当前位置：文档之家 › 微机原理与接口技术第06章 输入输出接口和中断技术(第2部分)

微机原理与接口技术第06章 输入输出接口和中断技术(第2部分)

  • 格式：ppt
  • 大小：3.01 MB
  • 文档页数：47

下载文档原格式

  / 47

合集下载

《微机原理与接口技术》课件——第6章输入输出及中断系统

《微机原理与接口技术》课件——第6章输入输出及中断系统

பைடு நூலகம்
CB
AB
DB
CPU
数据端口
状态端口
I/O
设
备
译
码
控制端口
图7.3 I/O接口的基本结构
I/O接口
5、I/O端口的编址 微机系统中，I/O端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类。在Intel 80x86系列微机中，采用独立编址方式。 （1）. I/O端口的统一编址方式 统一编址又称存储器映象编址(Memory-mapping Address Coding)，就是将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，每个I/O端口占用一个地址。这样，CPU对I/O端口的输入／输出操作如同对存储单元的读／写操作一样，对存储器的各种寻址方式也同样适用于I/O端口。
DB
输
出
设
备
&
数据
地址
译码器
数据端口
译码输出
地址总线
DB
状态端口
译码输出
状态
寄存器
BUSY
＋5 V
锁
存
器
Q
D
数据总线DB
来自CPU
选通信号
ACK
WR
IO
/
M
R
&
RD
IO
/
M
图7.9 查询式输出的接口电路
（2）程序中断的输入／输出方式 该方式借助于CPU响应外部中断请求的能力，实现输入输出的控制。简单地说，就是外设将准备就绪的信号转换成有效的中断请求信号通知给CPU，CPU响应中断后，在中断服务子程序中执行I/O指令，进行数据传送。 查询传送方式是由CPU来查询外设的状态，CPU处于主动地位，而外设处于被动地位。中断传送方式则是由外设主动向CPU发出请求，等候CPU处理，在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行各自的工作。

《微机原理及接口技术》第六章

《微机原理及接口技术》第六章

2、CPU对中断的响应
关中断：CPU响应中断后，发中断响应（INTA）信号的同时，内部自动实现关中断 保留断点：封锁IP+1，入栈保存CS：IP。 保护现场：由中断服务程序先将有关REG入栈保存。
给出中断入口、转相应的中断服务程序：中断服务程序起始地址，执行中断服务。
恢复现场：将中断服务程序入栈保存的REG内容弹出，恢复现场。 开中断与返回：中断服务的最后一条指令，出栈恢复CS：IP，恢复主程序运行，使IF自动恢
第十章
J X G
微型计算机开发应用
1/27
J X G
微机原理及接口技术 第六章、中断控制系统
本章要点：

J X G
中断的基本概念 中断处理过程 可编程中断控制器8259A的结构、功能 可编程中断控制器8259A的应用
2/27
J X G
微机原理及接口技术 6.1
一、中断的基本概念
中断系统
J X G
微机原理及接口技术
三、外部中断
8086芯片设置有两条中断请求信号输入引脚：NMI和INTR引脚，用于外部中断 源产生的中断请求，可分为以下两种： 1、可屏蔽中断 INTR （18脚） INTR线上的请求信号是电平触发的。当IF=0，CPU中断不响应，这种情况称为 可屏蔽中断。可屏蔽中断通过指令设置IF中断标志位，达到控制的目的。 STI CLI ；IF←1，开中断，CPU才能响应INTR线上的中断请求。 ；IF←0，关中断，CPU不响应INTR线上的中断请求。
对于系统专用中断，系统将自动提供0～4中断类型号，保证系统自动转到处理程序。
J X G
对于可屏蔽中断INTR，外接口电路产生中断类型号。目前8259A产生。

