输入输出和中断技术1ppt课件

1、第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术6.1 输入输出及接口输入输出及接口6.2 输入和输出的传送方式输入和输出的传送方式6.3 中断技术中断技术6.4 80X86/Pentium中断系统中断系统6.5 8259A可编程中断控制器可编程中断控制器6.6 中断程序设计中断程序设计第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术6.1 输入输出及接口输入输出及接口接口接口 I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制义务的逻辑电路，它不仅包括接数据传送和控制义务的逻辑电路，它不仅包括接口的电路，还包括接口电路的管理驱动程序。口的电路，还

2、包括接口电路的管理驱动程序。为什么需求为什么需求I/O接口接口I/O设备任务速度不同设备任务速度不同I/O设备数据字长不同设备数据字长不同I/0设备能够是模拟或数字的设备能够是模拟或数字的I/O设备的控制信号不同设备的控制信号不同第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O接口接口I/O的功能的功能输入输出数据的缓冲和锁存输入输出数据的缓冲和锁存输出接口有锁存环节输出接口有锁存环节输入接口有缓冲环节输入接口有缓冲环节信号方式和数据格式的变换信号方式和数据格式的变换I/O端口寻址、控制信号产生端口寻址、控制信号产生电气特性匹配电气特性匹配I/O信息信息数据信息：数字量、模拟量、开关量

3、数据信息：数字量、模拟量、开关量形状信息形状信息控制信息控制信息第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O接口的构成接口的构成端口：端口： I/O接口通常设置有假设干个存放器，用来暂存接口通常设置有假设干个存放器，用来暂存CPU和外设和外设之间传输的数据、形状和控制信息之间传输的数据、形状和控制信息,接口内的存放器通常被称为端口。接口内的存放器通常被称为端口。根据存放器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和形根据存放器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和形状端口状端口每个端口有一个独立的地址，每个端口有一个独立的地址，CPU可以用端口地址代码来区别各个可以用端口

4、地址代码来区别各个不同的端口，并对它们分别进展读不同的端口，并对它们分别进展读/写操作写操作第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O端口端口第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O端口端口第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O接口的编址接口的编址存储器映象编址存储器映象编址I/OI/O单独编址单独编址属性属性一致编址一致编址单独编址单独编址运用运用motorola的的M6800系列，系列， iMCS51系列系列80X86 ,MCS96系列，系列，Z80系列系列特点特点1.I/O1.I/O端口相当于内存的一部分端口相当于内存的一部分, ,使内存容

5、量减小使内存容量减小2.2.对对I/OI/O端口的读端口的读/ /写与对存储写与对存储器的读器的读/ /写一样，一切可对内存写一样，一切可对内存操作的指令对操作的指令对I/OI/O端口均可运用端口均可运用3.3.指令系统中不专设指令系统中不专设I/OI/O指令指令1.1.端口与存储器分别独立编端口与存储器分别独立编址，端口不占用内存空间址，端口不占用内存空间2.2.设有专门的设有专门的 I/O I/O指令对端指令对端口进展读写，内存操作的指口进展读写，内存操作的指令不能用于令不能用于I/OI/O端口端口第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术I/O接口的编址接口的编址独立编址独立编址

6、一致编址一致编址第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术端口地址译码端口地址译码门电路译码门电路译码门电路译码是最根本的也是最简单的地址门电路译码是最根本的也是最简单的地址译码方法，通常采用各种门电路，如与门、译码方法，通常采用各种门电路，如与门、或门、非门等电路的组合。或门、非门等电路的组合。 设计时首先分配好地址，然后写成二进制设计时首先分配好地址，然后写成二进制方式，再根据地址总线数分配各与非门输方式，再根据地址总线数分配各与非门输入管脚地址。入管脚地址。门电路译码需求芯片较多，且译出的端口门电路译码需求芯片较多，且译出的端口地址单一，接口中用到的端口地址不能更地址单一，接口中

7、用到的端口地址不能更改改第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术门电路译码门电路译码【例】设计端口地址为【例】设计端口地址为218H的译码电路的译码电路分析：分析：CPU执行执行IN/OUT指令时，发出端口的地址信指令时，发出端口的地址信号号 MOV DX, 218H IN AL, DX 或或 OUT DX, AL对应对应218H端口的地址信号为只取端口的地址信号为只取A9A0： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 (地地址信号址信号) 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 B 2 1 8 H只需满足此地址取值的译码电路均可只需满足此地址取值的译码电路均可第

