微机原理第六章

1、1 第6章 输入输出及中断技术 2 6.1 输入输出系统 3 了解和掌握： n接口的基本功能接口的基本功能 n端口的概念端口的概念 n端口的编址方式端口的编址方式 nI/O地址译码地址译码 4 一、一、I/O接口 n 接口要解决的问题接口要解决的问题 n 速度匹配速度匹配(Buffer) n 信号的驱动能力信号的驱动能力(电平转换器、驱动器电平转换器、驱动器) n 信号形式和电平的匹配信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) n 信息格式信息格式(字节流、块、数据包、帧字节流、块、数据包、帧) n 时序匹配时序匹配(定时关系定时关系) n 总线隔离总线隔离(三态门三态门) 5 接口的功能 n数据

2、的缓冲与暂存数据的缓冲与暂存 n信号电平与类型的转换信号电平与类型的转换 n增加信号的驱动能力增加信号的驱动能力 n对外设进行监测、控制与管理，中断处理对外设进行监测、控制与管理，中断处理 6 二、二、I/O端口 数据端口数据端口 状态端口状态端口 控制端口控制端口 端口端口 7 I/O端口 CPU 数据数据 状态状态 控制控制 外设外设 I/O接接 口口 DB 8 接口和端口 接口接口1 接口接口2接口接口N 端口端口 1 端口端口 2 端口端口 m 端口端口 1 端口端口 1 端口端口 2 端口端口 2 端口端口 m 端口端口 m 端口端口 编址编址 端口地址端口地址=芯片地址（高位地址）

3、芯片地址（高位地址）+片内地址片内地址 9 三、I/O端口的编址方式 n8086/8088的寻址能力：的寻址能力： n内存：内存： n1MB n端口：端口： n64K个个 n编址方式：编址方式： n与内存统一编址与内存统一编址 n独立编址独立编址 10 端口与内存的统一编址 特点：特点： n指令及控制信号统一；指令及控制信号统一； n内存地址资源减少内存地址资源减少 内存内存 地址地址 960KB I/O地址地址 64KB 00000H F0000H FFFFFH 11 端口的独立编址 特点：特点： n内存地址资源充分利用内存地址资源充分利用 n能够应用于端口的指令能够应用于端口的指令 较少较

4、少 内存内存 地址地址 I/O 地址地址 00000H FFFFFH FFFFH 0000H 12 端口的寻址 n8088/8086寻址端口数：寻址端口数： n64K个个 n寻址端口的信号：寻址端口的信号： nIOR、IOW nA15 A0 13 8088/8086的I/O端口编址 n采用采用I/O独立编址方式独立编址方式(但地址线与存储器共用但地址线与存储器共用) n地址线上的地址信号用地址线上的地址信号用IO/M来区分来区分 nI/O操作只使用操作只使用20根地址线中的根地址线中的16根：根：A15A0 n可寻址的可寻址的I/O端口数为端口数为64K(65536)个个 nI/O地址范围为地

5、址范围为0FFFFH nIBM PC只使用了只使用了1024个个I/O地址地址(03FFH) 14 四、I/O地址的译码 目的：目的： n确定端口的地址确定端口的地址 参加译码的信号：参加译码的信号： nIOR，IOW，高位地址信号高位地址信号 nOUT指令将使总线的指令将使总线的IOW信号有效信号有效 nIN指令将使总线的指令将使总线的IOR信号有效信号有效 15 I/O译码的地址信号 n当接口只有一个端口时，当接口只有一个端口时，16位地址线位地址线一般一般应应 全部参与译码，译码输出直接选择该端口；全部参与译码，译码输出直接选择该端口； n当接口具有多个端口时，则当接口具有多个端口时，则

6、16位地址线的高位地址线的高 位位参与译码（决定接口的基地址），而低位参与译码（决定接口的基地址），而低位 则用于确定要访问哪一个端口。则用于确定要访问哪一个端口。 16 I/O地址译码例 n某外设接口有某外设接口有4个端口，地址为个端口，地址为2F0H 2F3H，由由A15A2译码得到，而译码得到，而A1、A0用用 来区分接口中的来区分接口中的4个端口。试画该接口与系个端口。试画该接口与系 统的连接图。统的连接图。 17 I/O地址译码例 n地址范围：地址范围： n 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 n 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 任意状态任意状态 A11