微机原理与应用课件 第6章输入输出和中断技术1-2-09

微机原理与应用课件 第6章输入输出和中断技术1-2-09

第6章 输入/输出和中断技术
5. 接口（interface）与端口（port）
传送I/O信息（数据、状态、控制）的接口电路中的寄存器 称为端口（数据端口、状态端口和控制端口）。 不同的寄存器有不同的端口地址，用地址来访问。 端口由一个或多个寄存器组成。接口由若干个端口加上相 应的控制逻辑组成。
注意：地址不是对接口而言。
第6章 输入/输出和中断技术
6.1 输入输出及接口 6.2 输入和输出的传送方式 6.3 中断技术 6.4 80X86/Pentium中断系统 6.5 8259A可编程中断控制器* 6.6 中断程序设计*
第6章 输入/输出和中断技术
地址总线 AB
CPU
存 I/O 输 储 接入 器 口设
备
输
I/O 接 口
6. I/0接口电路的结构
第6章 输入/输出和中断技术
实现对CPU数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB 地址译码
机 CB 控制逻辑
数据 缓冲器
状态 寄存器
控制 寄存器
数据信息
状态信息 外 设
控制信息
接CPU一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口 寻址操作
实现接口电路中的各寄存器端口的 读/写操作和时序控制
出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB
微型计算机系统结构示意图
第6章 输入/输出和中断技术
6.1 输入输出及接口
键盘
计算机
接 口
外设
鼠标 CRT
打印机
绘图仪 为什么外设不能象存贮器一样直接挂在CPU上?
存贮器功能单一：
（1）传送方式单一 (传送一个字节)
（2）品种单一 RAM、ROM（控制信号确定)

高校电子信息类-微机原理-第六章输入输出接口与中断

高校电子信息类-微机原理-第六章输入输出接口与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
• (1)程序传送-无条件传送（或同步传送）
• 无条件传送：在规定时间内，定时同步传送数据。适用于对开关
、继电器等简单外设状态控制
RD
2021年4月1日星期四
9 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
2021年4月1日星期四
2 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
• I/O接口的主要功能
– (1)对输入输出数据进行缓冲和锁存,输出接口有锁存环节， 输入接口有缓冲环节
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
存储单元
存储地址空间
I/O 端口
I/O 地址空间
2021年4月1日星期四
I/O 端口和存储器单独编址
7 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
I/O 端口
I/O 地址空间
存储单元
存储器地址空间
整个地址空间
I/O 端口和存储器统一编址
2021年4月1日星期四
6 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering

微机原理与接口技术_第6章 IO接口

微机原理与接口技术_第6章 IO接口

三、I/O端口编址 （续） 2.I/O独立编址(续)
缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指 令类型少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两 组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。

三、I/O端口编址 （续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序 控制完成。 程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送） 特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设 空闲。 要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。 应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送） 输入接口的设计要求:
寻 址 确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入 等待数据输入 输入缓冲器 读入数据 输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能 （续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1） 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的 不协调问题； 输出时： CPU DB 锁存器 输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑 来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称 为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构 （续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口

这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件； 对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门； 对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）

006_微机原理-输入输出系统与中断技术_2

006_微机原理-输入输出系统与中断技术_2

6.2.2 8086中断系统 ---中断源
内部中断
除法错中断(0)：除法出错中断，CPU本身产生
单步中断 (1)：TF=1则中断，服务程序前TF=0，执行后，TF=1 断点中断 (3)：程序中执行INT 3指令引起断点中断，用于调试程序 溢出中断 (4)：程序中执行INTO，且OF=1则产生类型4中断 软件中断 (n)：软中断由程序中的INT n 指令引起，可提供大量中断 子程序调用，主要为ROM BIOS和DOS中断调用，也可用户定义中 断。软中断相当于调用子程序，原则上256 个中断都可由软中断调用。
软件查询方式：采用软件查询方式判优时，中断优先级 由查询顺序决定，先查询的中断源具有高的优先级。
中断入口
查询程序流程图
保护现场，读中断位状态 Y
是A设备？
N 是B设备？ N 是C设备？ Y Y
设备A的中断服务程序
设备B的中断服务程序
设备C的中断服务程序
N
错误出口 恢复现场、中断返回
6.2.1 中断优先级的判断-软件查询方式
(FR)
高地址
. . . .
执行除法错处理程 序；执行IRET指令， 弹出CS、IP、FR
执行单步中断服务程序, 执行IRET,弹出CS,IP,FR
8086中断系统 ---中断处理程序的编制
主程序操作中断向量表： 保存原中断向量： (AL=n, AH=35H, INT 21H)
填写新中断向量： (AL=n, AH=25H, INT 21H)
6.2.1中断的基本概念 --- 中断优先级和嵌套
中断逻辑控制需要解决两个问题： 多个中断源同时申请时，中断系统能判别中断的优先权；
低优先级的中断能被更高级的中断源所再次中断(中断嵌套)；

