LYF6_通电11(输入输出接口)

1、第七章第七章 输入输出接口输入输出接口一、概述一、概述 速度不匹配速度不匹配； 计算机通过外围设备计算机通过外围设备与与外界通信或交换数据外界通信或交换数据称为称为 “输入输入/输出输出”。在计算机系统中，常用的外围设备有：。在计算机系统中，常用的外围设备有： 键盘、显示器、磁盘机、打印机、模数转换器、数模键盘、显示器、磁盘机、打印机、模数转换器、数模 转换器、调制解调器转换器、调制解调器等。把外围设备同微型计算机连等。把外围设备同微型计算机连 接起来的电路称为接起来的电路称为“外设接口电路外设接口电路”，简称，简称“外设接口外设接口”。 由于外设种类繁多，所处理的信息不同、速度不同等，由于外

2、设种类繁多，所处理的信息不同、速度不同等，因此，主机与外设之间存在下列一些问题因此，主机与外设之间存在下列一些问题： 信号电平不匹配信号电平不匹配； 信号格式不匹配信号格式不匹配； 时序不匹配时序不匹配。对于典型系统，其连接示意图为：对于典型系统，其连接示意图为：因此，主机与外设之间是通过接口进行连接的，如：因此，主机与外设之间是通过接口进行连接的，如： 接口有简单的，如：三态缓冲器、锁存器接口有简单的，如：三态缓冲器、锁存器 ， 也有也有复杂的复杂的,如如:可编程的可编程的8259、8255、8253、8251、8237 。 二、接口的基本结构二、接口的基本结构接口的一般形式为：接口的一般形

3、式为： 接口电路是专门为解决接口电路是专门为解决CPU与外设之间的不匹配、与外设之间的不匹配、不协调工作而设置的，处于总线与外设之间，一般具有不协调工作而设置的，处于总线与外设之间，一般具有下列基本功能：下列基本功能： 设置数据缓冲器设置数据缓冲器解决解决速度速度不匹配不匹配 设置电平转换电路设置电平转换电路解决解决信号电平信号电平不一致问题不一致问题 设置信息转换逻辑设置信息转换逻辑满足各自满足各自 格式要求格式要求(如如A/D、D/A等等) 设置时序控制电路设置时序控制电路实现实现CPU与外设与外设同步同步工作工作三、三、I/O端口的编址端口的编址CPU寻址寻址I/O端口，有两种方式端口，

4、有两种方式统一编址统一编址单独编址单独编址用统一的传送（用统一的传送（MOV）指令）指令用用IN、OUT 指令指令四、四、CPU与外设之间的数据交换与外设之间的数据交换微机中常用的输入微机中常用的输入/输出控制方式一般有三种：输出控制方式一般有三种： 即程序控制方式、中断方式和即程序控制方式、中断方式和DMA 方式方式1、程序控制方式、程序控制方式（1）无条件传送）无条件传送 无条件传送用于能够确信外设已经准备就绪的场合，无条件传送用于能够确信外设已经准备就绪的场合，如读取开关的状态，如读取开关的状态，LED的显示等。的显示等。 无条件传送的接口电路示意如下：无条件传送的接口电路示意如下：教材

5、教材P266图图7.5举例：举例：设设Y=20H，要求扫描开关的状态，当开关闭，要求扫描开关的状态，当开关闭合时，对应的指示灯亮，编程实现上述功能。合时，对应的指示灯亮，编程实现上述功能。查询输入流程如下：查询输入流程如下： 输入状态输入状态READY输入数据输入数据N（2）条件传送（查询方式）条件传送（查询方式）IN AL，22HTEST AL，80HJZ WAIT1WAIT1：IN AL，20H程序段为：程序段为：；查询状态；查询状态；输入数据；输入数据Y查询输出流程如下：查询输出流程如下： 输入状态输入状态BUSY输出数据输出数据YIN AL，22HTEST AL，02HJNZ WAIT

