输入输出接口和中断技术ppt课件

1、第第7 7章章 输入输出接口和中断技术输入输出接口和中断技术n本章内容n根本概念n I/O端口的编址n 输入输出的根本方法：无条件、查询、中断、DMAn中断n中断根本概念n8086/8088中断系统n8259中断控制器*7.1 输入输出接口概述n什么是什么是I/O接口电路？接口电路？nI/O接口是位于系统与外设间、用来协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助完成数据传送和控制义务的逻辑电路nPC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/O总总线槽的电路板适配器都是接口电路线槽的电路板适配器都是接口电路7.1.1 CPU与外设间的衔接与外设间的衔接n外设

2、与外设与CPU的衔接必需经过相应的公用接口。的衔接必需经过相应的公用接口。n接口电路芯片分可编程、不可编程。接口电路芯片分可编程、不可编程。n不同外设有不同编号，类似存储器单元的编不同外设有不同编号，类似存储器单元的编号，即外设有地址。号，即外设有地址。输入输出端口的编址方式n两种端口编址方式两种端口编址方式n一、与存储器一致编址：一、与存储器一致编址：n外设端口作为存储器的一个单元，占据存储器的一外设端口作为存储器的一个单元，占据存储器的一个地址。访问存储器和个地址。访问存储器和 访问外设运用一样的指令。访问外设运用一样的指令。n如如MOTOROLA的产品的产品n二、独立编址：二、独立编址：

3、n外设端口与存储器独立编址。有专门的输入输出指外设端口与存储器独立编址。有专门的输入输出指令。令。n如如INTEL8088/8086、ZILOG的产品。的产品。 8088/8086的输入输出指令n输入指令输入指令nIN AL,i8/DX ;字节输入字节输入nIN AX,i8/DX ;字输入字输入n输出指令输出指令nOUT i8/DX,AL ;字节输出字节输出nOUT i8/DX;字输出字输出功能演示功能演示功能演示功能演示7.1.2 7.1.2 接口电路的根本功能接口电路的根本功能 I/OI/O接口的典型构造接口的典型构造控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控

4、制控制形状形状数据总线数据总线DBCPU外设外设控制存放器控制存放器形状存放器形状存放器数据存放器数据存放器中断控制中断控制命令存放器命令存放器 接口电路的内部构造nCPU与外设主要有数据、形状和控制信息与外设主要有数据、形状和控制信息需求相互交换，于是从运用角度看内部：需求相互交换，于是从运用角度看内部：n 数据存放器数据存放器n保管外设给保管外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据n 形状存放器形状存放器n保管外设或接口电路的形状保管外设或接口电路的形状n 控制存放器控制存放器n保管保管CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令了解端口了解端口 I/O接口的主要功能 对输

5、入输出数据进展缓冲和锁存对输入输出数据进展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 对信号的方式和数据的格式进展变换对信号的方式和数据的格式进展变换微机直接处置：数字量、开关量、脉冲量微机直接处置：数字量、开关量、脉冲量 对对I/O端口进展寻址端口进展寻址 与与CPU和和I/O设备进展联络设备进展联络 7.2 数据传送方式n程序控制下的数据传送程序控制下的数据传送经过经过CPU执行程序中的执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为：指令来完成传送，又分为：n无条件传送无条件传送n查询传送查询传送n中断传送中断传送n直接存储器存取直接存储器存取DMA传送恳

6、求由外设向传送恳求由外设向DMA控制器控制器DMAC提出，后者向提出，后者向CPU恳求总线，恳求总线，最后最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送据传送nI/O处置机处置机CPU委托专门的委托专门的I/O处置机来管理外设，处置机来管理外设，完成传送和相应的数据处置完成传送和相应的数据处置7.2.1 无条件传送方式n在在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以以为与慢速变化的设备交换数据时，可以以为它们总是处于它们总是处于“就绪形状，随时可以进展数据就绪形状，随时可以进展数据传送，这就是无条件传送，或称立刻传送、同步传送，这就是无条件传送，或称立刻