【微机原理】第6章. 输入与输出中断

其连接示意图如图6.1所示.
CPU对外设的输入输出操作类似于存储器的读写操作，即 I／O—读／写；但外设与存储器有许多不同点。其比较如表 6.1所示.
接口电路(即可编程接口芯片)种类很多，它的显著特点 是可编程性,即可以通过编程来 规定其功能及操作参数。
二、接口电路的基本结构
接口电路的基本结构同它传送的信息种类 有关。信息可分 为3类：数据信息；状态信息;控制信息。
目录
6.2 CPU与外设之间数据传送的方式
本节将以8086/8088为例,来说明CPU与外设之间数据 传送 的方式。为了实现CPU与外设之间的数据传送,通常采用 以下3 种I/O传送方式。 一、程序传送
程序传送是指CPU与外设间的数据交换在程序控制 （即IN 或OUT指令控制)下进行。
（一） 无条件传送（又称同步传送） 这种传送方式只对固定的外设（如开关、继电器、7
(三) 控制信息 它用于控制外设的启动或停止。接口电路基本结构及其连接如图
6.2所示。接口电路根据传送不同信息的需要，其基本结构安排有一 些特点。
(1) 3种信息（数据、状态、控制）的性质不同,应通过不 同的端口分别传送。如数据输入/输出寄存器(缓冲器）、状态 寄存器与命令控制寄存器各占一个端口，每个端口都有自己的 端口地址，故能用不同的端口地址来区分不同性质的信息。
段显 示器、机械式传感器等简单外设）在规定的时间用IN或 OUT指
一般，这些外设随时做好了数据传送的准备,而无须检测其状态。
这里先要弄清有关输入缓冲与输出锁存的基本概念。
输入数据时,因简单外设输入数据的保持时间相对于CPU的接收速
度来说较长，故输入数据通常不用加锁存器来锁存,而直接使用三态
缓冲器与CPU数据总线相连即可。

微机原理与接口技术-基本输入输出接口技术 (2)可编辑全文


四、I/O处理机控制方式
尽管DMA方式优点比较突出，但在DMA进行传 输之前，对DMA的初始操作、对数据的运算和处理 等都需要处理器事先干预。为了让处理器彻底摆脱管 理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。 这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
6.3 I/O接口的读写技术
输出的一种方式。
特点：简单、经济，但可靠性差。
2.条件传送方式
含义：首先查询外设状态，满足条件时才进
行数据的传送，因此也叫查询传送方式。
特点：简单、可靠性高，但CPU效率低。 开始
输入状态信息
准备输出数据
输入
N READY=1?
Y 输入数据
后续处理
输出
读状态口的状态
Y
BUSY=1?
N
输出数据
二、中断控制方式
WRA13~A0 CS
OE D15~D8 16K个I/O
WE A13~A0 CS
OE D7~D0 16K个I/O
WEA13~A0 CS
64位I/O组织 -基于Pentium~ Core2
BE7 BE6 BE5 BE4 A15~A3 IO W C
IORC D63~D0
A15~A3 BE3 BE2 BE1 BE0
含义：在满足传输条件时，外设向CPU发请求传输
的中断信号，CPU接收请求后进入服务程序，在中断 服务程序中进行输入输出操作。
特点：无需查询等待，CPU利用率大大提高。 不足：中断控制方式仍需要一系列本与输入输出无
关的操作（如压栈保护等），因此对于高速I/O设备 效率仍不算快。
三、DMA控制方式
位地顺序传送的一种通信方式。 要点：按位传输，同一时刻仅传送一位。 特点：

微机原理课件 第6章 输入输出和中断

输入输出接口
基本内容: I/O接口概念；I/O接口应用背景； CPU与I/O设备间的信号种类；I/O端口的寻址 方式；I/O三种传输方式:程序查询方式,程序中 断方式,DMA方式 基本要求: 理解I/O接口的作用和一般结构；掌 握I/O的编址方式和I/O传输方式的三种方式； 重点内容: I/O接口信号种类；I/O编址方式； 三种传输方式； 难点内容: 三种传输方式
外设已处于“就绪”状态，寻址数据口。 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据 特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低
2、 查询传送方式
1）查询式输入
息 ）
输 出 设 备
CPU
D7~0
数 据 缓 冲 器
D7~0
地址线
地址译 码电路
数 输 据 入 锁 D7~0 设 存 备 器 状态信息 （Ready）
2、 查询传 送方式
当系统中有多 个外设时查询 方式如何工作 ？
1号外设 准备就绪？
否
是
对1号外设服务
2号外设 准备就绪？
否
是
对2号外设服务
3号外设 准备就绪？
否
是
对3号外设服务
2、 查询传送方式
优点：
接口电路和程序设计都较为简单，容易实现。
缺点：
CPU、外设不能并行工作，CPU的效率低，外设 得不到及时响应。 适用场合： 这种传送方式适用于一般工作速度较慢的外设， 特别是外设数量不多，实时性要求不高的场合。
查询输入方式
2、 查询传送方式
例：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址 80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻 式输入一个数据的程序；
POLL： IN AL，83H TEST AL，80H ；检查状态位D7

