东北大学微机原理第四讲

微型机原理与程序设计第4讲输入输出接口（Interface）输入输出接口是主机与外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机与外设间的信息交换。输入是指信息从I/O设备进入CPU中；输出是指信息从CPU输送到I/O设备。解决主机和外设在信息形式和工作速度上差异的电路端口端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器。数据端口命令端口状态端口存放数据信息的寄存器称为数据端口。CPU和外设交换的基本信息就是数据。数据信息分为两大类，数字量和模拟量。存放控制命令的寄存器称为命令端口。控制命令是CPU通过接口传送给外设的，以此控制外设的工作。存放外设状态信息的寄存器称为状态端口。状态信息反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。接口是由控制逻辑电路和端口（Port）组成。微型机原理与程序设计第4讲输入输出端口编址独立编址方式存储器映像方式独立编址指的是I/O端口与存储器系统是隔离的。端口存在于一个独立的I/O地址空间里的。由于端口是隔离的，所以使用者可将存储器扩展到最大容量而不必为I/O设备留出存储器空间。独立编址I/O的一个特点是在I/O与CPU之间传送数据时必须使用专用的输入输出指令。存储器映像I/O的端口被视为存储器映像中的一个存储单元。因此存储器映像I/O不使用专用的输入输出指令。相反，它使用任一在CPU与存储器间传送数据的指令。存储器映像方式的最大的优点是硬件电路简单。主要缺点在于一部分存储器被用做I/O映像，这样就减少了可用存储器的数量。微型机原理与程序设计第4讲输入输出接口类型并行接口CPU控制端口状态端口输入/输出数据端口数据总线读出信号写入信号复位输入准备好中断请求地址译码输入设备输出设备数据输入回答数据输入准备好数据输出回答数据输出准备好数据输入数据输出片选A0A1微型机原理与程序设计第4讲输入输出串行接口CPU控制端口状态端口输入数据端口数据总线读出信号写入信号复位输入准备好中断请求地址译码串行输出串行输入控制片选A0A1输出数据端口串行输入并行输出并行输入串行输出发送时钟接收时钟微型机原理与程序设计第4讲输入输出同步通信方式（synchronouscommunication）同步通信方式，是把许多字符组成一个信息组，这样，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息(通常称为信息帧)的开始要加上同步字符，在没有信息要传输时，要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。同步方式下，发送方除了发送数据，还要传输同步时钟信号，信息传输的双方用同一个时钟信号确定传输过程中每1位的位置。微型机原理与程序设计第4讲输入输出异步通信方式（asynchronouscommunication）异步串行数据无需时钟或定时信号即可发送和接收。传输的数据以字符（character）为单位。每帧串行数据通过起始位和停止位来区分字符。当发送一个字符代码时，字符前面要加一个“起始”信号，其长度为一位，极性为“0”，称空号（space）状态。规定在线路不传送数据时全部为“1”，称传号（mark）状态。字符后边要加一个“停止”信号，其长度为1、1.5或2位，极性为“1”。字符本身的长度5~8位数据，视传输的数据格式而定。由起始位、数据位、校验位、停止位四部分构成一个数据帧。传送时，字符可以连续发送，也可以单独随机发送，不发送字符时线路保持“1”状态。字符发送的顺序是先低位后高位。微型机原理与程序设计第4讲输入输出每帧包含一个起始位，7个数据位、一个奇偶校验位以及一个停止位。微型机原理与程序设计第4讲输入输出串行通讯分类全双工半双工单工微型机原理与程序设计第4讲输入输出波特率发送的使用的用于决定数据位宽度的时钟称为发送时钟接收端使用的用于测定每一位输入数据位宽度的时钟称为接收时钟发送/接收时钟决定了每一位数据的位宽度，所以发送/接收时钟频率的高低决定串行通信双方发送/接收字符数据的速度。发送/接收时钟单位时间内传送二进制数据的位数，单位为位/秒（b/s）一个数据帧包括12位（一个起始位，8个数据位，1个偶校验位，2个停止位）传输速率为1200b/s时，每秒最大所能传送的字符是1200/(1+8+1+2)=100个。