微型计算机原理及应用第6章课件

第6章输入/输出及中断

计算机的输入输出系统也称I/O系统，其功能是完成计算机与外部设备之间的信息交换。6.1输入/输出接口

1．I/O接口一般结构及工作过程●接口电路通过系统总线AB、CB和DB与CPU连接；通过数据线D、控制线C和状态线S与外部设备连接。●外部设备控制器通过接口电路状态线S，把设备当前的工作状态信息传送给CPU。●外部设备控制器通过接口电路控制线C接受CPU发给的控制命令。●在控制命令的作用下，外部设备控制器通过数据线与CPU实现数据信息交换。第6章输入/输

I/O接口电路信息传送示意图I/O接口电路信息传送示意图

实际上，接口电路与外部设备控制器连接的数据线、控制线和状态线分别对应三个不同的端口地址，即数据端口D、控制端口C、状态端口S。数据端口是CPU对外设进行数据处理的目标端口；控制口、状态口的根据需要各设1根（或1根以上）线即可满足控制信息的要求，这一根线连接在数据总线DB的某一位；

CPU是通过地址总线发出目标地址信息选中某一端口的，然后通过数据总线读取状态信息或发出控制命令。实际上，接口电路与外部设备控制器连接的数据线、控2.输入/输出编址及寻址（1）独立编址及寻址所有外设的信息所在的位置称为端口。将所有端口进行独立编址，即每一端口规定一确定的地址编码。在80x86系统中，独立编址的I/O端口的地址范围为：

0000H～0FFFFH。

访问独立编址的I/O端口，必须使用输入IN指令或输出OUT指令。2.输入/输出编址及寻址【例】已知某字节I/O端口地址为20H，要求将该端口数据的D1位置1，其它位不变。指令段如下：

INAL,20H ;读取端口内容.ORAL,02H ;在AL中设置D1=1,其它位保持不变.OUT20H,AL ;将AL内容输出给20H端口.【例】已知某字节I/O端口地址为20H，要求将该

(2)与存储器统一编址

I/O端口与储器统一编址是指：在存储器的地址空间中分出一个区域，作为I/O系统中各端口的地址，I/O端口被CPU视为的内存存储单元。一般访问内存的指令都可以访问I/O设备。

(2)与存储器统一编址6.2微处理器与外设之间数据控制方式

1.无条件传送方式指在输入或输出信息时，外部设备始终处于准备好的状态，不需要查询外部设备的状态，只要给出IN或OUT指令，即可实现CPU与外部设备进行信息交换。仅适用于一些简单的系统。

2.查询传送方式查询传送方式是指CPU与I/O设备之间交换信息必须满足某种条件，否则CPU处于等待状态，其工作过程完全由执行程序来完成。

6.2微处理器与外设之间数据控制方式

查询传送方式工作过程如下：（1）由CPU执行输出指令，向控制端口发出控制命令C，将所指定的外设启动；（2）外设处于准备工作状态，CPU不断执行查询程序，从状态端口读取状态字S，检测外设是否已准备就绪。如果没有准备好，就返回上一步，继续读取状态字；（3）外设准备好后，CPU则执行数据传送操作，通过数据端口完成整个输入/输出过程。查询传送方式工作过程如下：【例】某外设数据端口地址为2000H，状态端口地址为2002H，控制端口地址为2004H;8位数据线接CPU的D0~D7，一位控制线（为“0”表示启动外设工作）接CPU的D0，一位状态线（为“1”表示数据端口准备好）接CPU的D7。查询方式下读取数据端口数据的程序段。程序段如下：

MOVAL, 00H ;设启动外部设备工作代码 D0=0. MOVDX, 2004H ;控制端口地址送入DX. OUT DX, AL ;启动外设工作. MOVDX, 2002H ;状态端口地址送入DX. LOP: IN AL, DX ;读取状态信号. TEST AL, 80H ;测试状态位D7. JZ LOP ;未准备好转LOP继续读取，准 备好顺序执行. MOV DX, 2000H ;数据端口地址送入DX. IN AL, DX ;读取数据端口数据.【例】某外设数据端口地址为2000H，状态端口地

3.中断传送方式查询传送方式工作过程中，CPU处理工作与I/O传送是串行的。该方式主要解决了快速的CPU与速度较慢的外部设备之间进行信息交换的配合问题。但在查询等待期间，CPU不能进行其它操作，使CPU资源不能充分利用，不适合实时系统的要求。为了解决快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾、以充分利用CPU资源，产生了中断传送方式。中断传送方式是指：外设可以主动申请CPU为其服务，当输入设备已将数据准备好或输出设备可以接收数据时，即可向CPU发中断请求。CPU响应中断请求后，暂时停止执行当前程序，转去执行为外设进行I/O操作的服务程序，即中断处理子程序。在执行完中断处理程序后，再返回被中断的程序继续执行原来的程序。3.中断传送方式