8、第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术门电路译码门电路译码译码电路部分满足：译码电路部分满足：只当地址信号只当地址信号A9 A0为：为：A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0即即218H时，输出时，输出“0 ， 使使I/O接口的接口的CS有效有效否那么输出否那么输出“1 使使I/O接口的接口的CS无效无效地址重叠地址重叠(16根地址线根地址线)：64个地址重叠区，如个地址重叠区，如218，618, A18，E18 等等等等第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术译码器译码译码器译码假设接口电路中需运用多个端口地址，

9、那假设接口电路中需运用多个端口地址，那么采用译码器译码比较方便。么采用译码器译码比较方便。译码器的型号很多，如译码器的型号很多，如38译码器译码器74LS；416译码器译码器74LS154；双；双24译码器译码器74LS、74LS155等。等。这些译码器通常由三个部分组成：译码控这些译码器通常由三个部分组成：译码控制端，选择输入端，译码输出端。制端，选择输入端，译码输出端。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术译码器译码译码器译码当端口地址信当端口地址信号为：号为：A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0即即 218H时时,

10、Y0输出输出0，I/O接接口的口的CS有效有效第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术比较器译码比较器译码将比较器的将比较器的A(A(或或B)B)输入端输入地址信号，输入端输入地址信号，B(B(或或A)A)端接一组端接一组DIP(Dual In-line Package)DIP(Dual In-line Package)开关。地开关。地址总线所送的地址与址总线所送的地址与DIPDIP所设置的地址相等时，产所设置的地址相等时，产生一选通讯号输出。生一选通讯号输出。特点：特点：可以经过改动可以经过改动DIPDIP开关的设置，很容易地改动接口开关的设置，很容易地改动接口的地址。的地址。不但

11、同一功能的模块在不同微型计算机运用中可不但同一功能的模块在不同微型计算机运用中可以被分配不同的地址，而且即使在同一微型计算以被分配不同的地址，而且即使在同一微型计算机系统中，也可经过改动机系统中，也可经过改动DIPDIP开关的设置而控制不开关的设置而控制不同的设备同的设备. .。这种译码电路运用非常广泛，常用的比较器有四这种译码电路运用非常广泛，常用的比较器有四位比较器位比较器74LS8574LS85和八位比较器和八位比较器74LS68874LS688。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术比较器译码比较器译码第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术锁存和缓冲锁存和缓冲输

12、入接口的锁存和缓冲输入接口的锁存和缓冲内内部部数数据据总总线线外外部部数数据据引引脚脚锁存控制锁存控制锁存器锁存器缓冲器缓冲器DCDCDCQQQ选通选通第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术锁存和缓冲锁存和缓冲输出接口的锁存和缓冲输出接口的锁存和缓冲内内部部数数据据总总线线外外部部数数据据引引脚脚锁存控制锁存控制DCQDCQDCQ读数据读数据第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术6.2 输入输出的传送方式输入输出的传送方式程序控制的输入输出程序控制的输入输出无条件传送无条件传送查询传送查询传送中断控制的输入输出中断控制的输入输出直接存储器访问方式直接存储器访问方式DMA

13、第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术无条件传送方式无条件传送方式所谓无条件，就是假设外设已处于就绪形状，数所谓无条件，就是假设外设已处于就绪形状，数据传送时，程序就不用再去查询外设的形状，而据传送时，程序就不用再去查询外设的形状，而直接执行直接执行I/O指令进展数据传输，如指令进展数据传输，如LED等。等。当简单外设作为输入设备时，其输入数据的坚持当简单外设作为输入设备时，其输入数据的坚持时间相对于时间相对于CPU的处置时间要长得多，所以可直的处置时间要长得多，所以可直接运用三态缓冲器与系统数据总线相连。接运用三态缓冲器与系统数据总线相连。当简单外设作为输出设备时，由于外设的速度

14、较当简单外设作为输出设备时，由于外设的速度较慢，慢，CPU送出的数据必需在接口中坚持一段时间，送出的数据必需在接口中坚持一段时间，以顺应外设的动作，因此输出采用锁存器。以顺应外设的动作，因此输出采用锁存器。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术无条件传送方式无条件传送方式第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术无条件传送方式无条件传送方式第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询传送方式查询传送方式查询传送方式在传送数据前先查询外设的形状，查询传送方式在传送数据前先查询外设的形状，当外设预备好时，当外设预备好时，CPU执行执行I/O指令传送数据；假指令传送数据

