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第6章 输入输出及中断技术PPT课件

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专题六输入输出和中断系统 PPT资料共73页

专题六输入输出和中断系统 PPT资料共73页

5.3 中断技术
5．3．1 中断的定义及必要性 5．3．2 中断源 5．3．3 中断的分类 5．3．4 中断系统的功能 5．3．5 中断处理过程
5.4 MCS-51的中断系统
5．4．1 MCS-51的中断源和中断标志 5．4．2 MCS-51对中断请求的控制 5．4．3 MCS-51对中断的响应和撤除 5．4．4 MCS-51中断系统的初始化及应用
DMA过程： 优点：速度快 缺点：硬件复杂，成本增加
外设向DMAC发DMA申请 DMAC向CPU发BUSRQ CPU发BUSAK响应 DMAC发存储器地址和读写信号 DMA控制结束，恢复CPU对总线控制
接口
BUS
① DMAC
②
CPU ③
DMA过程
存储器
外设
存储器
CPU
口地址
外设准备好，置入状态信号 Q=1
CPU读数据口时清掉状态信号
5．2．2 查询式传送方式
（又称条件传送——异步传送）
CPU查询外设状态信息(Ready,Busy)，条件 满足时，进行数据传送
程序简单 高速CPU查询低速外设 浪费CPU时间，效率低 输入接口原理图 输出接口原理图 程序流程图
条件传送方式程序举例
Test:mov DPTR,#PORTS
movx A,DPTR Ready=1
anl A,#80H
Busy=0
jz Test ；(jnz Test)
输入接口状态
mov DPTR,#PORTD movx A,DPTR ;输入 (movx DPTR,A；输出)
D7 (A) 0/1
准备好？ NO
MCS-51就是具有可屏蔽中断功能的一类CPU。

第六章_基本输入输出接口技术

第六章_基本输入输出接口技术

20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点

6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。

第6章输入输出技术ppt课件

第6章输入输出技术ppt课件

据
出 端
线
口
地址译码
(WR,IO/M ) IOW
2021/4/22
21
6.3 I/O的基本方式
( Direct Memory Access )
2021/4/22
22
▪ 无条件传送（CPU与外设同步工作）：外部控制 过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。
无条件传送：输出
输 出 设 备
锁存器
DQ G
2021/4/22
锁 存 DB（D7~D0） 器
AB 地址译码器 IOW(WR,IO/M)
28
例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的 I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令：
MOV AL, 0
OUT 80H, AL
CPU
DB AB CB
4
6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
2021/4/22
5
2、接口传递的信息
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。
状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输 出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。
2021/4/22
24
输入接口设计
完成如下任务： 当开关接通时，CPU 执行程序段ON; 当开关断开时，CPU 执行程序段OFF;

输入输出与中断精品PPT课件

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5.1 I/O概述
数据总线
处 理 控制总线 器
地址总线
数据寄存器 状态寄存器 控制寄存器
外设数据 输 入 输
状态信号 出 设
控制信号 备
图5-1 I/ O接口示意图
5.1 I/O概述
5.1.2 I/O端口
• I/O端口是CPU与输入输出设备的交换数据 的场所。
• 端口在I/O空间中均被指定一固定地址，这 种寻址方式就被称为端口寻址。在80x86微 机中，I/O端口与存储器地址完全分开，编 址在一个独立的地址空间中，端口地址为 0000H～FFFFH ，目前大多数微机所用的 端口地址都在0~3FFH范围之内。
I/O地址 00H～0FH 20H～3FH 40H～5FH 60H～7FH 80H～9FH A0H～BFH
170H～1F7H 200H～20FH 278H～27AH
5.1 I/O概述
表5-1 I/O端口地址分配
功能 DMA控制器8237 A 中断控制器8259A 定时/计数器8253A 并行接口芯片8255A DMA页面寄存器 不屏蔽中断寄存
（2）输出指令 • 格式：OUT PortNo/DX, AL/AX • 作用：把寄存器AL或AX的内容输出到指定
端口。如果某输出设备的端口地址在0~255 范围之内，那么，可在指令OUT中直接给 出，否则，要把该端口地址先存入寄存器 DX中，然后在指令中由DX来给出其端口地 址。
5.1 I/O概述
电子CLoO工mpGa业nOy 出版社
输入输出与中断
第五章 输入输出与中断
1
5.1 I/O概述
2
5.2 简单I/O程序举例
3
5.3 中断系统
4
5.4 中断服务程序设计

