第6章-输入输出和中断技术

第6章输入输出及中断技术2主要内容基本概念I/O接口和端口端口的编址方式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3一、基本概念4了解和掌握：I/O接口的基本功能端口的概念及编址方式I/O地址译码1.I/O接口I/O系统的特点复杂性：设备的复杂性，随机事件异步性：操作上的异步性和时间上的任意性实时性：对不同设备提供及时服务与设备无关性：中间环节，I/O接口61.I/O接口接口要解决的问题速度匹配信号的驱动能力信号形式和电平的匹配信息格式时序匹配（定时关系）总线隔离（三态门）直接交互会有干扰，所以要隔离数据的缓冲与暂存电平转换器、信号驱动信号类型转换信号格式转换字节流、块、数据包、帧7接口的功能数据的缓冲与暂存信号电平与类型的转换增加信号的驱动能力对外设进行监测、控制与管理，中断处理2、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存放控制命令（设定接口功能、参数和工作方式）暂存输入输出数据保存外设当前状态，供CPU读取9二、I/O端口数据端口：数据的输入输出双向的状态端口：把外部设备的状态信息送进CPU，通常为输入端口控制端口：把CPU控制信息输出给外部端口端口：接口电路中用于缓存数据及控制信息的部件10I/O端口CPU数据状态控制外设I/O接口DB外设状态控制命令3.I/0端口编址计算机系统中包含各类不同功能的接口电路。每个接口中含1个或多个端口。端口编址为确保CPU能够访问到每个不同的端口寻址端口的方法：先找到端口所在的接口电路芯片在该芯片上找到具体访问的端口若接口中仅有一个端口，则找到芯片即找到端口若接口中有多个端口，则找到芯片后需再找端口11片选片内寻址┅┅┅┅接口1接口2接口N端口1端口2端口m端口1端口1端口2端口2端口m端口m端口地址计算机系统中包含各类不同功能的接口电路。每个接口中含1个或多个端口。I/0端口编址端口编址为确保CPU能够访问到每个不同的端口寻址端口的方法：先找到端口所在的接口电路芯片再在该芯片上找具体访问的端口片选片内寻址若接口中仅有一个端口，则找到芯片即找到端口若接口中有多个端口，则找到芯片后需再找端口每个端口地址=片选地址（高位地址）+片内地址1213I/O端口的编址方式8086/8088寻址端口的能力：内存：1MB端口：64K个端口的编址方式：与内存统一编址独立编址14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64KB00000HF0000HFFFFFH15端口的独立编址特点：内存地址资源充分利用能够应用于端口的指令较少内存地址I/O地址00000HFFFFFHFFFFH0000H16端口的寻址8088/8086寻址端口数：64K个寻址端口的信号：IOR、IOWA15～A0178088/8086的I/O端口编址采用I/O独立编址方式(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)，端口地址资源就非常丰富了。184.I/O地址的译码目的：确定端口的地址，，正好选中你想要的端口参加译码的信号：#IOR，#IOW，高位地址信号产生条件（两组信号组合产生）IO/#M=1#RD=0#WR=0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#IOW=0#IOR=019I/O译码的地址信号当接口只有一个端口时：无片内地址，全部地址信号均为高位地址（可全部参与译码），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。由于端口资源丰富，端口地址译码常采用部分地址译码20I/O地址译码例题某外设接口有4个端口，地址为2F0H——2F3H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来区分接口中的4个端口。试画该接口与系统的连接图。21I/O地址译码例地址范围：××××001011110000××××001011110011任意状态A11片内地址图中不接入22I/O地址译码例译码电路图：≥1A11A10A8A3A2A9A7A4┇&CEA1A0接口芯片IORIOW&23二、简单接口电路24掌握：接口电路的分类及特点；两类简单接口芯片的应用251、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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存放控制命令（设定接口功能、参数和工作方式）暂存输入输出数据保存外设当前状态，供CPU读取272.接口的类型及特点按传输信息的方向分类：输入接口输出接口按传输信息的类型分类：数字接口模拟接口按传输信息的方式分类：并行接口串行接口I/OCPU外设系统总线输出接口要有数据的锁存能力输入接口要有数据的控制能力28接口特点输入接口：要求对数据具有控制能力常用三态门实现输出接口：要求对数据具有锁存能力常用锁存器实现XYCCCPQQ若C=0，则：X=YXYC控制端C=1，则Y=X29接口的功能数据的缓冲与暂存信号电平与类型的转换增加信号的驱动能力对外设进行监测、控制与管理，中断处理303、三态门接口高电平、低电平、高阻态3174LS244含8个三态门的集成电路芯片在外设具有数据保持能力时用来输入接口74LS244应用例教材p245P244图324.锁存器接口特点：具有对数据的锁存能力不具备对数据的控制能力33常用锁存器芯片74LS2738D触发器，不具备数据的控制能力74LS373含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力。既可以做输入接口，也可以做输出接口。