4.DMA控制方式在高速成批数据输入／输出时，中断请求方式就显得太慢了。为进一步提高数据传输效率，产生了DMA方式，即直接存储器存取。

DMA方式是完全由硬件执行，在存储器与外设之间直接建立数据传送通道的I/O传送方式。

DMA方式主要特点是：在传送数据时不经过CPU，不使用CPU内部的寄存器，CPU只是暂停控制一个或两个总线工作周期，在这期间把控制权交给由硬件实现的DMA控制器，由DMA控制器来控制总线，在存储器和I/O设备之间直接进行数据传送。4.DMA控制方式6.3.可编程DMA控制器

芯片8237是一种高性能的可编程DMA控制器。所谓可编程芯片，是指可以通过CPU写入芯片内部规定好的控制字或命令字或方式字等，设置芯片实现不同的操作、工作方式及命令形式等功能。

1.8237功能●8237具有4个用于连接I/O设备进行数据传输的通道，即一片8237可以连接4台外部设备。●每个通道DMA请求可以设置为允许或禁止、不同的优先权。●4种传送方式：单字节、数据块、请求和级联传送方式。●每个通道一次传送数据最大长度为64KB。●8237与外设和CPU之间联络信号友好。6.3.可编程DMA控制器

2.8237工作方式（1）单字节传输方式单字节传输方式在每次DMA操作传送一个字节数据后，当前字节计数器减1、地址计数器加1或减1，然后8237自动把总线控制权交给CPU，让CPU占用至少一个总线周期，而后立即对DMA请求信号DREQ测试，若又有请求信号，8237重新向CPU发出总线请求，获得总线控制后，再传送下一个字节数据，如此反复循环，直至字节计数器为0，DMA操作结束。2.8237工作方式

（2）数据块传送方式数据块传送方式是指进入DMA操作后，连续传送数据直到整块数据全部传输完毕。（3）请求传输方式请求传输方式与数据块传输方式类似，只是在每传输一个字节后，8237都对DMA请求信号DREQ进行测试，如检测到DREQ端变为无效电平，则马上暂停传输，但测试过程仍然进行，当DREQ又变为有效电平时，就在原来的基础上继续进行传输，直到传输结束。（2）数据块传送方式

3.8237芯片引脚功能（见教材6.3.3）

4.内部计数器及寄存器组(部分）（1）命令寄存器（8位、片内地址1000B）命令寄存器用于存放命令控制字，它可以设置8237的工作状态。8237的4个DMA通道共用一个命令寄存器。（2）状态寄存器（8位）状态寄存器高4位D7～D4的状态，分别表示当前通道3～通道0是否有DMA请求。低4位D3～D0指出通道3～通道0的DMA操作是否结束（3）方式寄存器（6+2位、片内地址1011B）方式寄存器用于存放工作方式控制字，可通过编程写入，指定8237各通道自身的工作方式。（4）基地址和当前地址寄存器（16位、片内地址见表6-1）（5）基字节和当前字节计数器（16位、片内地址见表6-1）

3.8237芯片引脚功能（见教材6

5.DMA应用编程在使用8237进行DMA之前，必须首先通过CPU对其进行初始化编程。其步骤如下：①发出复位命令（片内地址1101B，执行写入命令即可实现复位，使屏蔽寄存器各位置1、命令、状态、请求等寄存器清0）。②写工作方式控制字到方式寄存器。③写命令字到命令寄存器。④根据所选通道，写基地址和基字节数寄存器。⑤设置屏蔽DMA通道并写入屏蔽寄存器。⑥由软件请求DMA操作，则写入请求寄存器，否则由DREQ控制信号启动。5.DMA应用编程6.4总线技术简介6.4.1标准总线及分类

