第6章微机计算机原理及应用 输入输出及中断技术

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 输入输入/输出接口电路及其典型结构输出接口电路及其典型结构 6.1.1 为什么需要接口电路为什么需要接口电路 在微计算机主机与外设之间必须设置一种电在微计算机主机与外设之间必须设置一种电路，能使路，能使CPU和外设间的工作协调起来，达和外设间的工作协调起来，达到信息交换的目的，称为到信息交换的目的，称为输入输入/输出接口电路输出接口电路。6.1.2 接口电路的组成接口电路的组成 接口电路的典型结构图接口电路的典型结构图 CPU外外设设 数据缓冲数据缓冲/锁存器锁存器状态状态寄存器寄存器控制控制寄存器寄存器总线驱动总线驱动地址译码地址译码

2、控制逻辑控制逻辑接接CPU一侧一侧接外设一侧接外设一侧DBABCB数据信息数据信息控制信息控制信息状态信息状态信息端口端口接口内部主要包括一个或多个接口内部主要包括一个或多个CPU可以进行读可以进行读/写操作写操作的寄存器，又称为的寄存器，又称为I/O端口端口。CPU对外设输入对外设输入/输出输出的控制，是通过对接口电路中各的控制，是通过对接口电路中各I/O端口的读端口的读/写操写操作完成。作完成。I/O接口设计一般原则：接口设计一般原则：输入输入必须必须三态三态，输出输出必须必须锁存锁存（1）数据寄存器（数据端口）数据寄存器（数据端口）：存放：存放CPU与外设间传与外设间传送的数据信息。送的

3、数据信息。（2）控制寄存器（控制端口）控制寄存器（控制端口）：存放：存放CPU对外设或接对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式，一口的控制信息，控制外设或接口的工作方式，一般只能写入。般只能写入。（3）状态寄存器（状态端口）状态寄存器（状态端口）：暂存外设的状态信息。：暂存外设的状态信息。6.1.3 I/O端口的编址方式端口的编址方式1、端口与存储器分别、端口与存储器分别独立编址独立编址，采用不同位数编址，采用不同位数编址特点：（特点：（1）端口不占用内存空间）端口不占用内存空间 （2）设有专门的）设有专门的I/O指令对端口进行读写指令对端口进行读写 （3）指令执行时间短）指令执行时

4、间短2、端口与存储器、端口与存储器统一编址统一编址，外设端口作为存储器的一个单元来，外设端口作为存储器的一个单元来对待，编址位数相同对待，编址位数相同特点特点：（：（1）所有对内存操作的指令和寻址方式对）所有对内存操作的指令和寻址方式对I/O端端 口均可用口均可用 （2）不专设）不专设I/O指令指令 （3）不易区分）不易区分I/O端口，内存容量减小端口，内存容量减小6.2 输入输入/输出数据的控制方式输出数据的控制方式nCPU与外设之间数据交换的控制方式有：与外设之间数据交换的控制方式有：程序控程序控制方式、中断控制方式和直接存储器存取制方式、中断控制方式和直接存储器存取（DMA）方式。）方式

5、。6.2.1 程序控制方式程序控制方式n程序控制方式就是依靠程序的控制来实现程序控制方式就是依靠程序的控制来实现CPU和和外设间的数据交换。它又分为：外设间的数据交换。它又分为：无条件传送方式无条件传送方式和程序查询方式（条件传送方式）和程序查询方式（条件传送方式）。 1.无条件传送方式无条件传送方式n假设外设已处于就绪状态，数据传送时，程序假设外设已处于就绪状态，数据传送时，程序不必再去查询外设的状态，而直接执行不必再去查询外设的状态，而直接执行I/O指令指令进行数据传输。进行数据传输。实现方法：实现方法：（1）简单外设做）简单外设做输入输入设备时，直接用三态设备时，直接用三态缓冲器缓冲器与

6、系统数据连接与系统数据连接（2）简单外设做）简单外设做输出输出设备时，输出必须采用设备时，输出必须采用锁存锁存器器（3）与外设速度的匹配通过软件上延时完成）与外设速度的匹配通过软件上延时完成例：用无条件传送方式将例：用无条件传送方式将8位二进制开关设置的状态位二进制开关设置的状态输入后，由输入后，由8个发光二级管个发光二级管LED显示。其电路图如显示。其电路图如下图所示，其中输入缓冲器（下图所示，其中输入缓冲器（74LS244）和输出锁）和输出锁存器（存器（74LS373）均为三态。）均为三态。无条件传送工作方式下的程序如下：无条件传送工作方式下的程序如下：CALL DELAY0 ；等待输入同

7、步；等待输入同步IN AL，PORT0 ；从端口输入；从端口输入8位开关的状态位开关的状态CALL DELAY1 ；等待输出同步；等待输出同步OUT PORT1，AL ；从端口输出，控制；从端口输出，控制LED显示其显示其状态状态程序中的程序中的DELAY0和和DELAY1是用来实现同步的两个是用来实现同步的两个延时子程序。延时子程序。例：用无条件传送方式实现开关状态的输入例：用无条件传送方式实现开关状态的输入,如果开关是闭合的则转去如果开关是闭合的则转去p1位置执行后续程序。位置执行后续程序。MOV DX，FFF7HIN AL，DXTEST AL，01HJZ p1 ;开关闭合则转开关闭合则转