40第6章输入输出和中断精品PPT课件

40第6章输入输出和中断精品PPT课件
9
查询传送方式——又称异步传送方式
START：MOV DL，0F8H
LEA DI，DSTOR
； 存A/D结果的数据区指针
AGAIN：MOV AL，DL
AND AL，0EFH OUT 4，AL
； 使D4=0 ； 停止A/D
CALL DELAY
； 等待停止A/D动作的完成
MOV AL，DL OUT 4，AL POLL： IN AL，2
11Leabharlann 6.2.4 DMA传输4
数据
REA启DY动 D4 D2 D1 D0
U1 A/D转换器
IN0
…
1个模拟量
U5
IN7
电路的功能：完成8个模拟输入信号的采集。 工作过程： ①向口地址4写入一个字节，其D2—D0加到U5上，将IN0—IN7之一送到A/D转 换器的入口。同时由D4位启动A/D转换器工作。 ②A/D是否已转换完成，可通过口地址2读入判断。 ③READY=1则可从端口3读入A/D转换结果，存入指定区域。
传送数据前先检查外设状态，在状态满足条件时才可传 送数据，否则等待。 缺点：CPU花大量的时间进行状态查询，CPU效率较低
从状态端口读入状态信 息
外设准备好？ N Y
从数据端口传送一个数据
8
6.2.2 查询传送方式举例
例：以查询方式工作的数据采集系统（P181图6—3）
DB
U3
D0
U4
CPU
3
2 U2
； 用意是DH=01，DL=00 ；BX指向数据区开始（用于存放A/D结果） ； AL=0，CF=0
OUT 20H，AL
； P0—P7全断电
CALL NEAR DELAY1 ；调延时子程序，等待继电器触点动作

输入输出和中断技术优秀课件

输入输出和中断技术优秀课件

接口的功能
设置I/O接口的必要性——I/O设备的多样性使 CPU与I/O设备交换信息比CPU与存储器交换信息 更为复杂，表现在：
1）I/O设备工作速度不同； 2）数据字长多样； 3）处理的信号不同 (模拟或数字信号、并行或串
行) ； 4）所需的控制信号不同。 I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起转换作 用。
I/O单独编址
属性 统一编址
单独编址
应用 特点
motorola的M6800系列， 80X86 ,MCS96系列，
iMCS51系列
Z80系列
1.I/O端口相当于内存的一部分, 1.端口与存储器分别独立编
使内存容量减小
址，端口不占用内存空间
2.对I/O端口的读/写与对存储器 2.设有专门的 I/O指令对端 的读/写相同，所有可对内存操 口进行读写，内存操作的指 作的指令对I/O端口均可使用 令不能用于I/O端口 3.指令系统中不专设I/O指令
在PC/XT中采用的系统总线标准：PC总线。其中：AEN 引脚信号表示：当为高电平时，CPU让出总线控制权，给 DMA控制器掌管系统总线。
简单I/O接口
三态缓冲器 输入设备通过数据总线向CPU传送数据，首先需通过缓冲 器进行缓冲隔离，当CPU选通缓冲器时，才将数据送到数 据总线上，而其他的输入设备此时与总线隔离。
2、I/O传送方式
不同的传送方式适用不同的I/O设备、不同的工作 环境 ：
程序控制的输入与输出 中断控制的输入与输出 直接存储器访问方式（DMA）
程序控制的输入与输出
程序传送方式以CPU为中心，数据传送的控制来 自CPU，通过执行预先编制的输入/输出程序实现 数据传输。程序传送方式可分为无条件传送和查 询传送方式。

第06章-IO系统设计ppt课件(全)