6、2WAIT2：MOV AL， SI 程序段为：程序段为：；查询状态；查询状态；输出数据；输出数据OUT 21H，ALN 某微机系统的输入设备的数据口地址为某微机系统的输入设备的数据口地址为21H，输出设，输出设备的数据口地址为备的数据口地址为22H,状态寄存器的端口地址为状态寄存器的端口地址为20H。当。当状态寄存器的状态寄存器的D0位为位为1，表示数据已准备好，可以输入数，表示数据已准备好，可以输入数据；据；D1位为位为0，表示输出寄存器空，可以输出数据，表示输出寄存器空，可以输出数据。现要。现要求求从输入设备输入数据从输入设备输入数据，经某种处理后，将其，经某种处理后，将其从输出设备从输出

7、设备输出输出，共，共50次。次。举例：举例：2、中断方式、中断方式在第八章中介绍在第八章中介绍3、直接存储器存取（、直接存储器存取（DMA)第八章第八章 中中 断断 本章首先介绍一般本章首先介绍一般中断的基本概念中断的基本概念,第二节介绍第二节介绍8086中断系统，中断系统，然后再介绍然后再介绍可编程中断管理器可编程中断管理器8259A等内容。等内容。利用中断方式，使利用中断方式，使CPU与外设交换数据时，可大大与外设交换数据时，可大大提高提高CPU效率效率，使计算机可进行，使计算机可进行分时操作、实时操作和故障处分时操作、实时操作和故障处理理等；利用等；利用8086的的软中断软中断，还可，还

8、可调用大量为外设服务的调用大量为外设服务的子程序子程序。8.1 中断概述中断概述一、一、二、中断系统功能二、中断系统功能 1、能实现、能实现中断响应、中断服务及中断返回；中断响应、中断服务及中断返回； 2、能实现、能实现中断优先级排队；中断优先级排队； 3、能实现、能实现中断嵌套。中断嵌套。三、中断基本概念三、中断基本概念 中断源中断源引起中断的原因引起中断的原因或或发出发出中断请求中断请求信号的来源信号的来源 中断屏蔽中断屏蔽用用软件的方法软件的方法使请求中断的设备不能产生中断使请求中断的设备不能产生中断 中断嵌套中断嵌套CPU在执行中断服务程序的过程中，在执行中断服务程序的过程中，又有新的

9、又有新的 更高级别的中断源请求中断更高级别的中断源请求中断，CPU中止现行的中止现行的 服务程序服务程序，转去执行更高级别的中断服务程序，转去执行更高级别的中断服务程序， 这种过程称为中断嵌套。这种过程称为中断嵌套。中断中断 中断矢量表中断矢量表每个中断服务程序有一个每个中断服务程序有一个4 字节的入口地址字节的入口地址 CS：IP，中断矢量表用来存放中断服务程序中断矢量表用来存放中断服务程序 的入口地址。的入口地址。 中断优先级中断优先级多个中断源多个中断源同时请求中断时，同时请求中断时，按轻重缓急排按轻重缓急排 队队，CPU先响应级别高的中断，后响应级别低的中断先响应级别高的中断，后响应级

10、别低的中断CPU对对可屏蔽中断可屏蔽中断的优先级设定的方法的优先级设定的方法有两种有两种：软件处理软件处理硬件处理硬件处理优先链优先链菊花链（硬件查询）菊花链（硬件查询）矢量中断优先级矢量中断优先级比较器比较器查询方式查询方式（移位法、屏蔽法）（移位法、屏蔽法）8.2 8086 /8088中断系统中断系统 8086CPU有一个强有力的中断处理系统，能处理有一个强有力的中断处理系统，能处理256种种不同的中断类型，方法简便灵活。不同的中断类型，方法简便灵活。8086中断结构如下所示：中断结构如下所示：一、中断分类一、中断分类1、外部中断、外部中断 非屏蔽中断非屏蔽中断-外部通过外部通过NMI引起