7、片内地址片内地址 图中不接入图中不接入 18 I/O地址译码例 n译码电路图：译码电路图： 1 A1111 A1010 A1818 A3 3 A2 2 A9 9 A7 7 A4 4 n若数据传送完，若数据传送完，DMA控制器撤销发往控制器撤销发往CPU的的HOLD信号；信号； nCPU检测到检测到HOLD失效后，则撤销失效后，则撤销HLDA信号，并在下一时信号，并在下一时 钟周期重新开始控制总线。钟周期重新开始控制总线。 51 DMA工作方式 n周期窃取：周期窃取： n每个每个DMA周期只传送一个字节或一个字就立即释放周期只传送一个字节或一个字就立即释放 总线。总线。 n数据块传送：数据块传送

8、： nDMAC在申请到总线后，将一块数据传送完后才释在申请到总线后，将一块数据传送完后才释 放总线，而不管中间放总线，而不管中间DREQ是否有效。是否有效。 n直接存取方式：直接存取方式： nDMA的数据传送请求直接发到主存储器，在得到响的数据传送请求直接发到主存储器，在得到响 应后，整个工作过程在应后，整个工作过程在DMA控制器中由硬件完成。控制器中由硬件完成。 周期窃取的DMA方式： N Y N 允许允许DMA DMAC请求总线请求总线 CPU响应响应, DMAC获总线控制权获总线控制权 DMA传送一个数据传送一个数据 块结束？块结束？ 释放总线至少一个总线周期释放总线至少一个总线周期 地

9、址增量，计数器减量地址增量，计数器减量 DMAC释放总线释放总线 Y 测试测试I/O的的DREQ DMA请求？请求？ 53 DMA控制方式 n数据传输数据传输由由DMA硬件来控制，数据硬件来控制，数据直接在内直接在内 存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率。存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率。 n控制复杂，硬件成本相对较高。控制复杂，硬件成本相对较高。 54 6.4 中断技术 55 掌握： n中断的基本概念中断的基本概念 n中断响应的一般过程中断响应的一般过程 n中断向量表及其初始化中断向量表及其初始化 n8088/8086中断系统中断系统 56 一、中断的基本概念 n中断：中断： n

10、CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外外 部或内部部或内部)，引起，引起CPU暂时中断正在运行的程序，暂时中断正在运行的程序， 转去执行一段特殊的服务程序转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服务程序称为中断服务程序 或中断处理程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完，以处理该事件，该事件处理完 后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中 断。断。 57 中断源 n引起引起CPU中断的事件，发出中断请求的来源。中断的事件，发出中断请求的来源。 内部中断内部中断 外部中断外部中断 异常中断异常中断 软

11、件中断软件中断 可屏蔽中断可屏蔽中断 非屏蔽中断非屏蔽中断 异常事件引起异常事件引起 中断指令引起中断指令引起 INTR中断中断 NMI中断中断 58 引入中断的原因 n提高数据传输率；提高数据传输率； n避免了避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了不断检测外设状态的过程，提高了 CPU的利用率。的利用率。 n实现对特殊事件的实时响应。实现对特殊事件的实时响应。 59 二、外部中断响应的一般过程 n中断请求中断请求 n中断源识别及中断判优中断源识别及中断判优 n中断响应中断响应 n中断处理（服务）中断处理（服务） n中断返回中断返回 60 中断请求 n中断请求信号应保持到中断被处理为止；中

12、断请求信号应保持到中断被处理为止； nCPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。响应中断后，中断请求信号应及时撤销。 NMI INTR 61 中断源识别 n软件查询法软件查询法 n中断矢量法中断矢量法 n由中断源提供中断类型号，由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定根据类型确定 中断源。中断源。 中断源识别及判优由硬件系统完成中断源识别及判优由硬件系统完成 62 中断判优 n当有多个中断源同时提出请求时，需要确定当有多个中断源同时提出请求时，需要确定 首先响应哪一个中断源。首先响应哪一个中断源。 n优先级法则优先级法则 n低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源低优先级的中断程序允许被高优

