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第6章 输入/输出和中断 一个简单的外设接口框图 6.2 CPU与外设交换数据的方式 6.2.1 程序控制传递方式 2. 查询传送方式(异步传送方式) 当CPU同外设不同步且不知道外设工作速率时,可采用此方式传送。传送前,CPU必须先对外设进行状态检测。 3.中断传送方式 无条件传递和查询传送的缺点是:CPU和外设只能串行工作。 为提高系统的工作效率,充分发挥CPU的高速运算能力,引入了“中断”系统,利用中断来实现CPU与外设之间的数据传送,这就是中断传送方式。 6.2.2 DMA(直接存储器存取)传递方式 外设和内存之间直接传送数据的方式,即DMA传送方式。在DMA传送方式中,对这一数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器(DMAC)。 特点: 外设直接与存储器进行数据交换 ,不需要CPU干预也不需软件介入。 总线由DMA控制器(DMAC)进行控制(CPU要放弃总线控制权),内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。 3.DMAC(DMA控制器)的基本功能 (1)能接收外设的请求,向CPU发出DMA请求信号。 (2)当接到CPU发出DMA响应信号后,DMAC接管对总线的控制,进入DMA方式。 (3)能寻址存储器,即能输出地址信息和修改地址。 (4)能向存储器和外设发相应的读/写控制信号。 (5)能控制传送的字节数,判断DMA是否结束。 (6)在DMA传送结束后,能结束DMA请求信号,释放总线,使CPU恢复正常工作。 6.3 中 断 6.3.1 概述 中断——外设随机地(指主程序运行到任何一条指令时)或程序预先安排产生中断请求信号,暂停CPU正在运行的程序,转入执行称为中断服务的子程序,中断服务完毕后,返回到主程序被中断处继续执行的过程。 中断源——引起中断的事件 通常中断源有以下几种: (1) 输入、输出设备: 如键盘、显示器和打印机等; (2) 数据通道: 如磁带等; (3) 实时控制过程中的各种参数; (4) 故障源: 如掉电保护等; (5) 控制系统的现场测试信号以及软件中断。 中断系统应具有以下功能: 1. 能实现中断响应、中断服务和中断返回 2. 能实现中断优先级排队 3. 能实现中断嵌套 6.3.2 中断过程与中断管理 1.中断过程 一个完整的中断基本过程包括:中断请求、中断判优、中断响应、中断处理及中断返回等五个基本过程。 (1)中断请求 当某一外部中断源要求CPU中断时,首先要向CPU发出中断请求,该请求信号被存放在中断源接口电路的中断请求触发器中暂存,并通过INTR或NMI信号线引入CPU 。 (3)中断响应 CPU每执行完一条指令后,查询是否有中断请求。当查询到有中断请求且此时CPU允许中断(即IF=1,开中断),CPU响应中断。 响应中断后系统做的工作: ①自动关中断;通过使IF清零来实现 ②保存FR和断点;将被中断程序的断点, 即当前IP和CS内容压入堆栈实现; ③形成中断入口地址。通过中断矢量,查询中断地址表实现。 (4)中断处理 执行中断服务程序 ①中断服务开始要用压栈指令(PUSH)将要用到的寄存器内容压入堆栈,以便返回到主程序时能正确运行。——保护现场 ②中断服务程序结束后,用POP指令把所保存的有关寄存器的内容从堆栈弹出,以便恢复到中断前的状态。——恢复现场 2. 中断优先权 (1)软件查询方式 (2)硬件优先权排队电路。 ①简单硬件方式——菊花链法或链式优先权排队电路。 ②专用硬件方式——可编程的中断控制器 6.4.2 内部中断——软中断 在8086/8088系统中,通过执行中断指令或由CPU 本身启动的中断称为内部中断(也称软件中断)。 除单步中断外,内部中断无法用软件禁止,即不受IF的影响。 1、内部中断的类型 (1)0型中断——除法出错中断 (2)1型中断——单步中断 (3)3型中断——断点中断 (4)4型中断——溢出中断 (5)INT n指令中断 2.内部中断的处理过程 如何获取相应的中断类型码 专用中断:中断类型码是自动形成的。 几种类型码为:类型0、1、3、4。 对于INT n指令,其类型码为指令中给定的n。 6.4.3 外部中断——硬中断 非屏蔽中断——NMI引脚产生的中断,不受IF控制,类型号为2。 可屏蔽中断——由CPU的INTR端接收可屏蔽中断。受IF控制,只有当IF=1, 在一条指令执行结束后,CPU才能响应可屏蔽中断的
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