计算机输入输出系统与接口技术

第七章第七章 计算机输入计算机输入 输出系统与接口技术输出系统与接口技术 7 1 计算机的输入计算机的输入 输出系统输出系统 一 输入一 输入 输出系统的基本组成输出系统的基本组成 外存储器设备 显示打印设备 输入设备 工业控制设备 通讯设备 CPU 二 接口电路二 接口电路 Interface 计算机的 CPU 和外部设备之间一般不是直接相连的 而是通过一定的接口来连接的 主机和 外设之间的适配电路称为接口电路 相应的程序称为接口程序 为什么要使用接口 1 接口电路使得 CPU 可以管理多个外部设备 2 不同外设的工作方式不同 应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于 CPU 操作的相同工作方式 比如 电压不同 信号方式不同 3 外部设备有些速度快 有些速度慢 接口电路可以实现设备与 CPU 之间的速度匹配 4 有些设备是串行传送数据的 而 CPU 是并行传送数据的 接口电路可以实现串 并行格式 转换 5 CPU 只能读写数字信息 通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出 数 据 总 线 控 制 总 线 地 址 总 线 数据输入寄存器 数据输出寄存器 控制寄存器 状态寄存器 外 部 设 备 数据线 控制线 状态线 总线接口电路I O设备 接口 接口电路和接口程序 三 三 CPU 和输入和输入 输出设备之间传输的信号输出设备之间传输的信号 1 数据信息 数字量 模拟量 开关量 2 状态信息 外设的工作状态 3 控制信息 7 2 微型计算机的常用外部设备微型计算机的常用外部设备 1 输入设备 键盘 鼠标 2 输出设备 显示器 打印机 3 多媒体设备 声卡 图像卡 7 3 总线技术总线技术 Bus 一 为什么要用总线 一 为什么要用总线 1 分散连接结构 2 总线连接方式 总线是连接多个部件的信息传输线 是各部件共享的传输介质 总线要求在任何一个时刻 只允许有一个部件向总线发送信息 而多个部件可以同时从总线上 接收相同的信息 二 两种总线结构二 两种总线结构 1 单总线结构 系统总线 CPU存储器I O接口1I O接口2 外设1外设2 2 双总线结构 CPU 存储器 存储总线 I O接口1I O接口2 外设1外设2 I O总线 三 总线分类三 总线分类 1 片内总线 连接 CPU 内部个部件 寄存器 ALU 等 2 系统总线 包括数据总线 地址总线 控制总线 3 通讯总线 USB 485 总线 串行通信总线 并行通信总线 四 总线标准四 总线标准 为了保证设备接口的通用性 为总线制定了许多国际标准 总线标准可以看作是系统与各模块 之间 模块与模块之间的标准界面 界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面的接口功 能要求 而无需了解其它接口的要求 ISA 总线 PC 机的早期总线标准 8 16 位数据线 20 位地址线 PCI 总线 32 64 位的数据线 64 位地址线 VESA 总线 显示卡专用 AGP 总线 显示卡专用 PCMCIA 总线 常用于移动设备 16 位数据线 26 位地址线 支持 即插即用 SCSI 总线 小型机总线 7 4 基本基本 I O 端口端口 Port CPU 与外设之间的数据传送是通过端口实现的 在一个接口电路中应有一个或几个端口 端 口一般是由寄存器 或锁存器 实现的 每个端口有其单独的地址 一 一 端口编址方式端口编址方式 I O 接口的编址有两种方式 独立编址和与存储器统一编址 1 统一编址 I O 与存储器统一编址就是将 I O 地址看作是存储器的一部分 所用的指令和 访问存储器的指令一样 缺点是需要占用存储器的寻址空间 并且设备读写的速度不能 太慢 MOVXA DPTR 2 独立编址 I O 的地址和存储器的地址是分开的 不占用存储空间 缺点是需要有专门的 I O 读写指令 二 二 8086 的的 I O 指令指令 格式 INAL P8 8 位地址 INAX P16 8 位地址 INAL DX 16 位地址 INAX DX 16 位地址 OUTAL P8 8 位地址 OUTAX P16 8 位地址 OUTAL DX 16 位地址 OUTAX DX 16 位地址 PC 机的编址 0000H 03FFH 系统使用 0400H FFFFH 用户使用 三 三 基本基本 I O 接口电路及接口电路及 I O 端口译码端口译码 A0 Y0 A1 Y1 A2 Y2 A3 Y3 A4 Y4 A5 Y5 A6 Y6 A7 Y7 1G 2G GND VCC 74LS244 片选 数 据 总 线 Y0 A Y1 B Y2 C Y3 Y4 Y5 G1 Y6 G2A Y7 G2B