13、先级的中断源 所中断所中断 n排队法则排队法则 n先来先响应先来先响应 中断嵌套中断嵌套 63 中断判优 n软件判优软件判优 n顺序查询中断请求，先查询的先服务顺序查询中断请求，先查询的先服务 n即先查询的优先级别高即先查询的优先级别高 n硬件判优硬件判优 n链式判优、并行判优（中断向量法）链式判优、并行判优（中断向量法） 菊花链逻辑电路菊花链逻辑电路 INTAin IREQ INTR & =1 1 INTAout DB 三态门三态门 中中 断断 向向 量量 码码 E 外设接口外设接口 中断确认中断确认 菊花链菊花链 逻辑电路逻辑电路 65 中断响应 n向中断源发出向中断源发出INTA中断响应

14、信号；中断响应信号； n关中断关中断 n保护硬件现场保护硬件现场 n将将FLAGS压入堆栈压入堆栈 n保护断点保护断点 n将将CS、IP压入堆栈压入堆栈 n获得中断服务程序入口地址获得中断服务程序入口地址 由由 硬硬 件件 系系 统统 完完 成成 66 中断处理 n执行中断服务子程序执行中断服务子程序 n中断服务子程序的特点：中断服务子程序的特点： n为为“远过程远过程” n用用IRET指令返回指令返回 67 中断服务子程序完成的工作 n关中断，保护现场，保护断点，找入口地址关中断，保护现场，保护断点，找入口地址 n保护软件现场（参数）保护软件现场（参数） n开中断（开中断（STI） n中断处

15、理中断处理 n关中断（关中断（CLI） n恢复现场恢复现场 n中断返回中断返回 68 中断返回 n执行执行IRET指令，使指令，使IP、CS和和FLAGS从堆栈弹从堆栈弹 出出 恢复断点和硬件现场恢复断点和硬件现场 中断处理过程流程 69 中断请求 识别中断源 关中断 保护硬件现场 保护断点 确定中断服务 程序入口地址 保护软件现场 开中断 执行中断服务程序 关中断 恢复软件现场 恢复断点 开中断 中断返回 恢复硬件现场 70 三、8088/8086中断系统 内部中断内部中断 外部中断外部中断 异常中断异常中断 软件中断软件中断 非屏蔽中断非屏蔽中断 可屏蔽中断可屏蔽中断 256 个中个中 断

16、源断源 除法错中断除法错中断 溢出中断溢出中断 单步中断单步中断 NMI INTR 中断逻辑中断逻辑 软件中断指令软件中断指令 溢出中断溢出中断 除法错除法错 单步中断单步中断 非屏蔽中断请非屏蔽中断请 求求 中断控中断控 制器制器 8259A PIC 8086/8088CPU8086/8088CPU内部逻辑内部逻辑 断点中断断点中断 可可 屏屏 蔽蔽 中中 断断 请请 求求 n 4 3 0 1 2 8086/8088中断源类型：中断源类型： 72 中断向量表 00000H 003FFH 1KB 73 中断向量表 n存放各类中断的中断服务程序的入口地址；存放各类中断的中断服务程序的入口地址；

17、n每个入口占用每个入口占用4 Bytes，低字为段内偏移，高，低字为段内偏移，高 字为段基址；字为段基址； n表的地址位于内存的表的地址位于内存的00000H003FFH，大，大 小为小为1KB，共，共256个入口。个入口。 74 中断向量表的初始化 n将用户自定义的中断服务程序入口地址放入向将用户自定义的中断服务程序入口地址放入向 量表量表 n注意点：注意点： n向量表所在的段地址向量表所在的段地址=0 n存放子程序入口的单元的偏移地址存放子程序入口的单元的偏移地址=n4 n例：例： n将中断向量码为将中断向量码为48H的服务程序入口地址放入向量的服务程序入口地址放入向量 表表 p275 75 中断向量表的初始化 nMOV AX，0000H nMOV DS，AX nMOV SI，0120H nMOV BX，OFFSET TIMER nMOV SI，BX nMOV BX，SEG TIMER nMOV SI+2，BX 76 8088内部中断与NMI中断 特点：特点： n无INTA周期周期 n中断类型码固定或由指令