微型计算机原理及应用-[7]ppt课件

.,第7章输入输出及中断,7.1I/O接口概述7.2CPU与外设之间数据传送的方式7.3中断技术7.48086/8088的中断系统7.58295A可编程中断控制器,.,7.1I/O接口概述,7.1.1I/O接口的一般结构7.1.2一般I/O接口的基本功能7.1.3一般I/O接口的操作过程,返回,.,7.1.1I/O接口的一般结构,一个简单的外设结构框图见P157图7.1。通过一个外设接口与外设之间交换的信息主要有三类，分别为：数据信息；状态信息；控制信息。以上三种信息应当分别传送。,返回,.,7.1.2一般I/O接口的基本功能,一般I/O接口应举有一下基本功能：地址译码；数据缓冲及锁存；信息转换；对CPU的命令进行译码并提供状态信息；地址译码定时和控制。,返回,.,7.1.3一般I/O接口的操作过程,一般I/O接口的操作过程为：输入操作：CPU将指定外设的端口地址置于地址总线，以选定一个端口；CPU等待数据总线上出现有效的数据；CPU从数据总线上取数据，并放入累加器。输出操作：CPU将指定外设的端口地址置于地址总线，以选定一个端口；CPU将要输出的数据放在数据总线上；CPU等待数据传送完毕的回答信号。,返回,.,7.2CPU与外设之间数传送的方式,在计算机的操作过程中，最基本和最大量的操作就是数据传递。且主要是在CPU、存储I/O接口之间进行。通常采用以下三种I/O传送方式：7.2.1程序控制传送方式7.2.2中断传送方式7.2.3DMA（直接存储器存取）传送方式,返回,.,7.2.1程序控制传送方式,程序控制传送方式是指CPU与外设之间的数据交换在程序控制的方式下进行。又可以分为：无条件传送(同步传送）：是最简单的传送方式，主要用于外设工作时间为已知的场合。有条件传送（查询传递）：又称为“异步传送方式”。当CPU与外设工作不同步时，采用此方式。注意采用此方式传送前，CPU必须先对外设进行状态检测。,返回,.,7.2.2中断传送方式,中断传送方式的特点是允许CPU和I/O设备并行工作。仅当I/O设备数据准备就绪后才向CPU发出中断请求信号。CPU将暂停执行主程序，而转去执行为外设服务的中断服务程序。处理完毕后，在返回到被中断了的主程序继续执行。,返回,.,7.2.3DMA（直接存储器存取）传送方式,DMA传送方式是一种不需要CPU干预也不需要软件接入的高速传递方式。在DMA传送方式中，对数据的传送过程进行控制的是DMAC（DMA控制器）。在微机中实现DMA功能的是8237A芯片，是一种高性能的可编程DMA控制器。,返回,.,7.3中断技术,中断技术源于输入输出，是计算机内部管理的一个重要手段。7.3.1中断概述7.3.2中断处理过程7.3.3中断优先权,返回,.,7.3.1中断概述,中断技术是计算机应用中的一项重要技术，是计算机内部管理的一个重要手段。中断的基本概念中断的分类,返回,.,中断的基本概念,中断：指CPU暂停正在运行的程序而转去执行断服务程序。当处理结束后，返回到主程序被中断处继续执行。中断源：指引起中断的事件或发出中断请求的来源。通常有外部设备、实时时钟、故障源、数据通道中断以及程序自愿中断。中断系统：指为实现中断功能而设置的各种硬件和软件。其中包括中断逻辑控制和管理中断的相应指令。,返回,.,中断的分类,按中断处理方式分：可分为程序中断和简单中断。按中断产生的方式分：可分为自愿中断和强迫断。按引起中断发生的位置分：可分为内部中断和外部中断。,返回,.,7.3.2中断处理过程,中断处理过程是硬件和软件编程相合的过程。有些通过硬件实现，有些则需通过编程实现。各种微型机的中断系统是不相同的，但实现中断的过程都一样。一个完整的中断处理过程包括：中断请求中断响应中断处理中断返回,返回,.,中断请求,当外设需要CPU为其服务时，应向CPU发出“中断请求”信号。发出中断请求信号必须满足以下条件：外设已处于“就绪”状态；外设通过接口电路在CPU的中断请求输入引脚上输入一个请求信号；该中断源未被屏蔽。,返回,.,中断响应,CPU每次只能响应一个中断源的请求。响应的中断是根据中断优先权级别的高低来决定的。CPU响应外部中断请求的条件为：现行指令周期内无总线请求；中断允许标志IF=1；现行指令执行完毕。,返回,.,中断处理,中断处理要完成的操作如下：关中断；保存断点；形成中断入口地址；执行中断服务程序；恢复现场。,返回,.,中断返回,在中断返回前，要用指令开中断，以便CPU再次响应中断。执行返回指令IRET。IRET指令具有弹出断点地址送CS和IP以及恢复标志寄存器内容的功能。,返回,.,7.3.3中断优先权,当系统中有多个中断源时，需要考虑优先权问题。确定中断源的优先权一般采用以下方法：软件查询优先方式：是最简单的中断优先处理方式，接口电路见P172图5.9。硬件优先权排队电路。