微型机原理与程序设计第4讲输入输出2.输入输出方式输入输出方式指的是主机与外设之间数据传送的途径和方法。程序直接控制方式检查状态标记准备就绪？交换数据是否开始预置传送参数启动外设取外设状态外设准备就绪？传送一次数据修改传送参数传送完否？结束NNYY微型机原理与程序设计第4讲输入输出微型机原理与程序设计第4讲输入输出中断方式工作完成工作完成响应中断返回响应中断返回启动中断请求中断请求现行程序中断服务程序外部设备CPU中断源和中断请求信号中断源是指中断请求的来源，即引起计算机中断的事件。通常，一台计算机允许有多个中断源。由于每个中断源向CPU发出中断请求的时间是随机的，为了记录中断事件并区分不同的中断源，采用具有存储功能的触发器来记录中断源，这个触发器称为中断请求触发器（INTR）。当某一个中断源有中断请求时，其相应的中断请求触发器置成“1”状态，表示该中断源向CPU提出中断请求。中断请求触发器可能分散在各个中断源中，也可能集中到中断接口电路中，在中断接口电路中，多个中断请求触发器构成一个中断请求寄存器。中断请求寄存器的每一位对应一个中断源，其内容称为中断字或中断码。中断字为“1”的位就表示对应的中断源有中断请求。微型机原理与程序设计第4讲输入输出中断请求信号的传送独立请求线每个中断源单独设置中断请求线，将中断请求信号直接送往CPU，这种方式的特点是CPU在接到中断请求的同时就知道了中断源是谁，其中断服务程序的入口地址在哪里。这有利于实现向量中断，提高中断的响应速度。如第三章中的51系列单片机就是这种形式。独立请求线硬件代价较大，且CPU所能连接的中断请求线数目有限，难以扩充。微型机原理与程序设计第4讲输入输出公共请求线多个中断源共有一根公共请求线，这种方式的特点是在负载允许的情况下，中断源的数目可随意扩充；但CPU在接到中断请求后，必须通过软件或硬件的方法来识别中断源，然后再找出中断服务程序的入口地址。8086的中断就是这种形式。微型机原理与程序设计第4讲输入输出二维结构将中断请求线连成二维结构，同一优先级别的中断源，采用一根公用线的请求线；不同请求线上的中断源优先级别不同。这种方式综合了前两种方式的优点，在中断源较多的系统中常采用这种方式。微型机原理与程序设计第4讲输入输出中断响应CPU响应中断必须满足下列条件：①CPU接收到中断请求信号。首先中断源要发出中断请求，同时CPU还要接收到这个中断请求信号。②CPU允许中断。CPU内部有一个中断允许触发器（EINT），只有当EINT=1时，CPU才可以响应中断源的中断请求（中断允许）；如EINT=0，CPU处于不允许中断状态，即使中断源有中断请求，CPU也不响应（中断关闭）。通常，中断允许触发器由开中断指令来置位，由关中断指令或硬件自动使其复位。允许中断通常由CPU的开中断指令实现。③一条指令执行完毕，这是CPU响应中断请求的时间限制条件。一般情况下，CPU在一条指令执行完毕且没有更紧迫的任务时才能响应中断请求。中断响应是当CPU发现已有中断请求时，中止现行程序执行，并自动引出中断处理程序的过程。微型机原理与程序设计第4讲输入输出中断处理一次中断处理过程中断请求中断判优中断响应中断服务中断返回微型机原理与程序设计第4讲输入输出中断屏蔽中断源发出中断请求之后，这个中断请求并不一定能真正送到CPU去，在有些情况下，可以用程序方式有选择的封锁部分中断，这就是中断屏蔽。如果给每个中断源都相应地配备一个中断屏蔽触发器（MASK），则每个中断请求信号要受到屏蔽触发器的控制。当MASK=1，表示对应中断源的请求被屏蔽，可见中断请求触发器和中断屏蔽触发器是成对出现的，只有当INTRi=1（中断源有中断请求），MASKi=0（该级中断未被屏蔽），才允许对应的中断请求送往CPU微型机原理与程序设计第4讲输入输出按照是否可以被屏蔽，可将中断分为两大类：不可屏蔽中断（又叫非屏蔽中断）和可屏蔽中断。不可屏蔽中断源一旦提出请求，CPU必须无条件响应，而对可屏蔽中断源的请求，CPU可以响应，也可以不响应。CPU一般设置两种中断请求输入线：可屏蔽中断请求INTR和不可屏蔽中断请求NMI。微型机原理与程序设计第4讲输入输出直接存储器存取方式微型机原理与程序设计第4讲输入输出3.输入输出设备数字信号输入输出设备模拟输入输出设备机-机通信设备人机交互设备