6 输入输出接口技术

1主要内容第六章输入/输出与中断技术主要内容:•输入输出数据的传送方式•可编程并行接口芯片8255A•可编程定时计数器8253重点：•输入输出数据的传送方式•8255A、8253的各种工作方式的特点、应用时的硬件连接和软件编程方法第六章输入/输出与中断技术2一、接口是一组电路存储器接口存储器I/O接口I/O设备CPU数据、地址、控制总线概述第六章输入/输出与中断技术3二、输入输出接口的功能（1）设置数据缓冲器或数据锁存器以解决两者速度差异所带来的速度不协调问题（2）设置信号电平转换电路（3）设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求（4）设置时序控制电路来同步CPU和外设的工作（5）提供地址译码电路概述第六章输入/输出与中断技术4三、接口电路基本结构CPUI/O设备译码数据端口状态端口控制端口DBABCB一个典型的I/O接口数据口（输入/输出）：双向状态口：只能由CPU读入。控制口：只能由CPU写出。每个口由译码电路分配一个唯一的地址。概述第六章输入/输出与中断技术5四、CPU与外设之间传递的信息类型1．数据信息（1）数字量：（2）模拟量：（3）开关量：2．状态信息状态信息反映接口或外设的当前状态。3．控制信息控制信息是CPU发送给接口电路的，用于控制外设的启动或停止，设置接口的工作方式等。概述第六章输入/输出与中断技术6五、I/O端口的寻址方式（1）I/O统一编址（存储器影像寻址，不需要专用I/O指令）（2）I/O端口单独寻址（专门指令，64K端口地址）六、I/O端口地址译码方法独立编址时，一般用地址线的高位部分和控制信号（如RD、WR、M/IO）进行组合（译码）产生I/O接口电路的片选信号（CS），用地址线的低位部分直接连到I/O接口芯片实现端口的选择。（1）逻辑门电路译码（适用口地址单一或固定的）（2）译码器译码（适用电路需多个口地址）（3）可编程逻辑器件PLD（适用口地址保密，可变灵活）如PAL、GAL概述第六章输入/输出与中断技术7第二节CPU与接口之间传送信息的方式一、CPU与外设交换的数据信息从广义上来讲包括数据信息、状态信息、控制信息。这三者都用IN和OUT指令来传送的，只不过是分别送入不同的部件，起不同的作用。数据信息：数字量、开关量、模拟量。状态信息：BUSY，READY等，反映外设的状态。控制信息：CPU发出的命令如读写等。二、CPU与外设数据传送方式无条件传送中断方式程序方式查询方式（条件传送）存储器直接存取方式（DMA方式）...CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术81、无条件传送在该方式中，外设总被任为已处于准备就绪和准备接收状态，程序不必查验外设的状态，当需要与之交换数据时，直接执行输入输出指令，就开始接收和发送数据。CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术9OOOOO+5VK与非与非或&&D0A0A7A8A15IOR…...三态缓冲器MOVDX,0FFF7HINAL,DXTESTAL,01JZ………….D0=0,K闭合;D0=1,K打开A2A3A4.....O例1:无条件输入CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术10例2无条件输出CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术112、查询方式（条件传送）查询方式输入过程的流程图（1）开始初始化数据是否准备好？输入一个字节到CPU数据处理并送内存缓冲区操作完成否？处理缓冲区数据否是是否后续处理（2）（1）CPU从接口（状态口）中读取状态字（2）CPU检测状态字，满足条件，CPU从数据口输入（输出）数据（3）不满足条件，CPU重新读取状态字（3）输入数据查外设是否“准备就绪”。输出数据时查外设是否处于“忙”或“空闲”CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术12AWAIT：INAL，02HTESTAL，01HJZAWAITINAL，01H查询式输入三态缓冲器数据锁存器输入设备RCQD+5V数据STB++M/IORD状态信号01H地址译码器02H控制DBCPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术13AWAIT：INAL，04HTESTAL，80HJZAWAITMOVAL，BLOUT03H，AL查询式输出数据锁存器输出设备RCQD+5V数据ACK++M/IOWR状态信号03H地址译码器04H控制DBCPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术14中断传送方式：目的：提高CPU的效率、使系统具有实时性。DMA方式存储器存储器存储器I/O端口CPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术15DMA方式和DMA控制器一、什么是DMA传送方式？在查询和中断方式下，数据传送：CPUM外设MOVOUTIN外设与存储器数据的传送，都需要用IN和OUT指令经CPU，并且，一次只能传送一个字节CPUM外设DMA（存储器直接存取方式）在存储器与外设之间建一高速通路直接进行数据传送，不经CPU，并且可一次传送数据块，地址、字节数的修改由硬件完成。DMAC管理总线DMACCPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术16三、缺点（1）DMA期间，CPU不占总线，因而不能做其它工作。（2）CPU对DMAC初始化占有额外时间。（3）增加硬件，提高成本，使电路复杂。因此对于数据块短，需频繁DMAC初始化的场合，对于CPU来得及处理的情况，就不必采用DMA方式。1、硬盘和软盘的输入/输出2、快速通信通道输入/输出3、多处理机和多程序数据块传送4、扫描操作（图象显示）5、高速数据采集二、在什么情况下用DMACPU与接口之间传送信息的方式第六章输入/输出与中断技术17主要内容第六章输入/输出与中断技术主要内容:•中断的基本概念、中断处理过程•8086CPU中断系统•中断控制器8259A重点：•8086CPU中断向量与中断向量指针的关系难点：•中断控制器8259A的编程18中断系统中断源：有硬件故障、外部设备、CPU内部三种中断源。