总线是连接计算机各部件的一组公共信号线，是能够在计算机或各部件之间进行有效、高速地传输各种信息的通道。

总线可以分为内总线、系统总线和外部总线。

总线标准:为了使用的方便，对总线必须有详细和明确的规范要求，称为标准总线。6.4总线技术简介6.4.4串行通信总线标准1．通用串行总线（USB）用串行总线（UniversalSerialBus，USB）USB是一种万能插口，可以取代PC机上所有的串、并行连接器插口，用户可以将几乎所有的外设装置——包括显示器、键盘、鼠标、调制解调器、可编程控制器、单片机开发装置及数码相机等的插头插入标准的USB插口。6.4.4串行通信总线标准2．RS-232C总线标准RS-232C适用于短距离或带调制解调器的通信场合。若设备之间的通信距离不大于15m时，可以用RS-232C电缆直接连接。对于距离大于15m以上的长距离通信，需要采用调制解调器才能实现。RS-232C传输速率最大为20Kbit/s。RS-232C采用负逻辑，即逻辑1用-5V～-15V表示，逻辑0用+5V～+15V表示。因此，RS-232C不能和TTL电平直接相连。对于采用正逻辑的串行接口电路，使用RS-232C接口必须进行电平转换。目前，RS-232C与TTL之间电平转换的集成电路很多，最常用的是MAX232。2．RS-232C总线标准3．RS-422/485总线标准RS-232C虽然应用广泛，但由于推出较早，数据传输速率慢，通信距离短。为了满足现代通信传输数据速率越来越快和距离越来越远的要求，EIA随后推出了RS-422和RS-485总线标准。RS-422/485最大的传输距离为1200m，最大传输速率为10Mbit/s。在实际应用中，为减少误码率，当通信距离增加时，应适当降低通信速率。例如，当通信距离为120m时，最大通信速率为1Mbit/s；若通信距离为1200m，则最大通信速率为100Kbit/s。3．RS-422/485总线标准

第6章输入/输出及中断

计算机的输入输出系统也称I/O系统，其功能是完成计算机与外部设备之间的信息交换。6.1输入/输出接口

1．I/O接口一般结构及工作过程●接口电路通过系统总线AB、CB和DB与CPU连接；通过数据线D、控制线C和状态线S与外部设备连接。●外部设备控制器通过接口电路状态线S，把设备当前的工作状态信息传送给CPU。●外部设备控制器通过接口电路控制线C接受CPU发给的控制命令。●在控制命令的作用下，外部设备控制器通过数据线与CPU实现数据信息交换。第6章输入/输

I/O接口电路信息传送示意图I/O接口电路信息传送示意图

实际上，接口电路与外部设备控制器连接的数据线、控制线和状态线分别对应三个不同的端口地址，即数据端口D、控制端口C、状态端口S。数据端口是CPU对外设进行数据处理的目标端口；控制口、状态口的根据需要各设1根（或1根以上）线即可满足控制信息的要求，这一根线连接在数据总线DB的某一位；

CPU是通过地址总线发出目标地址信息选中某一端口的，然后通过数据总线读取状态信息或发出控制命令。实际上，接口电路与外部设备控制器连接的数据线、控2.输入/输出编址及寻址（1）独立编址及寻址所有外设的信息所在的位置称为端口。将所有端口进行独立编址，即每一端口规定一确定的地址编码。在80x86系统中，独立编址的I/O端口的地址范围为：

0000H～0FFFFH。

访问独立编址的I/O端口，必须使用输入IN指令或输出OUT指令。2.输入/输出编址及寻址【例】已知某字节I/O端口地址为20H，要求将该端口数据的D1位置1，其它位不变。指令段如下：

INAL,20H ;读取端口内容.ORAL,02H ;在AL中设置D1=1,其它位保持不变.OUT20H,AL ;将AL内容输出给20H端口.【例】已知某字节I/O端口地址为20H，要求将该

(2)与存储器统一编址

I/O端口与储器统一编址是指：在存储器的地址空间中分出一个区域，作为I/O系统中各端口的地址，I/O端口被CPU视为的内存存储单元。一般访问内存的指令都可以访问I/O设备。

(2)与存储器统一编址6.2微处理器与外设之间数据控制方式

1.无条件传送方式指在输入或输出信息时，外部设备始终处于准备好的状态，不需要查询外部设备的状态，只要给出IN或OUT指令，即可实现CPU与外部设备进行信息交换。仅适用于一些简单的系统。

2.查询传送方式查询传送方式是指CPU与I/O设备之间交换信息必须满足某种条件，否则CPU处于等待状态，其工作过程完全由执行程序来完成。

6.2微处理器与外设之间数据控制方式

查询传送方式工作过程如下：（1）由CPU执行输出指令，向控制端口发出控制命令C，将所指定的外设启动；（2）外设处于准备工作状态，CPU不断执行查询程序，从状态端口读取状态字S，检测外设是否已准备就绪。如果没有准备好，就返回上一步，继续读取状态字；（3）外设准备好后，CPU则执行数据传送操作，通过数据端口完成整个输入/输出过程。查询传送方式工作过程如下：【例】某外设数据端口地址为2000H，状态端口地址为2002H，控制端口地址为2004H;8位数据线接CPU的D0~D7，一位控制线（为“0”表示启动外设工作）接CPU的D0，一位状态线（为“1”表示数据端口准备好）接CPU的D7。查询方式下读取数据端口数据的程序段。程序段如下：