7、传送、同步传送。传送。n适宜于简单设备，如适宜于简单设备，如LED 数码管、按键数码管、按键/按纽等按纽等n无条件传送的接口和操作均非常简单无条件传送的接口和操作均非常简单n这种传送有前提：外设必需随时处于就绪形状这种传送有前提：外设必需随时处于就绪形状传送传送流程流程接口接口实例实例无条件传送：输入例如IOR三三态态缓缓冲冲器器OEI/O安安装装地地址址译译码码器器CSD7D0A15A1A00160HMOV DX, 160HIN AL, DX无条件传送：输入实例MOV DX, 160HIN AL, DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数据总线数据总线CSRD无条件传送：输出例如地

8、地址址译译码码器器数数据据锁锁存存器器A15A0A14-IOWCS0160H输输出出设设备备D7D0MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL无条件传送：输出实例MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL+5V74LS373300 x 8LE OE数据总线数据总线CSWR无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLKLS06反相反相驱动器驱动器LS2738D锁存器锁存器LS244三态三态缓冲器缓冲器8000H译码译码+5VLED0LED7-GIOWIOR无条件传送：输入输出接口next:mov dx,8000h;DX指向数据端口指

9、向数据端口in al,dx;从输入端口读开关形状从输入端口读开关形状not al;反相反相out dx,al;送输出端口显示送输出端口显示call delay ;调子程序延时调子程序延时jmp next;反复反复P248 例例就绪？2. 程序 查询传送nCPU先了解查询外设的任务形状，先了解查询外设的任务形状，在外设就绪可以交换信息的情况下在外设就绪可以交换信息的情况下实现数据的输入或输出实现数据的输入或输出n对多个外设的情况，那么对多个外设的情况，那么CPU按一定顺按一定顺序依次查询轮询。先查询的外设将序依次查询轮询。先查询的外设将优先进展数据交换优先进展数据交换n查询传送的特点是：任务可靠

10、，适用面查询传送的特点是：任务可靠，适用面宽，但传送效率低宽，但传送效率低查询传送的两个环节n查询环节查询环节n寻址形状口寻址形状口n读取形状存放器的标志位读取形状存放器的标志位n假设不就绪就继续查询，直至就绪假设不就绪就继续查询，直至就绪n传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n是输入，经过输入指令从数据口读入数是输入，经过输入指令从数据口读入数据据n是输出，经过输出指令向数据口输出数是输出，经过输出指令向数据口输出数据据输入形状输入形状就绪？就绪？数据交换数据交换YN传送流程传送流程接口实例接口实例 1) 查询输入 P249IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译码1位

11、位三态三态缓冲器缓冲器 A0A1520H21HD0D7D7输入输入设备设备IORSTBRQD查询输入Poll : in al,20H ;读形状端口读形状端口test al,80h ;测试标志位测试标志位D7je poll ;D70，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询in al,21H ;D71，就绪，从数据口输入数据，就绪，从数据口输入数据2、 查询输出8D锁存器锁存器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A1530H31HD0D7D7D+5VACKIOWIOR输出输出设备设备查询输出status:in al,30H;读取形状端口的形状数据读取形状端口的形状数据test al,80h;测

12、试标志位测试标志位D7jnz status;D71，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询 mov al,buf ;D70，就绪，变量，就绪，变量buf送送AL out 31H,al ;将数据输出给数据端口将数据输出给数据端口P251 例例:一个采用查询方式的数据采集系统一个采用查询方式的数据采集系统 例:一个采用查询方式的数据采集系统一个有个模拟量输入的数据采集系统，用查询方式与传送信息，电路如图。 8个输入模拟量，经过多路开关它由端口4输出的3位二进制码D2、D1、D0控制(000相应于UA0输入相应于UA7输入)，每次送出一个模拟量至转换器；同时，转换器由端口4输出的4位控制启动与停顿。转换