8、.无条件传送特点：无条件传送特点：（1）适用于外设动作时间已知，外设保证）适用于外设动作时间已知，外设保证已准备好的情况。适用于数据传送不频繁已准备好的情况。适用于数据传送不频繁的简单外设操作。的简单外设操作。（2）软硬件十分简单。）软硬件十分简单。 利用三态门芯片利用三态门芯片74LS244作为输入接口，接口地址作为输入接口，接口地址为为40FBH，试画出其与，试画出其与8088系统总线的连接图。系统总线的连接图。 40FBH=01 000000 1 1 1 1 101 1B A14 A7 A6 A5 A4 A3 A1 A0A A1212A A0 0 RD RDA A 1515 与非与非 &

9、A A1414A A131374LS244D D0 0D D7 7GI0I1.I7 . . . 或或1A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5A A6 6A A7 7A A8 8A A1111A A9 9A A1010 或或 1系系 统统 总总 线线DB 2.程序查询（即条件传送）方式程序查询（即条件传送）方式n先读取并测试外设的状态，当外设准备好或空闲时，先读取并测试外设的状态，当外设准备好或空闲时，CPU执行输入或输出指令与外设交换数据。执行输入或输出指令与外设交换数据。实现方法：实现方法：（1）接口电路除了数据端口外，还需要状态端口）接口电路除了数据端口外，还需要状态

10、端口（2）CPU先查询外设状态，外设准备好才传送先查询外设状态，外设准备好才传送特点：特点：（1）CPU通过不断查询外设状态实现与外设的速度通过不断查询外设状态实现与外设的速度匹配匹配（2）CPU工作效率低工作效率低条件传送方式的输入接口电路条件传送方式的输入接口电路例：设一个接口的数据输入端口地址为例：设一个接口的数据输入端口地址为0120H，状态，状态端口地址为端口地址为0124H，状态端口的，状态端口的D4为为1表示输入缓冲表示输入缓冲区中有一个字节数据准备好，可以输入数据到区中有一个字节数据准备好，可以输入数据到BUFFER存储区；为存储区；为0则表示缓冲区空。编写程序用则表示缓冲区空

11、。编写程序用查询方式输入数据。查询方式输入数据。 MOV DX，0124H IN AL，DX TEST AL，10H ；状态查询；状态查询 JZ START ；D4为为0则继续查询状态则继续查询状态 MOV DX，0120H IN AL，DX ；数据输入；数据输入 LEA DI，BUFFER MOV DI，ALSTART:；确定段基址；确定段基址；确定偏移地址；确定偏移地址 ；确定循环次数；确定循环次数；状态查询；状态查询；从外设输入一个字节；从外设输入一个字节；存入内存；存入内存；循环；循环100次，重新读外设状态次，重新读外设状态例：例：CPU与外设采用查询方式传送数据，其数据端口的地址为

12、与外设采用查询方式传送数据，其数据端口的地址为FFE0H ，并于端口，并于端口FFE2H提供状态，当其提供状态，当其D0位为位为1时表明输时表明输入数据准备好。要求从该设备读取入数据准备好。要求从该设备读取100个字节并输入到从个字节并输入到从2000H:2000H开始的内存中。开始的内存中。 MOV AX,2000H MOV DS,AX MOV BX,2000H MOV CX,100 MOV DX,FFE2H IN AL,DX TEST AL,01H JZ STATUS MOV DX,FFE0H IN AL,DX MOV BX,AL INC BX LOOP AGAIN 为什么转到为什么转到A

13、GAINAGAIN，不是到不是到STATUSSTATUS？AGAIN：STATUS：6.2.2 中断控制方式中断控制方式实现方法：实现方法：（1）当外设准备好，向）当外设准备好，向CPU发出中断请求发出中断请求 硬件中断硬件中断非屏蔽中断请求（非屏蔽中断请求（NMI）、）、 可屏蔽中断请求（可屏蔽中断请求（INTR） 软件中断软件中断INT 中断类型码中断类型码（2）CPU发出中断响应信号（发出中断响应信号（INTA）通知外设准备为其服务）通知外设准备为其服务（3）CPU执行完当前指令后暂停当前的程序，转去执行中断执行完当前指令后暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，完成与外设的数据传送服务程

14、序，完成与外设的数据传送（4）CPU从中断服务程序返回，继续执行被中断处的后续程从中断服务程序返回，继续执行被中断处的后续程序序特点：特点：（1）CPU与外设并行工作与外设并行工作（2）提高了）提高了CPU的效率，可对随机事件进行实时处理的效率，可对随机事件进行实时处理6.2.3 直接存储器存取直接存储器存取 （DMA）控制方式）控制方式nDMA控制器（控制器（DMAC）从）从CPU完全接管对总线的控制，数完全接管对总线的控制，数据交换不经过据交换不经过CPU，而直接在内存和，而直接在内存和I/O设备间进行。设备间进行。实现方法：实现方法：（1）外设通过）外设通过DMA控制器向控制器向CPU发出发出DMA请求；请求；（2）CPU响应响应DMA请求，系统转变为请求，系统转变为DMA工作方式，工作方式，CPU被被挂起，并把总线控制权交给挂起，并