15、；假设未预备好时，那么设未预备好时，那么CPU等待。等待。要求要求CPU与外设间的接口电路需求两个端口：数与外设间的接口电路需求两个端口：数据端口和形状端口。据端口和形状端口。优点：能较好地协调外设与优点：能较好地协调外设与CPU之间的定时关系，之间的定时关系，因此比无条件传送方式容易实现准确传送。因此比无条件传送方式容易实现准确传送。缺陷缺陷:该方式需求不断查询外设的形状，大量时间该方式需求不断查询外设的形状，大量时间花在等待循环中，当主机与中、低速外设交换信花在等待循环中，当主机与中、低速外设交换信息时，大大降低了息时，大大降低了CPU利用率。利用率。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输

16、出和中断技术查询传送方式查询传送方式第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询传送方式输入查询传送方式输入第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询传送方式输入查询传送方式输入例：设接口电路中形状端口的地址为例：设接口电路中形状端口的地址为STATUS，数，数据端口的地址为据端口的地址为DATA，那么，那么CPU读取输入设备读取输入设备的数据应执行以下程序段：的数据应执行以下程序段： POLL: IN AL, STATUS ； TEST AL, 80H ； JE POLL ； IN AL, DATA ；第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询传送方式输出查

17、询传送方式输出第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询传送方式输出查询传送方式输出例：设接口电路中形状端口的地址为例：设接口电路中形状端口的地址为STATUS，数，数据端口的地址为据端口的地址为DATA，那么，那么CPU将内存将内存STORE单元的内容送至输出设备应执行以下程序段：单元的内容送至输出设备应执行以下程序段： POLL: IN AL, STATUS ； TEST AL, 80H ； JNE POLL ； MOV AL, STORE ； OUT DATA， AL ；第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断控制的输入输出中断控制的输入输出含义含义: :在中断

18、方式下，外设掌握向在中断方式下，外设掌握向CPUCPU恳求效力的自动权，恳求效力的自动权，当输入设备将数据预备好，或者输出设备已做好接纳数据当输入设备将数据预备好，或者输出设备已做好接纳数据的预备时，向的预备时，向CPUCPU发出中断恳求信号，要求发出中断恳求信号，要求CPUCPU为其效力。为其效力。假设此时中断允许触发器是开放的，那么假设此时中断允许触发器是开放的，那么CPUCPU暂停目前的暂停目前的任务，与外设进展一次数据传输，等任务，与外设进展一次数据传输，等I/OI/O操作完成以后，操作完成以后，CPUCPU继续执行原来的程序。继续执行原来的程序。优点优点: :保证了保证了CPUCPU

19、对外设的实时效力，又不会因对各对外设的实时效力，又不会因对各I/OI/O设设备的随时照顾而破费备的随时照顾而破费CPUCPU太多的机时，使高速运转的太多的机时，使高速运转的CPUCPU与与速度参差不齐的各种外设之间构成了良好的匹配速度参差不齐的各种外设之间构成了良好的匹配( (并行任并行任务务) )关系，确保了关系，确保了CPUCPU的高效率。的高效率。缺陷缺陷: :为了实现中断传送，要求在为了实现中断传送，要求在CPUCPU与外设之间设置中断与外设之间设置中断控制器，添加了硬件开销。控制器，添加了硬件开销。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断控制的输入输出中断控制的输入输出

20、第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断控制的输入输出中断控制的输入输出第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术直接存储器访问直接存储器访问(DMA)DMADMA控制器从控制器从CPUCPU完全接纳对总线的控制，完全接纳对总线的控制，数据交换不经过数据交换不经过CPUCPU，而直接在内存和，而直接在内存和I/OI/O设备之间进展。设备之间进展。优点优点: :传送速率很高，这对高速度大批量数传送速率很高，这对高速度大批量数据传送特别有用。据传送特别有用。缺陷缺陷: :要求设置要求设置DMADMA控制器，电路构造复杂，控制器，电路构造复杂，硬件开销大硬件开销大第第6章章 输

21、入输入/输出和中断技术输出和中断技术直接存储器访问直接存储器访问(DMA)第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术6.3 中断技术中断技术中断源中断源中断处置过程中断处置过程中断效力子程序中断效力子程序中断系统的功能：中断系统的功能：1 1、正确识别中断恳求，实现中断呼应、中断处置及中断前、正确识别中断恳求，实现中断呼应、中断处置及中断前往往2 2、实现中断优先级排队、实现中断优先级排队3 3、实现中断嵌套、实现中断嵌套第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断的分类中断的分类中断分为内部中断和外部中断，每种又包中断分为内部中断和外部中断，每种又包含几种类型，中断时产生一