13、器的信号由端口2的0输至数据总线;经转换后的数据由端口3输入至数据总线。所以，这样的一个数据采集系统，需求用到3个端口，它们有各自的地址。数据采集过程的程序为：数据采集过程的程序为： STARE: MOV DL,0F8H ;STARE: MOV DL,0F8H ;设置启动设置启动A/DA/D转换的信号转换的信号, ,且低位选通多路且低位选通多路 开关通道开关通道 MOV AX,SEG DSTOR ;MOV AX,SEG DSTOR ;设置输入数据的内存单元地址指针设置输入数据的内存单元地址指针 MOV ES,AXMOV ES,AX LEA DI,DSTOR LEA DI,DSTOR AGAIN

14、 AGAIN：MOV AL,DLMOV AL,DL AND AL,0EFH ; AND AL,0EFH ;使使D4D4 OUT 04,AL ;OUT 04,AL ;停顿停顿A/DA/D转换转换 CALL DELAY ;CALL DELAY ;等待停顿等待停顿A/DA/D转换操作的完成转换操作的完成 MOV AL,DL MOV AL,DL OUT 04,AL ; OUT 04,AL ;选输入通道并启动选输入通道并启动A/DA/D转换转换 POLLPOLL： IN AL,02 ;IN AL,02 ;输入形状信息输入形状信息 SHR AL,1 ;SHR AL,1 ;查查ALAL的的D0D0 JNC

15、POLL ; JNC POLL ;判判READY=1?READY=1?假设假设D0=0,D0=0,未预备好未预备好, ,那么循环再查那么循环再查 IN AL,03 ;IN AL,03 ;假设已预备就绪假设已预备就绪, ,那么经端口将采样数据输入那么经端口将采样数据输入至至A A STOSB ; STOSB ;输入数据转送内存单元输入数据转送内存单元 IN CDL ;IN CDL ;输入模拟量通道增输入模拟量通道增1 1 JNE AGAIN ;8 JNE AGAIN ;8个模拟量未输入完那么循环个模拟量未输入完那么循环 ; ;输入已完输入已完, ,执行别的程序执行别的程序查询方式的EEPROM编

16、程2817AA0A10A0A108000HI/O0I/O7D0D7D0译码译码A11A19译码译码A0A15 RDY/BUSYIORWERDMEMWMEMRCEnext: mov al,55h;写入内容写入内容55Hmov bx,al ;写入存储单元写入存储单元nop;空操作指令，起延时作用空操作指令，起延时作用nopnext1:in al,dx;查询形状口查询形状口test al,01h;测试测试D0jz next1;D00，芯片还在写入，芯片还在写入inc bx;D01，写毕，指针挪动，写毕，指针挪动loop next;循环至全部字节写完循环至全部字节写完7.2.2 中断传送 P252程序

17、程序断点断点主程序主程序中断恳求中断恳求为为外外设设继继续续执执行行前往断点前往断点传送流程传送流程nCPU执行程序时，执行程序时，由于发生了某种随由于发生了某种随机的事件机的事件(外部或外部或内部内部)，引起，引起CPU暂时中断正在运转暂时中断正在运转的程序，转去执行的程序，转去执行一段特殊的效力程一段特殊的效力程序序(称为中断处置称为中断处置程序程序)，以处置该，以处置该事件，该事件处置事件，该事件处置完后又前往被中断完后又前往被中断的程序继续执行，的程序继续执行，这一过程称为中断。这一过程称为中断。提提供供效效力力中断效力程序中断效力程序入口入口中断传送与接口n中断传送是一种效率更高的程

18、序传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式n进展传送的中断效力程序是预先设计好的进展传送的中断效力程序是预先设计好的n中断恳求是外设随机向中断恳求是外设随机向CPU提出的提出的nCPU对恳求的检测是有规律的：普通是在每对恳求的检测是有规律的：普通是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断恳求输条指令的最后一个时钟周期采样中断恳求输入引脚入引脚n本书主要论述中断在输入和输出方面的运用本书主要论述中断在输入和输出方面的运用n中断还有着非常广泛的运用中断还有着非常广泛的运用三态三态缓冲器缓冲器中断传送与接口续D0D7+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器RQ 译码译码8001H中断向量号中