微型计算机原理与接口技术-第6章输入输出与中断技术ppt课件


四、简单的输出接口举例
锁存器：由D触发器构成〔具有锁存功能〕
通常一个器件包含8个D触发器
常用芯片：
74LS273
74LS273
S
74LS374
S CP Di Qi 0 X X0 1 ↑ 11 1 ↑ 00
D0～D7
A0
A1
▪ ▪
&
▪
A7
IOW
≥
A8 A9
▪& ▪ ▪
A15
74LS273
与
非
用于存储器芯片选通
门
A15 与
～
非
用于I/O芯片选通
A12
门
IO/M
8088最小方式下的原理图
READY RESET
8284A
CLK READY RESET ALE
A19 ~A8 AD7~AD0
8088
+5V
MN/MX DEN DT/R
IO/M
WR RD HOLD HLDA INTR
INTA
存
储
地址 锁存储器
A0 ~ A19
器
8282 地址总线〔20根〕
系
〔三片〕
统
D0 ~ D7 收发器 8286 数据总线〔8根〕 〔一片〕
控制总线
I/O 接 口
节
6.2 简单接口电路
一、 接口电路的根本构造
译码
AB
电路
CPU DB
控制
CB
逻辑
数据输入存放器 (or 三态门)
数据输出存放器 (锁存器)
形状存放器 (or 三态门)
符号 ’8’ ’9’ ’A’ ’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
OUT 20H，0CH IN AL，20H
查询字格式：
I=0，无中断请求； I=1，有中断请求。 W2~W0，正在申请中断的若干中断源中优先 级最高的中断源的编码。
特定屏蔽管理：
ESMM SMM
0
*
1
0
1
1
功能 该操作对特殊屏蔽无效 取消特定屏蔽 设置特定屏蔽
设置方法： 用OCW1屏蔽部分IR， 用OCW3置SMM即可。
查询中断方式
查询中断 中断请求方式 2. 连接总线与级联方式 3.屏蔽中断源方式 4. 中断结束方式 5. 优先级排队方式 6. 嵌套方式
2.连接总线与级联方式：
1) 非缓冲方式：小系统中，8259A数据线直接连系统数据总 线，不需要总线缓冲器，此时SP/EN表示级联时主/从关系。 主片：SP/EN接高电平； 从片：SP/EN接低电平。
取消方法：
用OCW1取消被屏蔽的IR 用OCW3取消特定屏蔽
8259A命令关系表：
PIC1 PIC2 操作
内容
20H 0A0H 写 ICW1 OCW2 OCW3
21H 0A1H 写 ICW2~ICW4 OCW1
20H 0A0H 读 IRR，ISR 查询字
21H 0A1H 读 IMR
特征位 D4D3D2
1 1 1 0 0 L2 L1 L0
1 1 0 0 0 L2 L1 L0
功能 自动EOI、优先权固定命令 非自动EOI[不指定] 、优先权固定命令 非自动EOI[指定] 、优先权固定命令 自动EOI、优先权自动轮转命令
非自动EOI[不指定] 、优先权自动轮转 命令 非自动EOI[指定] 、优先权指定轮转命 令 自动EOI、优先权指定轮转命令
一
1. 8259A引脚
CPU侧： CS； DB0~DB7； RD、WR、A0； INT、INTA；
外设侧：
IR0~IR7； 级联：
SP/EN、 CAS0~CAS2。
二
接口电路：CPU接口、I/O接口。
内部逻辑：IRR、IMR、PR、ISR及控制电路。
中断请求过程：IR->INT。
D0 …
D7
D6D5=01，非自动[不指定]； D6D5=11，非自动[指定]。 优先权管理： D7=0，优先权固定；D7=1，优先权轮转。
R SL EOI 0 0 L2 L1 L0 00 0 00 0 0 0 00 1 00 0 0 0 0 1 1 0 0 L2 L1 L0 10 0 00 0 0 0 10 1 00 0 0 0
D3：非缓冲(0)/缓冲(1)方式；
初始化命令ICW4说明1