内部中断外部中断软件中断陷阱中断可屏蔽中断不可屏蔽中断中断的分类中断响应过程中断处理过程中断优先级判断中断系统第六章输入/输出与中断技术19硬件排队电路法1、多线中断优先排队电路中断系统第六章输入/输出与中断技术202、串行排队链与向量中断中断系统第六章输入/输出与中断技术21软件查询法中断系统第六章输入/输出与中断技术228086/8088的中断系统CPU的内中断CPU的外中断分类软件中断陷阱中断不可屏蔽中断N=2可屏蔽中断N=5断点中断N=3溢出中断N=4指令中断N=5除法错中断N=0单步中断N=18086/8088的中断系统第六章输入/输出与中断技术238086/8088的中断系统CPU的内中断CPU的外中断分类软件中断陷阱中断不可屏蔽中断N=2可屏蔽中断N=5断点中断N=3溢出中断N=4指令中断N=5除法错中断N=0单步中断N=1中断向量的装入：在程序初始化部分进行。中断向量和中断向量表中断向量就是中断服务程序的入口地址，它包括中断服务程序的段基址CS和偏移地址IP，每个中断向量在内存中占4个连续的字节单元。8086/8088的中断系统第六章输入/输出与中断技术24例如软磁盘INT13H，它的中断向量为0F000H（CS）：0EC59H（IP），当CPU执行该中断指令时，提供13H的中断类型号，CPU根据中断类型号13H形成中断向量的第一个字节的指针，即13H×4=004CH，从它开始连续4个字节单元用来存放INT13H的中断向量.8086/8088的中断系统第六章输入/输出与中断技术25例如，假设中断类型号为60H，中断服务程序的段基址是1000H，偏移地址是0030H，则填写中断向量表的程序段为：┇CLI；关中断（IF=0）MOVAX，0MOVDS，AXMOVDI，4*60H；中断向量指针→DIMOVAX，0030H；中断服务程序偏移值→AXMOV[DI]，AX；（AX）→[DI][DI＋1]中MOVAX，1000H；中断服务程序的段基址→AXMOV[DI＋2]，AX；（AX）→[DI＋2][DI＋3]STI；IF=1，开中断268255AINTEL8255A，可编程并行输入输出接口芯片基本特性：具有两个8位（A口、B口）和两个4位（C口高、低四位）并行输入输出口。每个口都有数据输入输出寄存器。具有三种工作状态。C口较为特殊，在不同的方式下，其作用不完全相同。8255A27A组控制B组控制端口C（上半部）端口C下半部端口BOOO数据总线缓冲器读/写控制逻辑端口A数据总线D0~D7RDWRA0A1RESETCSPA0~PA7PC4~PC7PC0~PC3PB0~PB7CPU接口外设接口一、8255A内部结构及引线内部数据总线A1A000A口01B口10C口11控制口8255A28二、8255的编程1、8255的工作方式控制字（写入A1、A0=11）D0D1D2D3D4D5D6D7PC3~PC01：输入0：输出B口1：输入0：输出B组工作方式0：方式01：方式1PC7~PC41：输入0：输出A口1：输入0：输出A组工作方式00：方式001：方式11×：方式2D7=1为工作方式控制字有效B组A组例如，要使A组工作方式0，A口输入，C口高4位输出，B组工作在方式1，B口输出，C的低4位输出，则工作方式字为：100101008255A292、C口的置位/复位字（写入A1A0=11）D0D1D2D3D4D5D6D71：置位0：复位C口选择000：PC0001：PC1010：PC2011：PC3100：PC4101：PC5110：PC6111：PC7无效D7=0（置位/复位标志）方式0：基本I/O方式（查询时，任选C口做连络信号）方式1：选通I/O方式（可查询或中断，固定C口做连络信号）方式2：双向I/O方式（只用于A口，PC3~PC7做连络信号）8255A30三、8255A的工作方式方式0-----基本输入输出方式•A、B、C口作为基本输入输出口•输入有缓冲，输出有锁存•在方式0下，直接采用无条件读写方式与CPU交换数据。8255A31应用举例8255A如图8-15所示，8255A的C口连接4个开关K0~K3，A口连接一个共阳极七段数码管，假设8255A的端口地址为60H~63H。要求将C口输入的开关状态（0~FH）显示在数码管上，试编写程序。8255A的工作方式控制字为：10001000B（88H）328255A8255A的工作方式控制字为：10001000B（88H）PORTAEQU60HPORTBEQU61HPORTCEQU62HPCTRLEQU63HDISPROCMOVAL,88HOUTPCTRL,AL;初始化8255INAL,PORTC;读开关状态MOVCL,4SHRAL,CL;转成低4位LEABX,SH_TABXLATSH_TAB;查表OUTPORTA,AL;显示输出RETSH_TABDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8HDB80H,98H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHDISENDP33图8－11打印机接口工作时序图图8–12打印机接口原理图8255A34MOVCX，256MOVAL，10000001BOUT83H，ALMOVAL，00001111BOUT83H，ALWAITK：INAL，82HTESTAL，04HJNZWAITKMOVAL，[BX]OUT80H，ALMOVAL，00001110BOUT83H，ALNOPNOPMOVAL，00001111BOUT83H，ALINCBXLOOPWAITKMOVAH，4CHINT21H例：8255与打印机的连接1。8255工作于方式0用PC7、PC2做联络线8255A35方式1-----选通输入输出方式基本特点1、方式1下，A口、B口作为数据输入、输出口，C口的某些位作为控制或状态信息。2、输入输出均有锁存。8255A36A口方式1，输入INTEAPA0~PA7PC4PC5PC3STBIBFINTR