第6章1 输入和输出和中断技术.ppt

输入输出系统概述 理解I/O系统、I/O接口和 I/O端口 了解端口编址方式 掌握I/O的控制方式 掌握中断概念、中断技术、中断过程 掌握8259A应用 第1节 输入输出系统概述 在微型计算机系统的应用中，CPU除与内存交换信息外，还必然要经常与各种外部设备交换信息。 主机与外设进行信息交换过程主要是完成数据输入或输出的传送操作。 输入或输出操作的确切含义是有选择地启动被微处理器选中的外部设备，以便使其接收来自CPU的数据或向CPU送入数据。 数据传送的方向标准通常以微处理器为中心. 输入传送；而输出传送。 当实现一个数据的输入输出操作时， 寻址方式寻找一个确定的设备， 控制方式解决如何同它进行信息交换 6.1.1 I/O接口的特点及基本功能 I/O系统的特点： 1.复杂性 2.异步性 3.实时性 4.与设备无关性 I/O接口具有下述四方面功能： （1）I/O地址译码与设备选择 （2）信息的输入与输出 （3）缓冲与锁存 （4）信息转换（格式变换，电平转换，A/D,D/A转换，等。 接口功能（更专业的说法） 1．数据缓冲功能——输入输出 2．接收和执行CPU命令的功能 3．信号转换、复位功能——联络 4．设备选择功能——寻址 5．中断管理功能 6．数据宽度变换的功能 7．可编程能力 I/O接口的基本结构 由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组寄存器：数据（输入输出）寄存器、状态寄存器、控制寄存器、 通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址 6.1.2 I/O端口 一、概念 （1）定义：接口中与CPU交换某一信息的具体的物理位置。 （2）形式：可被CPU访问的寄存器、缓冲器、锁存器或特定部件。 （3）连接：一端与总线连接，另一端与外设的输出线或输入线相连。 （4）功能：CPU通过端口写操作把数据输出给外设；通过端口读操作把外设的输入数据取入。 （5）I/O端口的三种类型：数据类型、输入状态信号类型和输出控制信号类型。/输出、输入和双向端口。 二、I/O端口的编址方式 1. I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O） 优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。指令类型多，功能齐全，编程灵活、方便 例如 :ADD AL, [2000H] I/O端口的编址方式 2. I/O端口和存储器独立编址（I/O Mapped I/O） 指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是给谁的？是给M，还是I/O? 在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO（80x86均如此）。 优点：不占用M地址空间； I/O端口地址译码较简单，寻址速度快。 缺点：I/O指令类型少，程序设计的灵活性较差。 三、微机I/O端口的地址分配 IBM PC系统：地址线10条——A9～A0，I/O端口数目1024（210）个； 端口地址0～3FFH。 I/O接口芯片占用256个（0～0FFH）； I/O接口卡占用768个（200H～3FFH）。 PC机接口卡端口地址(0100H-03FFH) 四、I/O端口的地址译码及片选信号的产生 系统中由多台外设，当CPU与外设进行通信时（IN AL, XXH 或 OUT XXH, AL）,需要对各个设备所对应的接口电路进行逻辑选择，即产生相应的片选（Chip Select－－CS）信号。这种逻辑选择功能是由系统中I/O接口部分的地址译码器来实现的。所以，地址译码器是I/O接口电路的基本组成部分。 通常采用“3－8”译码器（74LS138） I/O指令 例：端口地址为2F0H～2F7H的地址译码电路 1011110000B～1011110111B 6.2 简单接口电路 一 接口电路的基本构成 三态门作为输入接口 74LS273 作为输出接口 74LS374作为输入和输出接口 简单接口应用 接口设计基本方法 1. 接口硬件设计方法 接口主要完成数据、地址、控制总线与外设信号的转换和连接任务。 分析接口两侧的情况： CPU侧：数据线宽度、地址线宽度、控制线逻辑定义及时序； 外设侧：工作原理与特点，引脚信号逻辑定义、时序和电平差异。 进行信号转换：找出差异并进行信号转换与改造。 选择合理外围接口芯片构成接口电路。 考虑问题：资源冲突问题；时序问题及缓冲、锁存措施；负载与总线驱动问题；抗干扰措施；与数据总线相连的器件必须有三态功能；接口卡插脚与I/O槽引角对应关系要正确；接口卡的几何尺寸要正确。 2. 接口