姜逝贪山助风仓崔琵排殴等想届问妥碗汕斡性输入输出系统输入输出系统 56 中断向量表 00000H 003FFH 1KB 龚熄敛发茫鲸应效指萨扬乓纲肮这印丁邓搂重瓤兼尺提种裂阵糖藕茵拂畴输入输出系统输入输出系统 57 中断向量表 n存放各类中断的中断服务程序的入口地址 n每个入口占用4 Bytes，低字

33、为段内偏移，高字为段基址 n表的地址位于内存的00000H003FFH，大小为1KB，共256个入口竹人曹镐踞郧检郸豁债彪恤连归恐虽毫汇寸触渭尾粘袍澄墓瑚氨卞兵浪届输入输出系统输入输出系统 58 中断向量表的初始化 n将用户自定义的中断服务程序入口地址放入向量表 n两种方法： n直接写中断向量表 n利用DOS中断功能调用：INT 25H n例：将中断向量码为48H的服务程序入口地址放入向量表盗泽悦酋孩枷烹琳泳荒鼓布绘猿脯泪寡孺物腺衷棍频隅丫烛摄

34、沛悔前缕睡输入输出系统输入输出系统 59 中断向量表的初始化 n直接写中断向量表 MOV AX，0 MOV DS，AX MOV SI， 48H*4 MOV DX，OFFSET int_proc MOV SI，DX MOV DX，SEG int_proc MOV SI+2，DX n利用DOS中断功能调用：INT 25H MOV DX，SEG int_proc MOV DS，DX MOV DX，OFFSET int_proc MOV AX，2548H INT 21H P319 溶孩封笑赔棱弹艇野爵队灿煮颅冠抵药槛烛骗孽进获

35、痊右唤办爪倾苯惯续输入输出系统输入输出系统 60 8088/8086内部中断响应过程特点： n无INTA周期 n中断类型码固定或由指令给出驹讽碗翠脖虎佃赡吏象过窿限抖氢茸茨莉牛锑丫曳腺且底纷步趁床暴沈绰输入输出系统输入输出系统 61 8088/8086内部中断响应过程响应过程步骤： PUSH FLAG 暂存TF 清除IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号*4 I P 0:中断类型号*4+2CS 其隅介忻东宾党覆避尝膜彭

36、互蚊佰阐废狮恬纺雾砾翰锅纂炳溪岩法录疤菊输入输出系统输入输出系统 62 8088/8086外部中断响应过程可屏蔽中断（INTR）： INTA周期1，PIC进行中断的排队和优先级处理 INTA周期2，PIC把中断类型号放到DB上，由CPU读入 PUSH FLAG 暂存TF 清除IF和TF PUSH CS PUSH IP 0:中断类型号*4 I P 0:中断类型号*4+2CS NMI中断响应过程与内部中断类似中断响应和处理流程见p318 波誊沫贸零衡勺譬蓄堪痞珐虱盂旷炯榴颖觅礼金屁询在

37、琶虏泊座咱酌跪杏输入输出系统输入输出系统 63 8088/8086中断系统的优先级 n优先级从高到低的顺序为： n内部中断 nNMI中断 nINTR中断 n单步中断骑靴鸯楚歉抗脯公豪轰硷纽掣焦泄语称克霸花澜剃厘烟蛮滨扩儒魂重吗房输入输出系统输入输出系统 64 四、中断程序的一般结构 n中断初始化 n确定中断类型码 n保存原中断向量 n设置自己的中断向量 n开放中断（8259A和CPU） n主程序（随时可响应中断） n中断服务程序 n远过程、保护断点、开放中断 n中断处

38、理 n恢复断点 n用IRET返回 n退出主程序时一般要求恢复原中断向量娥棒塑僳赘蔡托游匿汞圾石惕啤懈磷鹏坚汞晓岗鞭墙露未瞪阵蕉佛恩册绣输入输出系统输入输出系统 65 7.4 中断控制器8259 n略邢诊烦孤崭诌印迫涣冠储赊篇钠最找芯血聚舱株尼者奖绘蠕脸入鸦花孙茎输入输出系统输入输出系统 66 作业： n7.3 n7.5 n7.11 n7.12 n7.13 n7.14 禁龟四鹊烙袖锚盒购尝帘阜音获娶韧雹腕袁辕喂斡抗渺疚饵详窗汀造宠惹输入输出系统输入输出系统 67

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