30第6章 输入输出和中断技术

信息工程学院•通信工程系12020年3月1日星期日第六章输入输出和中断技术教学内容：在整体上对输入输出系统、I/O接口、基本输入输出方式及中断控制技术有一定的了解，并能够利用简单的接口芯片实现外设与系统的连接和信息传送。教学目标：了解I/O系统、I/O接口和I/O端口的一般概念了解I/O端口的编址方式深入理解基本输入输出方法及中断控制技术掌握简单接口芯片的应用信息工程学院•通信工程系22020年3月1日星期日6.1输入输出系统概述6.2简单接口电路6.3基本输入输出方法6.4中断技术6.5可编程中断控制器8259A信息工程学院•通信工程系32020年3月1日星期日6.1输入输出系统概述微型计算机中I/O接口的作用存储器MI/O接口输入设备II/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备OCPU信息工程学院•通信工程系42020年3月1日星期日I/O设备，I/O接口，I/O软件信息工程学院•通信工程系52020年3月1日星期日6.1I/O系统的特点I/O接口的定义把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之间的信息交换。特点：复杂性异步性实时性与设备无关性信息工程学院•通信工程系62020年3月1日星期日6.1I/O接口的基本功能I/O接口要解决的问题速度匹配(Buffer)信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器)信号形式匹配(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)信息工程学院•通信工程系72020年3月1日星期日I/O接口的功能•I/O地址译码与设备选择•信息的输入输出•命令、数据和状态的缓冲与锁存•信息转换•中断或DMA管理功能•可编程功能信息工程学院•通信工程系82020年3月1日星期日6.1.3I/O端口的编址方式数据端口状态端口控制端口端口CPU数据状态控制外设统一编址独立编址信息工程学院•通信工程系92020年3月1日星期日端口与内存的统一编址特点：•也称为存储器映射编制方式，指令及控制信号统一•内存地址资源减少•从指令上不易区分当前操作内存地址960KBI/O地址64KB00000HEFFFFHFFFFFHF0000H信息工程学院•通信工程系102020年3月1日星期日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较少内存地址00000HFFFFFHI/O地址FFFFH0000H信息工程学院•通信工程系112020年3月1日星期日8088总线A19-A0A15-A0MEMR、MEMWIOR、IOW存储器输入/输出信息工程学院•通信工程系122020年3月1日星期日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信息工程学院•通信工程系132020年3月1日星期日6.1.4I/O端口地址的译码目的：•确定端口的地址将总线上的地址信号转换为某个端口的“使能”信号，这个操作就成为端口地址的译码。参加译码的信号：•IOR，IOW，A15～A0•OUT指令将使总线的IOW信号有效•IN指令将使总线的IOR信号有效信息工程学院•通信工程系142020年3月1日星期日•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。•当CPU工作在最大模式时，对存储器的读写要求控制信号MEMR或MEMW有效，如果是对I/O端口读写，则要求控制信号IOR或IOW有效。•IO/M信息工程学院•通信工程系152020年3月1日星期日•某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个连接信息工程学院•通信工程系162020年3月1日星期日6.2简单接口电路掌握：•接口电路的分类及特点•两类简单接口芯片的应用信息工程学院•通信工程系172020年3月1日星期日6.2.1接口的基本构成CPUI/O接口外设数据端口地址控制数据状态控制信息工程学院•通信工程系182020年3月1日星期日接口的基本构成数据线控制线DBCBAB数据输入寄存器（or三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机状态线信息工程学院•通信工程系192020年3月1日星期日接口的基本构成•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，用来设定接口功能、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读取信息工程学院•通信工程系202020年3月1日星期日输入接口输出接口接口要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）信息工程学院•通信工程系212020年3月1日星期日6.2.2三态门接口高电平、低电平、高阻态信息工程学院•通信工程系222020年3月1日星期日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信息工程学院•通信工程系232020年3月1日星期日三态门接口应用例【例】编写程序判断下图中的开关状态。如果所有的开关都闭合，则程序转向NEXT1的程序段执行，否则转向NEXT2的程序段执行。MOVDX，83FCHINAL，DXANDAL，0FFHJZNEXT1JMPNEXT2K6K7+5VI0I3D0-D7DO0DO7~74LS244E1E2≥1＆A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15IOR系统总线信号≥1K5K4K3K2K1K0I1I2I4I5I6I7占用地址为：83FCH~83FFH信息工程学院•通信工程系242020年3月1日星期日6.2.3锁存器接口•通常由D触发器构成•74LS273：不具备数据的控制能力•74LS374：具有对数据的控制能力•74LS373：具有对数据的控制能力信息工程学院•通信工程系252020年3月1日星期日25110SGNDQ2D2D3Q3Q1D1D0Q0VccCPQ5D5D4Q4Q6D6D7Q7SCPDiQi011X↑↑X1001074LS273引线图和真值表S为复位端CP为脉冲输入端信息工程学院•通信工程系262020年3月1日星期日26下图所示是应用74LS273作为输出接口的例子。