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第6章  输入输出及中断技术 主要内容 输入输出系统的基本概念 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 *中断控制器8259 §6.1 输入输出系统 了解和掌握： I/O系统的概念和特点 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 I/O 接口的概念 组成微机最核心的硬件是CPU和存储器。 但输入输出是计算机与外部世界进行信息交换不可缺少的功能，占有极其重要的地位。计算机所处理的各种信息，包括程序和数据都要由输入设备提供，而处理的结果则要通过输出设备供人们查看。例如，键盘、鼠标、扫描仪等都是输入设备，显示器、打印机、绘图仪等都是输出设备。可以说，没有输入输出能力，计算机就变得毫无意义。 I/O 接口的概念 在微机系统中，常用的外围设备有键盘、显示器、软/硬盘驱动器、鼠标、打印机、扫描仪、绘图仪、调制解调器(MODEM)、网络适配器。 随着计算机性能的不断提高，输入/输出设备也更加复杂多样，如影视、音频识别系统等。当计算机用于监测与过程控制中时，还需要模/数转换器(ADC)和数/模转换器(DAC)，以及I/O 通道中一些专用设备。 当要把这些外设与主机相连时，就需要配上相应的电路。通常把这种介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为I/O 接口电路(interface)。 CPU 与外设之间交换数据的框图 对于主机，接口提供外部设备的工作状态和数据； 对于外部设备，接口电路寄存了主机发送给外部设备的命令和数据，使主机和外部设备之间协调一致地工作。 1、I/O 接口电路的基本功能 1. 对输入/输出数据进行缓冲、隔离和锁存 2. 对信号的形式和数据格式进行交换与匹配 3. 提供信息相互交换的应答联络信号 计算机执行指令时所完成的各种操作都是在规定的时钟信号下完成的，并有一定的时序。而外部设备也有自己的定时与逻辑控制，但通常与CPU 的时序是不相同的。外设接口就需将外设的工作状态(如“忙”、“就绪”、“中断请求”)等信号及时通知CPU，CPU根据外设的工作状态经接口发出各种控制信号、命令及传递数据，接口不仅控制CPU 送给外设的信息，也能缓存外设送给CPU 的信息，以实现CPU 与外设间信息符合时序的要求，协调工作。 4. 根据寻址信息选择相应的外设 2、I/O 接口信号的分类 1. 数据信息 数据通常为8 位或16 位，可分为3 种基本形式：数字量、开关量和模拟量。 2. 状态信息 指I/O 接口反映I/O 设备工作状态的信息，如表示输入装置是否已准备好的信息(READY 信号)，表示输出装置是否忙的信息(BUSY 信号)等。 3. 控制信息 指CPU 向接口内部控制寄存器发出的各种控制命令，用于改变接口的工作方式及功能，如选通信号、启停信号等。 三、I/O端口的编址方式 内存单元都进行了编址，每一个字节的存储单元占一个地址，CPU 通过在地址线上发送地址信号来通知存储器要与哪一个存储单元交换数据；同样，计算机对外设接口也进行了编址，叫做端口地址。在与I/O 接口交换数据时，CPU 通过在地址线上发出要访问外设接口的端口地址来指出要与哪个I/O 接口交换数据。 编址方式： 与内存统一编址 独立编址 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 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 8088/8086的I/O端口编址 计算机的I/O 设备采用哪种编址方式，取决于CPU 的硬件设计。IBM PC 系列机(Intel系列CPU)采用独立编址方式，存储器用20 位二进制数编址，范围是：00000H～FFFFFH，共1MB；I/O 设备用16 位二进制数编址，范围是：0000H～FFFFH，共64KB，但实际系统只用了0～3FFH 这1024 个地址。 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 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。 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。 I/O地址译码例 地址范围： × × × × 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 × × × × 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 I/O地址译码例 译码