A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 M IO RD 74LS138 D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 OC CLK 片选 74LS373 数 据 总 线 VCC 四 四 输入输出端口使用同一地址输入输出端口使用同一地址 输 出 锁 存 器 输 入 缓 冲 器 端 口 译 码 器 数据总线 地址总线 M IO WR RD 输 出 设 备 输 入 设 备 7 5 中断技术中断技术 一 一 中断的概念中断的概念 1 接口程序的两种方式 查询方式和中断方式 查询方式的接口程序 I O总线 接口1接口2接口3 外设1外设2外设3 状态口 sport1 sport2sport3 数据口 dport1 dport2dport3 ADDR1 INAL SPORT1 CMPAL 0 JNEIAR1 INAL SPORT2 CMPAL 0 JNEIAR2 INAL SPORT3 CMPAL 0 JNEIAR3 JMPADDR1 IAR1 INAL DPORT1 JMPADDR1 IAR2 INAL DPORT2 JMPADDR1 IAR3 INAL DPORT3 JMPADDR1 中断过程是一个由硬件触发计算机系统停止当前执行的程序而运行另一个处理程序的过程 2 中断的过程 取指令 执行指令 中断否 响应中断 断点入栈 调用中断 服务程序 否 是 3 需要解决的问题 1 如何判断有中断 2 如何响应中断 3 如何判断是哪个设备的中断 4 如何调用中断服务程序 5 多个中断同时发生时 如何处理 二 二 8086 的中断系统的中断系统 1 中断引脚 INTR NMI 1 2 3 INTA 中断判断 在一条指令执行完之后 8086CPU 检测 NMI 和 INTR 是否为高电平 如为高电 平 则表示有中断 IF 标志 中断屏蔽标志 当 IF 1 时 检测 INTR IF 0 时 不检测 INTR NMI 不受影响 中断响应 CPU 在上发出两个负脉冲 INTA 2 中断排队电路 中断源 每一个产生中断的接口电路称为一个中断源 排队电路 当多个中断源同时提出请求时 必须对各中断源的请求进行排队 只接受级别 最高的中断源的请求 排 队 电 路 中断源1 中断源2 中断源3 中断源4 INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 排队电路根据优先级的高低 每次输出一个 INTP 3 中断矢量 中断矢量形成电路 INTP1INTP2 INTPn INTR 中断矢量 8位 CPU 通过中断矢量可以知道是哪个中断源发出的中断 80868259A INTR INTA 数据总线 中断源1 中断源2 中断源8 4 8086CPU 的中断过程 CPU 在当前指令执行完之后 检测是否有外部中断 有中断则响应中断 向上发出INTA 两个负脉冲 外设在第二个负脉冲的下降沿之后 将中断矢量发往数据总线 中断矢量 CLK INTA AD7 AD0 5 中断矢量表 CPU 根据中断矢量和中断矢量表查找中断服务程序入口 中断矢量表在内存的一个固定位 置 00000H 003FFH 每个中断占用 4 个字节 共 256 个中断 中断 0中断 0 偏移地址 低 8 位0000 0000 中断 0 偏移地址 高 8 位 中断 0 段地址 低 8 位 中断 0 段地址 高 8 位 中断 1中断 1 偏移地址 低 8 位0000 0004 中断 1 偏移地址 高 8 位 中断 1 段地址 低 8 位 中断 1 段地址 高 8 位 中断 2中断 2 偏移地址 低 8 位0000 0008 6 中断执行过程 1 将标志寄存器入栈 2 将 IF 和 TF 清 0 3 将下一条指令的 CS 和 IP 入栈 4 利用中断矢量在中断矢量表中查找中断服务程序的入口地址 将段和偏移地址放入 CS IP 执行中断服务程序 三 三 中断服务程序中断服务程序 1 中断服务程序的流程 保护现场 服务程序 恢复现场 开中断 中断 返回 2 中断服务程序地址的设置 设置 40H 中断的服务程序入口地址 DATASEGMENT OLDDD DATAENDS CODESEGMENT ASSUMECS CODE DS DATA ES NOTHING START MOVAX DATA MOVDS AX MOVAX 0 MOVES AX CLI MOVBX 40H 4 MOVAX ES BX MOVWORD PTR OLD AX MOVAX ES BX 2 MOVWORD PTR OLD 2 AX LEAAX NEW40 MOVES BX AX MOVAX CS MOVES BX 2 AX STI CLI MOVBX 40H 4 MOVAX WORD PTR OLD MOVES BX AX MOVA