11、引起-自动产生自动产生2中断中断 可屏蔽中断可屏蔽中断-外部通过外部通过INTR引起引起-由由8259管理，管理，CPU 是否响应取决于中断标志是否响应取决于中断标志IF。 IF0 禁止中断禁止中断 (CLI) IF1 允许中断允许中断 (STI)CPU响应响应INTR中断，执行两个中断，执行两个INTA响应周期响应周期二、中断优先级次序二、中断优先级次序内部中断内部中断除法错除法错INTOTNT nNMIINTR单步中断单步中断2、内部中断、内部中断 专用中断：专用中断：0除法出错除法出错 1单步中断单步中断 3断点中断断点中断 4溢出中断溢出中断 软中断：由软中断：由INT n 指令引起的

12、中断指令引起的中断三、中断矢量表三、中断矢量表即中断服务程序入口地址表。即中断服务程序入口地址表。中断矢量表格式为：中断矢量表格式为：设：某中断源类型为设：某中断源类型为0AH，入口为，入口为INTR1。 试为该中断源装填中断向量试为该中断源装填中断向量。四、中断响应过程四、中断响应过程CPU响应可屏蔽中断有响应可屏蔽中断有三个三个条件：条件： 外设有中断请求外设有中断请求； 本中断位未被屏蔽本中断位未被屏蔽； CPU允许中断允许中断。 当三个条件满足，又无更高级的中断处理，当三个条件满足，又无更高级的中断处理，CPU在在当前指令执行结束响应中断当前指令执行结束响应中断。 CPU响应中断后，对

13、外设接口发出两个中断响应信号响应中断后，对外设接口发出两个中断响应信号INTA,外设收到第二个外设收到第二个 INTA以后，向以后，向CPU数据总线提供中断数据总线提供中断矢量。矢量。CPU根据中断矢量，在中断矢量表中，取得对应的根据中断矢量，在中断矢量表中，取得对应的中断服务程序入口中断服务程序入口，并转入相应的中断服务程序。，并转入相应的中断服务程序。 8086的中断响应过程如下所示。的中断响应过程如下所示。8.3 可编程中断控制器可编程中断控制器 8259A 8259A的主要性能有：的主要性能有： 8级中断管理，通过级连可扩至至级中断管理，通过级连可扩至至64级；每级中断均可使级；每级中

14、断均可使之允许或屏蔽；芯片内设有优先级判别电路，与控制电路等之允许或屏蔽；芯片内设有优先级判别电路，与控制电路等共同作用下，选择优先级高的中断类型号传送给共同作用下，选择优先级高的中断类型号传送给CPU。 本节主要介绍本节主要介绍8259A的内部结构、引脚功能、控制字的内部结构、引脚功能、控制字格式及格式及8259A初始化编程。初始化编程。一、一、8259A的内部结构及引脚功能的内部结构及引脚功能1、内部结构、内部结构（1）与）与CPU总线接口总线接口包括：包括：数据总线缓冲器数据总线缓冲器读写控制逻辑读写控制逻辑（2）中断管理器）中断管理器包括：中断请求寄存器包括：中断请求寄存器IRR、中断

15、服务寄存器、中断服务寄存器ISR、中断、中断屏蔽寄存器屏蔽寄存器IMR、优先级管理器、优先级管理器PR及及控制电路控制电路。（3）级联缓冲器）级联缓冲器/比较器扩至比较器扩至64级硬件中断级硬件中断2、引脚功能介绍、引脚功能介绍8259A引脚功能图如下：引脚功能图如下：与系统数据与系统数据总线相连，总线相连，实现实现8259A与与CPU间的间的数据交换数据交换接收接收CPU中断响应中断响应向向CPU发中断请求发中断请求口地址选择口地址选择A0=0 偶地址偶地址A0=1 奇地址奇地址CAS0CAS2主片：输出主片：输出从片：输入从片：输入同名端相连同名端相连: 从片从片/缓冲缓冲I/O设备中断请

