I/O端口及中断控制器
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计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。
硬件与硬件之间有接⼝,硬件与软件之间有接⼝,软件与软件之间也有接⼝。
这⾥我们所说的I/O接⼝,⼀边连接着主机,⼀边连接着外设。
I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息:数据、状态、控制。
组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。
其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝,⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。
内部接⼝:与系统总线相连,实质上是与内存、CPU相连。
数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。
外部接⼝:通过接⼝电缆与外设相连,外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式,因此I/O接⼝需具有串并转换功能。
接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝,端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。
I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择,必须给众多的I/O设备进⾏编址,也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码,称之为设备号或端⼝地址。
统⼀编址:与存储器共⽤地址,⽤访存指令访问I/O设备。
独⽴编址:单独使⽤⼀套地址,有专门的I/O指令。
接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。
是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。
通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。
也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态,⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”,即可进⾏数据的传送。
该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。
⽆条件传送:只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点:较好协调主机与外设之间的时间差异,所⽤硬件少。
缺点:主机与外设只能串⾏⼯作,主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯,CPU效率低。
程序查询⽅式接⼝结构:⼀次只能查询⼀个字的原因?在这种传送⽅式下,外部数据是要存到CPU寄存器中的,故需要⼀个字。
51单片机最小系统及元件1. 前言51单片机是一款非常常见的单片机,广泛应用于嵌入式系统和智能控制领域。
在这个领域,最小系统是最基本的硬件。
本文将介绍51单片机最小系统以及必要的元件。
2. 51单片机最小系统51单片机最小系统是由单片机、晶振、电源和复位电路组成的。
其中,单片机是控制中心,晶振为单片机提供时钟信号,电源为完成单片机运算提供电能,而复位电路则保证单片机正常工作。
2.1 单片机51单片机一般使用的是AT89C51型号,别名为P89V51RD2。
它由8位CPU、ROM、RAM、I/O端口、计时器/计数器、串口和中断控制器等功能模块组成。
具体的,AT89C51单片机主要参数如下:参数描述CPU 8051指令集兼容的8位CPU,占据纯CPU面积的75%ROM 可重写/擦除1K~64K字节RAM 128~256字节I/O端口4个8位I/O端口,可映射到外部I/O空间计时器/计数器两个16位计时器,一个8位计时器/计数器串口一个全双工/半双工可编程串口中断控制器5个中断源,2个优先级2.2 晶振晶振是单片机最小系统中的另一个关键元件。
它为单片机提供时钟信号,控制单片机的运行。
在51单片机最小系统中,一般使用的是12MHz的晶振。
2.3 电源为单片机提供电能,一般使用的是7805型稳压电源。
在电路中配合一个电容,电容的充放电作用可以过滤电源噪声,提高电源稳定性。
2.4 复位电路复位电路起到保持单片机在一个已知状态的作用,保证程序的正常运行。
在51单片机最小系统中,均采用外部复位电路。
3. 元件使用51单片机最小系统还要添加其他必要元件,以满足特定的功能要求。
这里我们列出一些可能会用到的常用元件。
3.1 LEDLED为发光二极管,它是电子元器件的一种。
当施加电压时,LED会发出光信号。
通过选择不同颜色的LED来指示系统状态。
3.2 按钮开关按钮开关一般被用来实现系统的输入。
我们可以通过按下按钮来改变系统状态,使单片机进入不同的工作模式。
IO端⼝基本知识1.什么是I/O端⼝? CPU使⽤什么指令与外设进⾏数据交换? 答:CPU与I/O设备通过硬件接⼝或控制器相连接,这些接⼝或控制器都有数量不等的端⼝,这些端⼝有统⼀的地址编码,CPU通过这些端⼝使⽤输⼊输出指令IN、OUT与外设进⾏数据交换。
2.CPU为什么不能⽤MOV指令进⾏I/O数据传输? 答:在80x86微机系统中,I/O端⼝编址在⼀个独⽴的地址空间中,它和存储器是完全分离的。
因此,对于存储器的存取操作使⽤MOV指令,⽽与端⼝进⾏信息交换的操作使⽤专门的I/O指令,⼆者不能混淆。
3.使⽤查询⽅式进⾏输⼊输出的优缺点是什么? 答:使⽤查询⽅式编程可直接在端⼝级上输⼊输出信息,数据的传送速度和吞吐量⽐较⾼,另外在控制多个设备的I/O时,可在程序中安排它们的优先级,最先查询的设备,其⼯作的优先级也最⾼。
修改程序中的查询次序,实际上也就修改了设备的优先级,这样以最简便的⽅法实现了对设备优先级的控制。
查询⽅式的缺点主要是在查询过程中,要反复的查询等待,浪费了CPU原本可执⾏⼤量指令的时间,⽽且由询问转向相应的处理程序的时间较长,尤其在设备⽐较多的情况下。
4.什么是中断? 答:计算机在执⾏程序过程中,遇到需要处理的事件时,暂停当前正在运⾏的程序,转去执⾏有关的服务程序,处理完后⾃动返回原程序,这个过程称为中断(interrupt)。
中断在现代计算机系统中是⼀种⾮常重要的技术,输⼊输出设备和主机交换数据、分时操作、实时系统、多处理机系统、计算机⽹络和分布式计算机系统都要⽤到这种技术。
5.中断分为⼏类? 答:中断可分为内中断和外中断。
内中断是由计算机内部原因引起的中断,内中断⼜称为软中断,它通常由三种情况引起: (1) 由中断指令INT引起; (2) 由于CPU的某些错误⽽引起,如溢出中断、除法错中断等; (3) 为调试程序(DEBUG)设置的中断,如单步中断、断点中断;外中断指由外部事件引起的中断,⼜称为硬中断。