MOVAL, 00H ;设启动外部设备工作代码 D0=0. MOVDX, 2004H ;控制端口地址送入DX. OUT DX, AL ;启动外设工作. MOVDX, 2002H ;状态端口地址送入DX. LOP: IN AL, DX ;读取状态信号. TEST AL, 80H ;测试状态位D7. JZ LOP ;未准备好转LOP继续读取，准 备好顺序执行. MOV DX, 2000H ;数据端口地址送入DX. IN AL, DX ;读取数据端口数据.【例】某外设数据端口地址为2000H，状态端口地

3.中断传送方式查询传送方式工作过程中，CPU处理工作与I/O传送是串行的。该方式主要解决了快速的CPU与速度较慢的外部设备之间进行信息交换的配合问题。但在查询等待期间，CPU不能进行其它操作，使CPU资源不能充分利用，不适合实时系统的要求。为了解决快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾、以充分利用CPU资源，产生了中断传送方式。中断传送方式是指：外设可以主动申请CPU为其服务，当输入设备已将数据准备好或输出设备可以接收数据时，即可向CPU发中断请求。CPU响应中断请求后，暂时停止执行当前程序，转去执行为外设进行I/O操作的服务程序，即中断处理子程序。在执行完中断处理程序后，再返回被中断的程序继续执行原来的程序。3.中断传送方式

4.DMA控制方式在高速成批数据输入／输出时，中断请求方式就显得太慢了。为进一步提高数据传输效率，产生了DMA方式，即直接存储器存取。

DMA方式是完全由硬件执行，在存储器与外设之间直接建立数据传送通道的I/O传送方式。

DMA方式主要特点是：在传送数据时不经过CPU，不使用CPU内部的寄存器，CPU只是暂停控制一个或两个总线工作周期，在这期间把控制权交给由硬件实现的DMA控制器，由DMA控制器来控制总线，在存储器和I/O设备之间直接进行数据传送。4.DMA控制方式6.3.可编程DMA控制器

芯片8237是一种高性能的可编程DMA控制器。所谓可编程芯片，是指可以通过CPU写入芯片内部规定好的控制字或命令字或方式字等，设置芯片实现不同的操作、工作方式及命令形式等功能。

1.8237功能●8237具有4个用于连接I/O设备进行数据传输的通道，即一片8237可以连接4台外部设备。●每个通道DMA请求可以设置为允许或禁止、不同的优先权。●4种传送方式：单字节、数据块、请求和级联传送方式。●每个通道一次传送数据最大长度为64KB。●8237与外设和CPU之间联络信号友好。6.3.可编程DMA控制器

2.8237工作方式（1）单字节传输方式单字节传输方式在每次DMA操作传送一个字节数据后，当前字节计数器减1、地址计数器加1或减1，然后8237自动把总线控制权交给CPU，让CPU占用至少一个总线周期，而后立即对DMA请求信号DREQ测试，若又有请求信号，8237重新向CPU发出总线请求，获得总线控制后，再传送下一个字节数据，如此反复循环，直至字节计数器为0，DMA操作结束。2.8237工作方式

（2）数据块传送方式数据块传送方式是指进入DMA操作后，连续传送数据直到整块数据全部传输完毕。（3）请求传输方式请求传输方式与数据块传输方式类似，只是在每传输一个字节后，8237都对DMA请求信号DREQ进行测试，如检测到DREQ端变为无效电平，则马上暂停传输，但测试过程仍然进行，当DREQ又变为有效电平时，就在原来的基础上继续进行传输，直到传输结束。（2）数据块传送方式

3.8237芯片引脚功能（见教材6.3.3）

4.内部计数器及寄存器组(部分）（1）命令寄存器（8位、片内地址1000B）命令寄存器用于存放命令控制字，它可以设置8237的工作状态。8237的4个DMA通道共用一个命令寄存器。（2）状态寄存器（8位）状态寄存器高4位D7～D4的状态，分别表示当前通道3～通道0是否有DMA请求。低4位D3～D0指出通道3～通道0的DMA操作是否结束（3）方式寄存器（6+2位、片内地址1011B）方式寄存器用于存放工作方式控制字，可通过编程写入，指定8237各通道自身的工作方式。（4）基地址和当前地址寄存器（16位、片内地址见表6-1）（5）基字节和当前字节计数器（16位、片内地址见表6-1）

3.8237芯片引脚功能（见教材6

5.DMA应用编程在使用8237进行DMA之前，必须首先通过CPU对其进行初始化编程。其步骤如下：①发出复位命令（片内地址1101B，执行写入命令即可实现复位，使屏蔽寄存器各位置1、命令、状态、请求等寄存器清0）。②写工作方式控制字到方式寄存器。③