第06章-IO系统设计ppt课件(全)
◦ 数据传输率等于所连接外设中速度最高的外设速率
A1 A2 …
B1 B2 …
通道 A1 A2 … B1 B2 … C1 C2 …
C1 C2 …
图6.16 选择通道传送方式示意图
（3）数组多路通道
◦ 综合前两种通道的优点，可连接多台高速设备，允许几 台设备并行工作，以成组交叉方式传送。每个外设都有 数据缓冲区。
硬件中断（硬中断）：是一个异步信号，表明需要注意、 或需要改变执行一个同步事件。
软件中断（软中断）：是利用硬件中断的概念，用软件方 式进行模拟，实现宏观上的异步执行效果。
外部中断：一般是指由计算机外设发出的中断请求，如： 键盘中断、打印机中断、定时器中断等。外部中断是可以 屏蔽的中断。
内部中断：是指因硬件出错（如突然掉电、奇偶校验错等） 或运算出错（除数为零、运算溢出、单步中断等）所引起 的中断。内部中断是不可屏蔽的中断。
主存
…
12H JMP 200 向量地址 13H JMP 300
14H JMP 400
入口地址 200 打印机服务程序
入口地址 300 显示器服务程序
… ……
图6.10 通过向量地址寻找入口地址
图6.12 链式排队线路和设备编码器
直接存储器访问方式(Direct Memory Access，DMA)， 是一种直接依靠硬件在主存与I/O设备间进行数据传送，且 在 数 据 传 送 过 程 中 不 需 CPU 干 预 的 I/O 数 据 传 送 控 制 方 式 。 CPU与接口的数据传送的具体过程由硬件（DMA Controller， DMAC，DMA控制器）完成，传送速度比通过CPU快。 （1）CPU暂停方式 （2）周期挪用方式（周期窃取方式） （3）交替访问内存方式