,返回,.,硬件优先权排队电路,简单硬件方式：链式优先权排队电路（菊花链法），逻辑框图见P173图7.10。专用硬件方式：可编程中断控制器，是当前微机系统中解决中断优先权管理的常用办法。具体内容见本章第五节。,返回,.,7.48086/8088的中断系统,7.4.18086的中断结构7.4.2内部中断软中断7.4.3外部中断硬中断7.4.4各类中断的优先权及中断响应的处理流程,返回,.,7.4.4各类中断的优先权,8086系统中，中断优先权的排队次序由高到低依次为：除法出错；INTn；INTO；NMI；INTR；单步中断。内部中断优先级最高。,返回,.,7.4.18086的中断结构,1.中断源的分类中断源可以分为软件中断和硬件中断。硬件中断由外部硬件产生，也称为外部中断。软件中断由CPU根据软件的某些指令或软件对标志寄存器某个标志位的设置产生，也称为内部中断。2.中断向量表中断服务程序的入口地址被称为中断向量。存放的一段内存空间被称为中断向量表。,返回,.,7.4.2内部中断软中断,在8086系统中，通过执行中断指令或由CPU本身启动的中断称为内部中断，也称软中断。内部中断的类型内部中断的处理过程,返回,.,内部中断的类型,1.0型中断除法出错中断，中断类型号00H。2.1型中断单步中断，中断类型号01H。3.3型中断断点中断，中断类型号03H。4.4型中断溢出中断，中断类型号04H。5.INTn指令中断内部软件中断，中断类型由指令中的n（中断类型码）指定。,返回,.,内部中断的处理过程,1.将类型码4作为向量表指针；2.将CPU标志寄存器入栈；3.清除IF和TF标志；屏蔽新的INTR中断和单步中断；4.保存断点；5.从中断向量表中取中断服务程序的入口地址分别送IP和CS中；6.按新地址执行中断服务程序。,返回,.,7.4.3外部中断硬中断,外部中断是由外部硬件中断源引起的中断，也称为硬件中断。1.外部中断的响应及中断响应周期时序：见P177图7.13。2.外部中断的处理过程：与软中断的处理过程相同。注：8086CPU为外设提供两条中断信号线：NMI非屏蔽中断线，可引入非屏蔽中断。INTR可屏蔽中断线，可引入可屏蔽中断。,返回,.,7.58295A可编程中断控制器,8295A是一个可编程的中断控制器，用于管理可屏蔽中断的中断请求。7.5.18295A的结构、功能及工作原理7.5.28295A的工作方式7.5.38295A的编程7.5.4由8295A组成的主从式中断系统7.5.58295A的级连使用实例,返回,.,7.5.18295A的结构、功能及工作原理,1.8295A的结构：内部结构：见P179图7.15。引脚：见P180图7.16。2.8295A的功能：8295A具有8级优先权控制，通过级联可扩展至64级。每级中断都可屏蔽或允许；在中断响应周期，可提供相应的中断向量号；工作方式可通过编程进行选择。3.工作过程：,返回,.,7.5.28295A的工作方式,8295A具有非常灵活的中断管理方式，可满足用户各种不同的要求。中断嵌套方式中断优先级循环方式中断屏蔽方式中断结束方式,返回,.,中断嵌套方式,全嵌套方式：8259A最常用和最基本的一种工作方式特殊全嵌套方式：当8259A工作在级联情况下时，需要特殊的全嵌套方式，一般用在级联系统中的主片。,返回,.,中断优先级循环方式,自动循环方式：适用于系统中多个中断源的优先级相等的情况。特殊循环方式：用于中断源的优先权需要任意改变的情况。,返回,.,中断屏蔽方式,普通屏蔽方式：用OCW1将IMR寄存器的某一位或几位置1，可将响应的中断请求屏蔽掉。特殊屏蔽方式：可使优先级低的中断也能得到响应。,返回,.,中断结束方式,自动中断结束方式：用于不要求中断嵌套的情况。非自动中断结束方式：用于全嵌套工作方式。特殊中断结束方式：工作在特殊嵌套工作方式时无法确定当前正在处的是哪一级中断，此时须采用此种结束方式。,返回,.,7.5.38295A的编程,8295A的编程分为两部分。1.初始化编程：由CPU向8259A送24个字节的初始化命令字(ICW1ICW4)，要求一次写入，顺序不可颠倒。2.工作方式编程：由CPU向8259A送3个字节的工作命令字(OCW1OCW3)，可在ICW后的任何时间写入。,返回,.,初始化命令字ICW,ICW1基本方式初始化命令字ICW2中断类型码初始化命令字ICW3主片/从片初始化命令字ICW4方式控制初始化命令字注：系统中的每片8259A都要进行初始化，且ICW1ICW4写入的次序固定不变。对每片8259A，ICW1和ICW2必须设置，其他则根据需要设置。ICW1写入偶地址端口，其他写入奇地址端口。,返回,.,工作命令字OCW,8259A有3个工作命令字，它们都需在初始化后在应用程序中进行设置。编程时在次序上没有严格要求，且可根据需要多次进行设置。OCW1中断屏蔽操作命令字