8个Q端与8个发光二极管相连接，要使接到Q0端和Q6端的发光二极管发光，其对应的Q0、Q6端须为“1”状态，而其它Q端则为“0”状态。假定该输出接口的地址为0FFFFH，则程序段如下：MOVDX，0FFFFHMOVAL，01000001BOUTDX，ALp253-6-6系统总线信号D0D0D7D7~~A0A1A2A3A4A5A6A7IOW&&≥111CP+5V+5VQ0Q1Q6Q7…A8A9A10A11A12A13A14A1574LS273信息工程学院•通信工程系272020年3月1日星期日27110OEGNDQ2D2D3Q3Q1D1D0Q0VccCPQ5D5D4Q4Q6D6D7Q7DiCPOEQi10X↑↑X00110高阻DiQ(D)(CP)OE11Qi74LS374引线图和真值表74LS374内部结构信息工程学院•通信工程系282020年3月1日星期日锁存器芯片74LS374D0~D7Q0Q7...OECP译码器Q0~Q7D0D7...OECP译码器做输出口:做输入口:外设自外设信息工程学院•通信工程系292020年3月1日星期日D0D7~D0D7~D0D7~D0D7~111≥1&&IOWA0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A1574LS374用作输出接口Q0Q1Q6Q7CPOED7D0D1…OEA0A15~IOR译码电路外设数据由外设提供选通脉冲74LS374用作输入接口74LS37474LS37474LS374作为输入和输出接口信息工程学院•通信工程系302020年3月1日星期日6.2.4I/O接口综合应用例abcdefgdp(a)LED显示管外形与二极管编码abcdefgdp(b)共阳极LED显示管abcdefgdp(c)共阴极LED显示管LED七段数码显示管接口信息工程学院•通信工程系312020年3月1日星期日符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’01110001信息工程学院•通信工程系322020年3月1日星期日•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K处于闭合状态时，在7段数码管上对应显示’0’；当开关K处于断开状态时，在7段数码管上对应显示’1’信息工程学院•通信工程系332020年3月1日星期日+5VGG2AG2BCBA≥1D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7abcdefgDP7406反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOW#Y0Y1F1H=0000000011110001(状态端口)F0H=0000000011110000(数据端口)&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0译码器KCD0IOR信息工程学院•通信工程系342020年3月1日星期日I/O接口综合应用例——程序段FOREVER:MOVDX,0F1HINAL,DXTESTAL，1MOVAL，3FH；显示“0”JZDISPMOVAL,06H；显示“1”DISP：MOVDX,0F0HOUTDX,ALJMPFOREVER信息工程学院•通信工程系352020年3月1日星期日FOREVER:MOVDX,0F1HINAL,DXTESTAL，1JZSETVALUEMOVAL,06H；显示“1”JMPDISPSETVALUE:MOVAL，3FH；显示“0”DISP:MOVDX,0F0HOUTDX,ALJMPFOREVER信息工程学院•通信工程系362020年3月1日星期日6.3基本输入/输出方法无条件传送查询式传送中断方式传送直接存储器存取(DMA)信息工程学院•通信工程系372020年3月1日星期日6.3.1无条件传送37•适用于总是处于准备好状态的外设•优点：软件及接口硬件简单•缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄。信息工程学院•通信工程系382020年3月1日星期日DCPQD0D1输出口地址38F3H输入口地址38F0H+5V1●读取开关的状态●当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮无条件传送例信息工程学院•通信工程系392020年3月1日星期日6.3.2查询工作方式适用场合：•外设并不总是准备好•对传送速率和效率要求不高对外设及接口的要求：•外设应提供设备状态信息•接口应具备状态端口•优点：软件比较简单•缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢信息工程学院•通信工程系402020年3月1日星期日超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环复位计时器NY单一外设时的工作流程信息工程学院•通信工程系412020年3月1日星期日查询工作方式例外设状态端口地址为03FBH，第0位(bit0)为状态标志（=1忙，=0准备好）外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1；外设把数据读走后又把它置0。信息工程学院•通信工程系422020年3月1日星期日D0D7-D0A9|A3≥1&A15|A10≥1IOWD7-D03F8H外设D7D6D5D4D3D2D1