19、断向量号D0D7INTRD输入输入设备设备中断允许中断允许触发器触发器A0A15中断恳求中断恳求触发器触发器IORINTASTB7.2.3 DMA传送方式n希望抑制程序控制传送的缺乏：希望抑制程序控制传送的缺乏：n外设外设CPU存储器存储器n外设外设CPU存储器存储器n直接存储器存取直接存储器存取DMA：不经：不经CPU，不用指令，不用指令n 外设外设存储器存储器DMA写写n 外设外设存储器存储器DMA读读n 扩展：外设扩展：外设 外设外设nCPU出让系统总线输出高阻，由出让系统总线输出高阻，由DMA控制器控制器DMAC接纳系统总线接纳系统总线DMA传送的任务过程 CPU对对DMA控制器进展初

20、始化设置控制器进展初始化设置 外设、外设、DMAC、CPU， 3者经过应对信号建立者经过应对信号建立联络：联络：CPU将总线暂交将总线暂交DMAC控制，事后再将控制，事后再将控制权返还。控制权返还。 DMA传送传送DMA读：存储器读：存储器 外设外设DMA写：存储器写：存储器 外设外设 DMAC的功能：的功能：对存储器寻址地址动加对存储器寻址地址动加1/减减1计数器减计数器减1判别传送能否完成判别传送能否完成传送流程传送流程DMA传送 以DMA 写为例-MEMW-IOR数据总线数据总线地址总线地址总线输输入入设设备备存存储储器器DMACCPUHOLDHLDADMA传送流程HLDA发存储器地址发

21、存储器地址传送数据传送数据传送终了？传送终了？DMA终了终了修正地址指针修正地址指针DMA操作的根本方法n周期挪用：把周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期不访问存储器的那些周期挪用来进展挪用来进展DMA操作。操作。n周期扩展：周期扩展：DMAC发出恳求信号，时钟电路把发出恳求信号，时钟电路把供应供应CPU的时钟周期加宽，的时钟周期加宽，CPU在加宽的时在加宽的时钟周期内不向下操作，以便进展钟周期内不向下操作，以便进展DMA操作。操作。nCPU停机：最常用、简便。停机：最常用、简便。DMAC发出恳求，发出恳求，CPU在当前总线周期终了，让出总线，由在当前总线周期终了，让出总线，由DMAC控制

22、总线进展控制总线进展DMA。DMA传送方式两种n单字节方式：每次单字节方式：每次DMA恳求只传送恳求只传送1个个字节。字节。n字节组传送方式：每次字节组传送方式：每次DMA恳求延续恳求延续传送传送1个数据块。个数据块。传送方式的比较n无条件传送：慢速外设需与无条件传送：慢速外设需与CPU坚持同步坚持同步n查询传送：查询传送： 简单适用，效率较低简单适用，效率较低n中断传送：外设自动，可与中断传送：外设自动，可与CPU并行任务，并行任务，但每次传送需求大量额外时间开销但每次传送需求大量额外时间开销 nDMA传送：传送：DMAC控制，外设直接和存储控制，外设直接和存储器进展数据传送，适宜大量、快速

23、数据传送器进展数据传送，适宜大量、快速数据传送第6章教学要求1. 掌握掌握I/O端口编址方法端口编址方法2.掌握掌握CPU与外设交换信息的方式：无条件、与外设交换信息的方式：无条件、查询传送方式、中断、查询传送方式、中断、DMA3. 了解中断方式了解中断方式5. 了解了解DMA传送的任务过程，掌握传送的任务过程，掌握DMA操操作的根本方法、两种作的根本方法、两种DMA传送方式。传送方式。多种多样的外设n任务原理不同任务原理不同n机械、电子、机电、电磁机械、电子、机电、电磁n传送信息类型多样传送信息类型多样n数字量、模拟量、开关量数字量、模拟量、开关量n传送速度差别极大传送速度差别极大n传送方式不尽一样传送方式不尽一样n串行、并行串行、并行n编码方式不同编码方式不同n二进制、二进制、BCD码、码、ASCII码码输出接口的锁存环节内内部部数数据据总总线线外外部部数数据据引引