P246图34I/O接口综合应用例根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号设输出接口的地址为F0H设输入接口地址为F1H当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上对应显示’0’～’F’7段数码管图见教材p248采用共阳极七段码关DP5610112ed45678cDPbaf10g39acdgefb要使某段亮，则相应Q端输出高电平“1”+5V11111111abcdefgDPQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7D0D7CP～74LS27335符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’01110001根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号设输出接口的地址为F0H，输入接口地址为F1H当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上对应显示’0’～’F’外部设备，需要通过I/O接口与系统连接题目分析：输入设备：4个开关输出设备：1个七段数码管需要1个输入接口，1个输出接口仅给出8位地址，为部分地址译码37O1I1O2I2O3I3O4I4E1K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7abcdefgDP7406反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOWIORY0Y1F0H=11110000F1H=11110001&A6～A4A3A2A1A0D0D1D2D3译码器A7A01主要程序段……Seg7DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H……LEABX,Seg7MOVAH,0GO:INAL,0F1HANDAL,0FHMOVSI,AXMOVAL,［BX+SI］OUT0F0H,ALJMPGO4个开关的不同状态呈现为：0000～1111则：此时AL的值为：0000～1111∵AH=0∴AX=0000～1111读开关状态开关状态的编码开关状态对应的七段码值的编码40三、基本输入/输出方法41基本输入/输出方法无条件传送查询式传送中断方式传送直接存储器存取(DMA)程序控制方式421.无条件传送要求外设总是处于准备好状态优点：软件及接口硬件简单缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄DCPQD0D1输出口地址38F3H输入口地址38F0H+5V1读取开关的状态；实现当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮。无条件传送例442.查询工作方式仅当条件满足时才能进行数据传送；每满足一次条件只能进行一次数据传送。适用场合：外设并不总是准备好对传送速率和效率要求不高工作条件：外设应提供设备状态信息接口应具备状态端口READY?进行一次数据交换读入并测试外设状态YN传送完？Y结束N每满足一次条件只能进行一次数据传送开始查询工作方式流程图超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环复位计时器NY结束N47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数据输出。查询工作方式例题目分析:外设有1位状态位，需要通过输入接口将状态信息输入系统可选择一个三态门或74LS244接口数据需由系统输出，需要通过输出接口可选择74LS273接口输入接口地址=03FBH，bit5=1表示“忙”；输出接口地址=03F8H待输出数据在内存中的首地址=DATA；待输出数据块大小=100B48状态端口D5D7-D0A9|A3≥1&A15|A10≥13F8HA2A1A0GG2AG2BCBA74LS138Y0≥1D7-D0CPQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q074LS273外设D7D6D5D4D3D2D1D0BUSYY33FBHIOWIOR状态端口地址：0000001111111011数据端口地址：0000001111111000LEASI,DATAMOVCX,100AGAIN:MOVDX,03FBHWAITT：INAL,DXTESTAL,20HJNZWAITTMOVDX,03F8HMOVAL，[SI]OUTDX，ALINCSILOOPAGAINHLT读状态进行一次传送Bit5=1?传送完否?修改地址指针初始化YNNY结束控制程序查询工作方式优点：软硬件比较简单缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢51YN1号外设YYYNNN对1号外设服务对2号外设服务对3号外设服务对n号外设服务准备就绪？2号外设3号外设n号外设准备就绪？准备就绪？准备就绪？┇523.中断控制方式特点：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。优点：CPU效率高，实时性好，速度快。缺点：程序编制相对较为复杂。以上三种I/O方式的共性信息的传送均需通过CPU软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）；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。缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度CPUMEMI/O