16、求设备中断请求输入端输入端即：即：8级硬件中断级硬件中断中断请求可以是中断请求可以是电平或上升沿电平或上升沿触发，由软件设定触发，由软件设定二、二、8259A编程编程 8259A编程分为两种，即：编程分为两种，即：初始化编程初始化编程在在8259A开始正常工作之前，由开始正常工作之前，由CPU送入送入24个个ICW操作操作(工作方式工作方式)编程编程 在初始化之后的任何时间在初始化之后的任何时间写入，动态改变写入，动态改变8259A工作方式工作方式1、8259A初始化编程初始化编程介绍初始化命令字介绍初始化命令字ICW1ICW4初始化命令字完成的功能为：初始化命令字完成的功能为： 设定中断请求

17、信号的触发方式；设定中断请求信号的触发方式； 设定设定8259A的工作方式；的工作方式； 设定设定8259A中断类型号基值；中断类型号基值； 设定优先级方式；设定优先级方式； 设定中断处理结束操作方式。设定中断处理结束操作方式。（1）ICW1芯片控制初始化命令字芯片控制初始化命令字格式格式:A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X 1LTIM XSNGL IC4（2）ICW2设置中断类型基值设置中断类型基值格式格式: A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0T7 T6 T5 T4 T3 0 0 0（2）ICW3主片主片/从片初始化命令字从片初始化命令字格式格

18、式: A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0S7 S6S5S4S3S2S1S0S=0 没挂从片没挂从片 S=1 下挂从片下挂从片主片主片 X X X X XID2ID1ID0从片从片0111（4）ICW4方式控制初始化命令字方式控制初始化命令字格式格式:A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X XSFNMBUF M/SAEOI UPM18259A初始化编程流程为：初始化编程流程为：例例：某：某8259A初始化编程如下初始化编程如下: (设设8259A端口为端口为20H、21) MOVAL, 11H OUT20H, AL MOV AL, 18H OUT 21H,

19、 AL MOV AL, 04H OUT 21H, AL MOV AL, 1DH OUT21H, AL 2、8259A操作编程操作编程介绍操作命令字介绍操作命令字OCW1OCW3 操作命令字决定中断屏蔽、中断优先级次序及中断操作命令字决定中断屏蔽、中断优先级次序及中断结束方式。结束方式。（1）OCW1中断屏蔽字中断屏蔽字格式格式:A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 M7 M6M5M4M3M2M1M01M=0 开放开放 M=1 屏蔽屏蔽（2）OCW2控制中断结束及修改优先权命令字控制中断结束及修改优先权命令字格式格式:A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 R SL

20、 EOI 0 0 L2 L1 L00（3）OCW3管理特殊屏蔽和查询方式管理特殊屏蔽和查询方式格式格式:A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 XESMMSMM 0 1 P RR RS0OCW2命令字功能组合如下：命令字功能组合如下：3、8259A应用编程举例应用编程举例举例举例：（实验七）单个中断源中断：（实验七）单个中断源中断 编程：编程：CPU执行程序时，显示执行程序时，显示MAIN，响应外部，响应外部IRQ7 中断请求时，显示中断请求时，显示7，延时，延时3秒后返回。秒后返回。三、三、8259A的级联的级联作业作业： P308 8.2、8.3题题8.2 已知中断向量表中地

21、址已知中断向量表中地址0020H0023H的单元中依的单元中依次是次是40H，100H，00H，01H，并知，并知 INT 08H 指令本指令本身所在的地址为：身所在的地址为：9000H：00A0H。若。若SP=0100H，SS=0300H，标志寄存器内容为，标志寄存器内容为0240H，试指出在执行，试指出在执行INT 08H 指令，刚进入它的中断服务程序时，指令，刚进入它的中断服务程序时，SP，SS，IP，CS和和栈顶上三个字的内容（用图表示）。和和栈顶上三个字的内容（用图表示）。补充补充： 系统中有三个中断源，从系统中有三个中断源，从8259A的的IR0、IR2、IR4端引入中断，以脉冲触发。中断类型号分别为端引入中断，以脉冲触发。中断类型号分别为50H、52H、54H，中断入口地址分别为，中断入口地址分别为5020H、6100H、3250H，段地址为，段地址为1000H。使用正常全嵌。使用