22、条含几种类型，中断时产生一条INT n指令，指令，n表示不同的中断类型号。表示不同的中断类型号。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术内部中断和外部中断内部中断和外部中断内部中断软件中断内部中断软件中断CPU内部执行程序时本身产生的中断内部执行程序时本身产生的中断如被如被0除、溢出、除、溢出、INT n等等外部中断硬件中断外部中断硬件中断CPU以外的设备、部件产生的中断以外的设备、部件产生的中断非屏蔽中断非屏蔽中断如电源掉电、内存奇偶错等缺点中断如电源掉电、内存奇偶错等缺点中断可屏蔽中断可屏蔽中断如打印机、如打印机、CRT、磁盘等输入输出设备、磁盘等输入输出设备中断中断第第6章章

23、输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断处置过程中断处置过程中断恳求中断恳求中断判优中断判优中断呼应中断呼应中断处置中断处置中断前往中断前往第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断的优先权中断的优先权软件排优软件排优硬件排优硬件排优链式电路判优链式电路判优可编程中断控制器可编程中断控制器第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术软件查询判优软件查询判优第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术软件查询判优软件查询判优第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术查询程序两种安排方式查询程序两种安排方式1屏蔽法MOV DX, 380HIN AL,DXTEST

24、AL, 80HJNZ AlSTEST AL, 40HJNZ BISTEST AL, 20HJNZ CIS 2位移法位移法MOV DX, 380HIN AL,DXRCL AL, 1JC AISRCL AL, 1JC BISRCL AL, 1JC CIS 第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术链式电路判优链式电路判优处于链条前端的优先权更高处于链条前端的优先权更高(p239, 图图6-24)第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断的嵌套中断的嵌套第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术6.4 80X86/Pentium中断系统中断系统第第6章章 输入输入/输出和

25、中断技术输出和中断技术中断类型中断类型内部中断软件中断内部中断软件中断除零中断除零中断n0单步中断单步中断n1 条件：条件：TF1且且IF1断点中断断点中断n3溢出中断溢出中断n4 条件：条件：OF1中断指令中断指令 INT n外部中断硬件中断外部中断硬件中断非屏蔽中断非屏蔽中断n2可屏蔽中断可屏蔽中断 条件：条件：IF1中断优先权高中断优先权高低低 除零中断、除零中断、INT n、INTO、NMI、INTR、单、单步中断步中断第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断向量表中断向量表中断向量是中断效力程序的入口地址。 把系统中一切的中断向量集中起来放到存储器的某一区域内，这个存放

26、中断向量的存储区就叫中断向量表或中断效力程序入口地址表。中断向量表的每一个向量的序号就是中断类型号，共256个中断类型。中断向量地址中断类型号4中断矢量表地址03FFH1KB第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断向量表中断向量表中断向量并非常驻内存，而是开机上电时，中断向量并非常驻内存，而是开机上电时，由程序装入内存指定的中断向量表中。由程序装入内存指定的中断向量表中。系统配置和运用的中断所对应的中断向量系统配置和运用的中断所对应的中断向量由系统软件担任装入。由系统软件担任装入。假设系统中如单板机未配置系统软件，假设系统中如单板机未配置系统软件，就要由用户自行装入中断向量。就要

27、由用户自行装入中断向量。第第6章章 输入输入/输出和中断技术输出和中断技术中断向量表中断向量表例例1：假设中断向量号为：假设中断向量号为60H，中断效力程序的段基址是，中断效力程序的段基址是SEG_INTR，偏移地址是，偏移地址是OFFSET_INTRCLI ；关中断；关中断CLD ；内存地址加；内存地址加1MOV AX，0 MOV ES，AX ；给；给ES赋值为赋值为0MOV DI，60H*4 ；中断向量指针；中断向量指针DIMOV AX，OFFSET_INTR ；中断效力程序偏移值；中断效力程序偏移值AXSTOSW ；AXDIDI+1中，然后中，然后DI2MOV AX，SEG_INTR ；中断效力程序的段基；中断效力程序的段基址址AXSTOSW ；AXDI+2DI+3STI ；关中断；关中断第第6章章 输入输入/