第7章 输入输出和中断技术

1、第7章输入输出和中断技术I/O端口及其编址方式简单接口芯片及其应用基本输入输出方法中断的基本概念及工作过程中断控制器8259本章作业主要内容：7.1输入输出接口主要内容：I/O接口与I/O端口的概念I/O端口的编址方式端口地址译码数据传送方式下节一、接口的基本概念1.接口的定义及功能2.接口电路中的信息3.接口的类型二、I/O端口的编址方式和端口地址译码1、I/O端口的编址2、I/O端口地址译码方法3、IBMPC/XT的I/O端口地址三、I/O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1、接口的定义及功能输入输出设备（I/O，又称外设）是计算机系统的基本组成部分,是实现人—机联系的主要手段。常见的外设有键盘，显示器，打印机，鼠标，开关量输入输出通道和A/D，D/A转换器等等。微处理器CPU存储器I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线1、接口的定义及功能I/O接口是建立在CPU与外设之间，使两者动作协调的一组逻辑电路的总称。也就是，在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解决CPU与外设之间存在的数据形式、数据的传递方式。

2、、以及传递速率上存在的差异。I/O接口的功能就是对数据传输的控制。微处理器CPU存储器I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线I/O接口要解决的问题速度匹配(Buffer)信号的驱动能力(电平转换器、驱动器)信号形式和电平的匹配(A/D、D/A)信息格式(字节流、块、数据包、帧)时序匹配(定时关系)总线隔离(三态门)I/O接口的功能I/O地址译码与设备选择。所有外设都通过I/O接口挂接在系统总线上，在同一时刻，总线只允许一个外设与CPU进行数据传输。因此，只有通过地址译码选中的I/O接口允许与总线相通，而未被选中的I/O接口呈现为高阻状态，与总线隔离。信息的输入输出。通过I/O接口，CPU可以从外部设备输入各种信息，也可将处理结果输出到外设；CPU可以控制I/O接口的工作（向I/O接口写入命令），还可以随时监测与管理I/O接口和外设的工作状态；必要时，I/O口还可以通过接口向CPU发出中断请求。I/O接口的功能命令、数据和状态的缓冲与锁存。因为CPU与外设之间的时序和速度差异很大，为了能够确保计算机和外设之间可靠地进行信息传送，要求接口电路应具有信息缓冲能力。接。

3、口不仅应缓存CPU送给外设的信息，也要缓存外设送给CPU的信息，以实现CPU与外设之间信息交换的同步。信息转换。I/O接口还要实现信息格式变换、电平转换、码制转换、传送管理以及联络控制等功能。总结:输入/输出（Input/Output）接口的作用：接口是完成计算机与外界的数据交换，主机和外部设备两者之间的同步与协调，速度的匹配和数据格式转换的逻辑部件。它是计算机系统的重要组成部分。微处理器CPU存储器I/O接口I/O设备数据总线控制总线地址总线问：为什么外部设备必须要通过接口电路和主机相连，而不能和CPU的数据总线、地址总线及控制总线直接相连？答：外部设备的种类繁多，可以是机械式的，电子式的以及其它形式的；输入输出的信息也不同，可以是数字量，模拟量或开关量；信息传输的速度也有很大区别，如手动键盘输入速度为秒级，而磁盘输入可达1M/S。思考思考问：从时序上看，CPU对外部设备的输入/输出操作和对存储器的读写操作很类似，为什么外部设备需要通过接口电路和主机相连，而存储器不需要接口电路，可以直接连在总线上？答：由于存储器都是用来保存信息的，功能单一，传送方式也单一，一次只传送一个字节或字。

4、，类型也只有只读型和可读/可写型。而且，存储器的存取速度基本上可以和CPU的工作速度相匹配。以上的众多因素决定了存储器可以通过总线和CPU相连，即我们通常所说的直接将存储器挂在系统总线上。思考思考2、接口电路中的信息从含义和功能上来看，数据信息、控制信息和状态信息是各不相同的，必须分别传送，各有通路，我们称这些通路为端口(PORT)，三种端口的集合就是接口。CPU数据端口控制端口状态端口外部设备接口接口电路中通常包含：*数据信息*控制信息*状态信息8088I/O装置I/O端口1I/O端口2I/O端口3数据状态控制8数据端口地址WRRDIORQ8数据来自外设CPU与外设之间的接口在一个外设接口电路中用数据寄存器存放数据，用状态寄存器来存放状态信息，用控制命令寄存器存放控制信息。这些寄存器称为I/O端口，每一个端口有一个端口地址，CPU寻址必须对端口进行而不能笼统的对某个外设。另外，端口寄存器往往是8位的，通常一个外设的数据端口也是8位的，而状态与控制端口往往只用其中的一位或两位，故不同的外设的状态和控制信息可以共用一个端口。什么是端口？注意区分I/O接口与端口I/O接口：将外设连。

5、接到总线上的一组逻辑电路的总称实现外设与主机之间的信息交换I/O端口：接口中的寄存器接口电路中的数据信息数据信息——CPU与外设交换的基本信息就是数据，8位或16位。包括三种类型：(1)数字量：是指由键盘，磁盘等读入的信号，或由CPU送到打印机,显示器等信息,，一般是二进制数，或是以ASCII码表示的数据及字符号。接口电路中的数据信息（2）模拟量：一种连续变化的物理量。当微机系统用于过程控制系统时，则现场多数是模拟量，如温度、压力、流量等，需要通过A/D和D/A转换。（3）开关量：是指可以表示成两个状态的物理量，如开关的“通”与“断”，电机的“运转”与“停止”，可以用一位二进制表示。接口电路中的控制信息控制信息——是CPU控制外设是否进入数据交换工作状态的控制命令，CPU通过接口电路传送给外设，从而达到控制外设的目的。常见的控制信号：外设的启动、停止不同的外设，工作原理不同，其控制信号也会有所不同。接口电路中的状态信息状态信息——是反映当前外设所处的工作状态,是外设通过接口电路向CPU传送的信号。如：输出设备常用BUSY信号来表明现在正处于忙碌状态；输入设。