输入输出与中断课件

输入输出与中断课件
详细描述
输入输出接口是计算机与外部设备之间的连接器，它负责将外部设备的信号转换为计算机可以识别的格式，或将 计算机的信号传输给外部设备。常见的输入输出接口包括USB、HDMI、VGA等，它们支持多种设备的连接和数 据传输。
02
中断基础
中断定 义
中断：指在计算机执行程序的过程中，出现某些突发事件或 者异常情况，打断了原有的程序执行流程，转而去执行相应 的中断处理程序。
输入输出与中断的应用场景
在实时系统中，输入输出与中断 技术被广泛应用于数据采集、控
制和通信等方面。
在多媒体处理领域，输入输出与 中断技术用于音频、视频数据的
实时传输和处理。
在网络通信中，输入输出与中断 技术用于数据的发送和接收，保 证数据传输的实时性和可靠性。
输入输出与中断的发展趋势
随着云计算、物联网等技术的发展， 输入输出与中断技术将更加注重分布 式、异构环境下系统的实时性和可靠 性。
随着虚拟现实、增强现实等技术的发展，输入输 出与中断技术也将会在这些领域得到更广泛的应 用，为人们提供更加沉浸式的体验。
未来输入输出与中断技术的发展将呈现出多元化、 智能化、人性化、虚拟化等趋势，为计算机技术 的发展注入新的活力。
THANKS
感谢观看
中断处理程序是一种特殊的程序，它可以在任何时候被操作系统调用，以处理各种中断事件。
在中断编程中，我们需要了解中断的基本概念、中断处理程序的编写方法以及如何使用编程 语言提供的中断处理函数或库进行编程。
输入输出与中断的编程实例
• 下面是一个简单的C语言程序，它演示了如何使用 输入输出函数和中断处理函数来实现一个简单的 计算器程序
3
scanf("%d %c %d", &num1, &op, &num2);
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D0～D7
译码器
IOW
≥1
A6～A4
A7
A3 A2 A1 A0
74LS138
&
G
Y0
1
G2A
G2B
C B
Y1
A
IOR
≥1
74LS273
7406 Rx8
D0 Q0
a
| Q1
反相器
b
D7 Q2
c
பைடு நூலகம்
Q3
d
Q4
e
CP Q5
f
Q6
g
Q7
DP
74LS244
D0 O1 I1 D1 O2 I2 D2 O3 I3 D3 O4 I4
6
二、I/O端口
数据端口 端口 状态端口
控制端口
7
I/O端口
I/O接口 DB
数据
CPU
状态
控制
外设
8
接口和端口
接口1
端口1 端口2
┅ 端口m
接口2
端口1 端口2
┅ 端口m
接口N
端口1
┅
端口2
┅
端口m
端口地址=芯片地址（高位地址）+片内地址
端口编 址
9
三、I/O端口的编址方式
8086/8088的寻址能力：
16
I/O地址译码例
某外设接口有4个端口，地址为2F0H—— 2F3H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用 来区分接口中的4个端口。试画该接口与系 统的连接图。
17
I/O地址译码例
地址范围：
A11
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态 图中不接入
片内地址
状态寄存器 (or 三态门)
命令寄存器
数据线 状态线 控制线
22
接口的基本构成
数据输入/输出寄存器
暂存输入/输出的数据
命令寄存器
存放控制命令
设定接口功能、工作参数和工作方式。
状态寄存器
保存外设当前状态，以供CPU读取。
23
二、接口的类型及特点
按传输信息的方向分类：
输入接口 输出接口
14
四、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： IOR，IOW，高位地址信号 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
15
I/O译码的地址信号
当接口只有一个端口时，16位地址线一般应 全部参与译码，译码输出直接选择该端口；
当接口具有多个端口时，则16位地址线的高 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。
较少
00000H
FFFFFH 0000H
FFFFH
内存 地址
I/O 地址
12
端口的寻址
8088/8086寻址端口数：
64K个
寻址端口的信号：
IOR、IOW A15 ～ A0
13
8088/8086的I/O端口编址
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15～A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
E1
+5V K0～K3
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
形状
7段码 .gfedcba
符号 ’8’ ’9’ ’A’
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
I/O接口综合应用例 —— 程序段
…… Seg7 DB 3FH,06H, 5BH,4FH,66H,6DH, 7DH,07H,7FH,67H,77H, 7CH,39H,5EH,79H,71H
第6章
输入输出及中断技术
1
主要内容
基本概念
输入输出系统 I/O接口和端口 端口的编址方式
简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程
2
§6.1 输入输出系统
3
了解和掌握：
接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码
4
一、I/O接口
接口要解决的问题
18
I/O地址译码例
译码电路图：
IOR &
IOW
A11
A10
A18
≥1
A3
A2
A9
A7 ┇
A4
A1 A0
&
接口芯片
CE
19
§6.2 简单接口电路
20
掌握：
接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用
21
一、接口的基本构成
译码
AB
电路
DB
CB
控制 逻辑
数据输入寄存器 (or 三态门)
数据输出寄存器 (锁存器)
内存：
1MB
端口：
64K个
编址方式：
与内存统一编址 独立编址
10
端口与内存的统一编址
特点：
指令及控制信号统一； 内存地址资源减少
00000H
F0000H FFFFFH
内存 地址 960KB
I/O地址 64KB
11
端口的独立编址
特点：
内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
5
接口的功能
数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理
教材p238
P238
图
27
四、锁存器接口
通常由D触发器构成； 特点：
具有对数据的锁存能力； 不具备对数据的控制能力
28
常用锁存器芯片
74LS273
8D触发器，不具备数据的控制能力
P240图
74LS373
含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力。 既可以做输入接口，也可以做输出接口。
29
I/O接口综合应用例
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址为F1H 当开关的状态分别为0000～1111时，在7段
数码管上对应显示’0’～’F’
7段数码管图见教材p242
30
F0H = 1111 0000 A0 F1H = 1111 0001
按传输信息的类型分类：
数字接口 模拟接口
按传输信息的方式分类：
并行接口 串行接口
24
接口特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力 常用三态门实现
输出接口：
要求对数据具有锁存能力 常用锁存器实现
25
三、三态门接口
高电平、低电平、高阻态
26
74LS244
含8个三态门的集成电路芯片 在外设具有数据保持能力时用来输入接口 74LS244应用例
……
GO: IN AND MOV MOV OUT JMP
AL, 0F1H
AL, 0FH SI, AX AL, ［BX+SI］ 0F0H, AL GO
LEA BX, Seg7
MOV AH, 0
33
§6.3 基本输入/输出方法
34
基本输入/输出方法