D1 D4
初始化命令ICW4说明2
D3
D0
初始化命令设置时序
(5) 中断屏蔽操作OCW1
正常屏蔽：
特征位：无，时序：无。 特殊屏蔽：
通过OCW3设置。
(6) 非自动中断结束方式的操作OCW2
特征位：D4D3=00；
D0~D2位: 用来指定中断等级； 中断指定：
例：OUT 20H，20H的含义？
(7) 特殊屏蔽和查询方式操作命令字OCW3
P RR RIS
功能
0 1 0 读取IRR内容
0 1 1 读取ISR内容
0 0 * 不读取任何寄存器内容 1 * * 读取查询字信息
应用 OUT 20H，0AH IN AL，20H OUT 20H，0BH IN AL，20H
1** 00* 01* 无
无 无 无
时序 无
ICW2→ICW4 初始化后 OCW3决定 无
注：ICWx只有在初始化过程中才会出现。
四
8259A的工作模式
1. 中断请求方式 2. 连接总线与级联方式 3.屏蔽中断源方式 4. 中断结束方式 5. 优先级排队方式 6. 嵌套方式
1. 中断请求方式：[初始化设置]
ISR编码
≥1
中断屏蔽寄存器IMR
比
较
中
器
断
& &
IR0 中
……
IRR
INT &
B0 B1 B2
A>B
请 求 优 先 级
& & &
断 请 求 寄 存
A0
编
&
器
A1 A2
码 器
&
&
IR7
三
(1) 芯片控制初始化命令字ICW1
特征位：D4=1； ICW4主要设定嵌套、缓冲、结束方式，缺省值为 全嵌套、非缓冲、自动结束方式。
(2)中断类型号初始化命令字的设置ICW2
IRi的中断类型号 = ICW2的高5位+i
例：如果ICW2为08H，则 IR3的中断类型号为: 08H+03H=0BH。
主片8259A 8级硬中断源的中断号
中断源
日时钟 键盘 保留 通信（二） 通信（一） 硬盘 软盘 打印机
中断号高5位 低3位
08H
(4)方式控制初始化命令字ICW4
D4：全嵌套(0)/特殊全嵌套(1)方式。 D0：用于8位(0)/16位(1)微机； 中断结束方式的设置 D1：中断自动结束(0)/非自动结束(1)方式；
从片非自动结束时，主、从片均需发EOI命令。 缓冲器方式的设置
D2：缓冲方式(D3=1)时的主从片级联位置设置， 从片(0)/主片(1) ；
IR0(0)
08H
IR1(1)
08H
IR2(2)
08H
IR3(3)
08H
IR4(4)
08H
IR5(5)
08H
IR6(6)
08H
IR7(7)
中断号
08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH
(3) 主从片标志初始化命令字ICW3 级联方式结构：
8259主从级联
级联方式结构设置：
1) 边沿触发方式：正跳变向8259A请求中断，上跳沿后可一直 保持高电平，不会产再生中断。
2) 电平触发方式：高电平向8259A请求中断，响应中断后要及 时清除高电平，以免引起第二次误中断。
3) 查询中断方式：外设通过8259A请求中断，但8259A不使用 中断请求信号INT向CPU发申请中断，CPU用软件查询确定 中断源，并为其服务。
需要分别对主片和从片进行设置。 主片：S7~S0分别对应相应的IR号的引脚， 为1的位对应的引脚接有从片； 从片：ID2~ID1的编号是该从片接到主片的 IR引脚的IR号。
主 片ICW3：OUT 21H，14H 从片1 ICW3 ：OUT 0A1H，04H 从片2 ICW3 ：OUT 2B1H，02H
级联方式中断请求及响应过程：
主片请求：与非级联一致。
主片响应：收到第一个INTA后，对级联的IR请求， 则从CAS线送出该IR编码；在第二个INTA返回中断类 型号。
从片请求：与非级联一致，但其INT送到主片，服 从主片的请求规则。
从片响应：通过CAS线译码，选中时在收到第二个 INTA后，返回中断类型号。