[工学]chapter_6_嵌入式系统概述.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 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 。 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 。 计算机外设在接入到计算机系统时需要接口电路桥接用于完成主机与物理外设的桥接与控制。 在本课程中所研讨的“外设”是指外设接口，注重于工作原理研讨。 6.2 输入输出接口电路 计算机中的输入输出接口电路用于将物理外设连接入计算机系统，在计算机系统中起着物理外设与计算机主机之间桥接、适配作用。 6.2.1 输入输出接口电路的基本功能与端口分类 接口具有物理连接的含义，物理外设通过接口电路接入到计算机。 接口电路是实现接口的主要组成部分，用于将物理外设桥接到计算机系统总线。 从CPU角度看到的外设实质上是外设的接口电路，它是物理外设的抽象，并不一定是具体的物理外设装置，更具有原理代表性。 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 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。 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 侧重于物理连接； 端口 侧重于接口的内部工作方式。 接口由若干个端口加上相应的控制电路构成。 每个端口都对应与接口电路中的各个工作寄存器。 外设通过接口连接入计算机系统，计算机通过端口访问控制外设工作。 6.3 CPU与外设的数据传输控制方式 外设的多样性使外设的属性差异极大，需要不同的数据传送控制方式。 处理器与外设之间的数据传送方式主要有：无条件数据访问方式，状态查询方式数据访问方式，中断方式数据访问方式和直接存储器访问（DMA）方式等几种方式。 6.3.1 无条件数据访问方式 一、问题描述与解决方法 如：状态开关（按键）、继电器、数码管、发光二极管等设备，计算机可随时访问，而不需顾及其当时的状态。 无条件外设输入设备总是准备好向CPU提供数据，输出设备总是准备好接收CPU送来的数据。 CPU对此类外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，直接读/写数据端口即可 。 这一类I/O设备的访问控制最简单 。 6.3.1 无条件数据访问方式 二、接口电路的主要功能 任何设备都不能长期占用系统总线； 输入设备要经过三态缓冲器相连到系统总线； 输出设备要经过数据锁存器相连到系统总线； 小思考：处理器的数据总线仅传送操作数，这个说法对吗？ 6.3.1 无条件数据访问方式 三、接口电路的基本组成原理（输入三态隔离） 6.3.1 无条件数据访问方式 三、接口电路的基本组成原理（输出数据锁存） 6.3.2 状态查询数据访问方式 一、问题描述与解决方法 有一些外设，处理器在对其进行访问时需要关心其状态，只有状态许可时方可对外设进行访问。如：AD转换器、串行通信、打印机等，这类外设称之为条件访问外设。 CPU对此类外设进行输入/输出操作时需考虑外设的状态，只有外设处于‘准备好’状态时，方可访问数据端口。 6.3.2 状态查询数据访问方式 一、问题描述与解决方法 状态查询方式的原理：在执行数据端口访问指令前，要先查询该设备的状态，当设备处于准备好状态时，CPU才执行对设备数据端口的输入/输出指令，与外设交换信息；否则，等待。 6.3.2 状态查询数据访问方式 二、状态查询式 I/O接口电路 组成原理 6.3.2 状态查询数据访问方式 三、状态程序查询方式 I/O控制流程 6.3.3 中断方式数据访问 一、基本思路