6、备常用READY信号来表明输入的数据已经准备好。控制信息与状态信息状态信息和控制信息是与数据性质不同的信息，必须分别传送。但在8088和大多数微机中，只有通用的IN和OUT指令来传送。因此外设的状态信息也必须以数据形式输入，CPU的控制信息也必须以数据形式输出。为了使三者之间能区分开，它们必须各自有不同的端口地址。3、接口的类型接口电路大多由接口芯片来实现。（1）接口芯片按通用性可以分为两类：专用接口和通用接口；如：显示控制器，键盘控制器等属于专用接口；而通用接口可以供几类外设使用。3、接口的类型（2）接口芯片按与外设数据的传送方式可以分为并行接口和串行接口。并行接口是指主机与外设之间信息的传送按字节或字进行；串行接口是指主机与外设备之间信息的传送是按通讯规则一位一位进行1、I/O端口的编址(1)I/O端口和存储器统一编址(2)I/O端口独立编址2、I/O端口地址的译码目的：确定端口的地址参加译码的信号：IOR，IOW，A15--A0OUT指令将使总线的IOW信号有效IN指令将使总线的IOR信号有效I/O端口地址的译码当接口只有一个端口时，16位地址。

7、线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I/O端口地址的译码某外设接口有4个端口，地址为2F0H--2F3H，则其基地址为2F0H，由A15--A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个连接2、I/O端口地址译码方法如：8237：A9A8=00，A7A6A5=000；8259：A9A8=00，A7A6A5=001；A4~A0则由具体芯片的连线完成，用于芯片内多个端口的选择。CPU可以通过74LS138与相关的接口芯片相连，参与译码的地址线一般为10条：3、IBMPC/XTI/O端口地址分配IBMPC/XT采用了A0—A910条地址线对I/O端口进行编址，可以有1K个端口。分成两部分：（1）系统板上的I/O芯片和DOS用：000H—1FFH；（2）扩展槽用200H—3FFH。（1）I/O端口和存储器统一编址统一编址方式是外设端口地址和存储器单元地址，共占存储器的地址，即一个外设端口占用一个存储单元地址。CPU对外设端口的读写操作相当于对存储单元的读写操作。。

8、CPU可以采用任意一条访问存储器的指令，访问I/O端口。端口与内存的统一编址特点：指令及控制信号统一内存地址资源减少内存地址960KBI/O地址64KB00000HF0000HFFFFFH（2）I/O端口独立编址独立编址方式是让I/O端口和存储器地址分别建立两个地址空间，独立编址。内存地址I/O地址00000HFFFFFHFFFFH0000H例：已知单元地址为20H，如何区分该单元是在内存还是I/O中？（1）MOVAL,[20H]（2）INAL,20HCPU采用专门的I/O指令去访问I/O端口端口的独立编址特点：内存地址资源充分利用8086/8088CPU采用I/O端口独立编址，设置了专门的I/O指令。能够应用于端口的指令较少端口的独立编址8088总线A19-A0A15-A0MEMR、MEMWIOR、IOW存储器输入/输出端口的独立编址CPU20~1M译码16~64M译码读写控制RDWRM/IO20低16WRWRRDRD......FFFFFH00000H...FFFFH0000H...1M内存64KI/O空间8088/8086的I/O端口编址采用I/O独立编址方。

9、式(但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用IO/M来区分I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15--A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)个I/O地址范围为0--FFFFHIBMPC只使用了1024个I/O地址(0--3FFH)8086/8088的I/O指令（1）直接端口寻址方式对于端口PORT的地址范围是8位，即00H—FFHINAL,PORT;端口PORT的字节信息送ALOUTPORT,AL;将AL的数据信息送到端口PORTINAX,PORT;端口PORT的字信息送AX,即端口;PORT的字节信息送AL，端口;PORT+1的字节信息送AHOUTPORT,AX;将AX的字信息送端口，即AL送端;口PORT，AH送端口PORT+18086/8088的I/O指令（2）间接端口寻址方式对于端口地址大于8位时，必须用间接端口寻址方式：INAL,DX；从DX所表示的端口输入字节数据到ALOUTDX,AL；将AL中的数据输出到以DX表示的端口INAX,DX；从DX所表示的端口输入字数据到AX，即DX；端口的字及到AL，DX+1端口的字节到。

10、AHOUTDX,AX；将AX的字数据输出到以DX表示的端口，即；AL输出到DX端口，AH输出到DX+17.2简单接口电路掌握：接口电路的分类及特点两类简单接口芯片的应用下节一、接口的基本构成数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器(or三态门)数据输出寄存器(锁存器)状态寄存器(or三态门)命令寄存器译码电路控制逻辑接口的基本构成数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的数据命令寄存器——存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式状态寄存器——保存外设当前状态，以供CPU读取接口的基本构成CPUI/O接口外设数据端口地址控制数据状态控制二、接口的类型及特点输入接口：负责把信息从外部设备送入CPU的接口。要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）输出接口：负责将信息从CPU输出到外部设备的接口。要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）三、三态门接口高电平、低电平、高阻态01011高阻高阻010BAE三态输出电路的逻辑EBA三态门原理图三态输出电路≥1≥1VDDAE(ENABLE)T1T2G1G2B触发器只有两个状态：0和1，使。