安工大微机原理及接口第8章输入输出和中断技术.ppt

Ch.8 输入输出和中断技术 本章内容 基本概念 I/O端口的编址 输入输出的基本方法：无条件、查询、中断、DMA 中断 中断基本概念 8086/8088中断系统 8259中断控制器* DMA* DMA的基本概念 DMA工作过程 DMA的三种传输方式 8.1 输入/输出接口（I/O接口） 8.1.1 概述 什么是I/O接口？ 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。 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) I/O接口的功能 I/O地址译码与设备选择 把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离（高阻态） 数据的缓冲与暂存 缓解接口与CPU工作速度的差异 对外设进行监测、控制与管理，中断处理 信号电平与类型的转换 形式、格式、电平、功率、码制等 8.1.2 I/O接口的编址方式 I/O端口： I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I)。 不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址(或端口号)。 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。 1. 统一编址 把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。 优点 指令统一，灵活； 访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。 缺点 内存可用地址空间减小 2. 独立编址 外设地址空间和内存地址空间相互独立。 优点：内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号 例如：8088/8086系统 8088/8086 CPU的I/O编址方式 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 来区分： 时为I/O地址 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 IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH) 8.1.3 I/O端口地址的译码 、 、 A15 ～ A0 OUT指令将使总线的 信号有效 IN指令将使总线的 信号有效 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。 例如： 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。 8.1.4 I/O数据的传送方式 并行 一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送 速度快、距离短、成本高 例：PC机的并行接口(通常用于连接打印机) 串行 数据按位进行传送 速度慢、距离远、成本低 例： PC机的串行接口(通常用于串行通信) 8.2 简单接口电路 8.2.1 接口电路的基本结构 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。 简单接口电路 数据输入接口 必须具有三态输出能力，以便与总线挂接 外设有数据保持能力时—可用三态门实现 外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实现 数据输出接口 常用锁存器实现 三态门：高电平、低电平、高阻态 通常一个器件中包含8个三态门 常用芯片：74LS244 应用例子：开关接口 工作波形图如下： 简单的输入接口举例 简单的输出接口举例 锁存器：由D触发器构成 通常一个器件包含8个D触发器 常用芯片： 74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器) 应用例子：发光二极管接口 输入/输出接口综合应用例子 根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 共阳极7段数码管结构 用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管 74LS273的地址假设为F0H 用74LS244作为输入口，读入开关K0～K3的状态 74LS244的地址假设为F1H 当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上对应显示’0’～’F’ (7段码表见下页) 相应程序段如下： …… Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H …