chapter_6_IO系统及中断.ppt

西安邮电学院 计算机学院 第6章输入/输出与中断技术 6.1 计算机接口概述 组成：计算机硬件由控制器、运算器、存储器、输入设备和输出设备等5部分组成 。 工作：处理器的强大功能必须通过外部设备（简称外设）才能得以呈现 。 桥接作用：计算机外设在接入到计算机系统时需要接口电路-用于完成主机与物理外设的桥接与控制。 6.1 计算机接口概述——引入 为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路 多种多样的外设 工作原理不同 机械、电子、机电、电磁…… 传送信息类型多样 数字量、模拟量、开关量 传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码…… 6.2 计算机接口概述——IO接口 什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路 6.2 计算机接口概述——微机接口技术 什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备 6.2 计算机接口概述——接口功能 ⑴ 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 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节 ⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 ⑶ 对I/O端口进行寻址 ⑷ 与CPU和I/O设备进行联络 输出接口的锁存环节 输出接口的锁存、缓冲环节 输入接口的缓冲环节 输入接口的锁存、缓冲环节 端口（PORT） 端口泛指I/O地址，通常对应接口电路的寄存器 一个接口电路可以具有多个I/O端口（寄存器），每个端口用来保存和交换不同的信息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息 输入、输出端口可以是同一个I/O地址 6.2.1 输入输出接口电路的基本功能与端口分类 状态信息(输入) 用于标示设备的状态情况 。 数据信息(输入/输出) 要传送的二进制目标数据。 控制信息(输出) 控制外设的工作方式与具体操作。 对应于上述的三种信息，外设接口电路中的端口寄存器也分为了三类：状态端口(寄存器)、数据端口(寄存器)和控制端口(寄存器)。 6.2.1 输入输出接口电路的基本功能与端口分类 存储器的两种结构：——哈佛结构与普林斯顿结构 哈佛结构:使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存； 使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。 好处：分开可以使指令和数据有不同的数据宽度； 另外指程序和数据空间独立的体系结构,可以减轻程序运行时的访存瓶颈。哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。ARM9、ARM10和ARM11属于该结构。 普林斯顿结构，也称冯·诺伊曼结构，将程序指令存储器和数据存储器合并在一起编址统一的存储器结构。目前使用冯·诺伊曼结构的中央处理器和微控制器有很多。程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置，因此程序指令和数据的宽度相同，如英特尔公司的8086中央处理器的程序指令和数据都是16位宽。ARM公司的ARM7、MIPS公司的MIPS处理器也采用了普林斯顿结构。 6.2.2 I/O端口的编址 一、基本概念 计算机硬件系统中可以含有多个I/O接口，每个I/O接口中又可以含有多个I/O端口（寄存器）。 端口寄存器在计算机系统中象存储器单元一样被编址，称之为‘端口地址’，处理器通过端口地址可对各个端口寻址访问，实现对外设的访问控制。 6.2.2 I/O端口的编址 二、计算机系统中有两种I/O端口编址方式 统一编址方式I/O端口与内存单元统一编址在一个地址空间。只是分布在不同的地址空间区域。特点，处理器无专用的I/O指令，无专用的I/O访问控制管脚。 独立编址方式 I/O端口与内存单元分别编址在I/O地址空间和内存地址空间。特点，处理器有专用的I/O指令，有专用的I/O访问控制管脚。 3．I/O端口的访问示例 IN AL, 21H OUT 43H, AL IN AL, 21H OUT 43H, AL 6.2.2 I/O端口的编址 三、接口 与 端口 接口 和 端口是两个不同的概念 。 接口 侧重于