输入输出及中断系统.PPT

输入输出及中断系统 ◆教学目标：具体介绍I/O接口及数据传输方式、中断系统功能及中断处理过程、PC机的中断结构和中断矢量。 教学重点： I/O接口及数据传输方式 教学难点： I/O接口及数据传输方式  10.1 输入输出接口 10.1.1 输入输出接口概述 1. I/O接口功能 输入输出接口电路位于系统总线（或局部总线）与外设之间，用它来完成系统总线（或局部总线）与外设之间的数据传输，完成系统对外设的控制与响应。从硬件上讲，接口是介于部件与总线之间的电路，适配两者完成数据传输。 (1)??? 寻址功能 对系统地址总线高位进行译码，将译码输出作为片选信号以访问相应的接口电路（芯片），再根据地址总线低位选择被访问接口电路中的具体端口。 (2)??? 数据锁存与缓冲 锁存解决外设与主机在速度上的差异，使它们同步工作；缓冲增强接口的驱动能力，使负载趋于平衡。 (3)??? 时序控制 接口电路根据系统提供的不同时序信号(由基准的系统时钟派生)与主机协调工作。按照CPU的控制命令和外设的运行状态来组合这些时序信号，产生各种不同的相应操作控制信号。 1. I/O接口功能（续） (4)??? 对外设的监测与控制 接收CPU送来的命令字或控制信号，对外设进行监测、控制和管理；向主机或CPU提供I/O传输的状态，供主机或CPU处理，使之与外设协调工作。 (5)??? 中断和DMA管理 为使外设与CPU并行工作，或满足实时处理之需，常采用中断方式传送数据；对高速大批量数据传输常采用DMA(直接存储器存取)方式。接口电路应能受理外设的中断请求或DMA请求信号并向CPU申请，接收CPU相应的响应信号并处理与外设的数据传输。 (6)??? 信息变换 外设的信息形态与数据格式复杂多样，要求接口电路能在主机与外设之间进行各种信息变换：数/模与模/数转换、并/串与串/并转换、电平转换、数据格式转换等。 主机与外设通过接口传送信息，按所传送信息的内容和功能可分为数据、状态和控制三类，它们各自通过接口内不同的端口寄存器传送而相互区分开来。 按主机与外设之间所传输信息的形态可将其分为三种类型：数字量、模拟量和开关量。 2. 接口基本结构 接口电路可以很简单，简单得可以由几个甚至一个三态门构成；以VLSI芯片为主构成的接口电路，其复杂程度有的不亚于8位CPU。接口电路通常做在一块超大规模集成电路接口芯片上，根据需要也有用中小规模集成电路芯片构成的。不同规模和功能的接口电路，其结构虽各有不同，但一般是由寄存器和控制逻辑两大部分组成，每部分又包含几个基本模块，如下图所示。 2. 接口基本结构（续） (1)?? 端口寄存器 这部分包括输入缓冲寄存器、输出缓冲寄存器、控制寄存器和状态寄存器，它们是接口电路的核心，每个寄存器表示一个I/O端口，对应一个I/O端口地址。 数据缓冲寄存器 输入缓冲寄存器暂时存放输入设备送来的数据，供CPU读取；输出缓冲寄存器暂时存放CPU送出的数据，缓冲后送给输出设备。输入输出缓冲寄存器在高速CPU与低速外设之间起到协调、缓冲作用，实现数据传送的同步。数据缓冲寄存器通常具有三态功能。 控制寄存器 控制寄存器用来存放CPU发来的控制命令和有关信息，以规定接口电路的功能和工作方式。VLSI接口芯片一般具有可编程特性，一个接口芯片具有多种不同的工作方式和功能，可通过编程来设定，使用上十分灵活方便。控制寄存器一般是只写寄存器，其内容只能由CPU写入，不能读出。 状态寄存器 状态寄存器记录外设的当前状态和I/O操作状况。CPU用输入指令读取状态寄存器的内容，从而了解外设的当前状况和数据传输过程中发生的有关情况，据此作出相应判断，执行相应操作，使主机能安全可靠地通过接口完成数据传输。 3. 接口分类 计算机各部件与总线之间、各部件相互之间都要经过相应的接口电路连接，接口是组成计算机系统的关键之一。 ◆按接口在计算机系统中所起的作用，可分为三类： 系统接口 这是和主机配套的必不可少的接口，它是微机的一部分，包括存储管理、总线仲裁、中断控制、DMA控制等。 通用输入输出接口 提供给一般并行或串行外设的通用接口，如并行I/O接口、串行I/O接口等。 专用I/O接口 与专用I/O设备配套的接口，如键盘控制、CRT控制、打印控制、磁盘控制等接口。 ◆按接口所连接部件的功能和形态可分为四种： 用户交互接口 这类接口接收来自用户的信息或向用户发送信息(数据或命令)，完成人机交互。如键盘/显示器接口、光笔/显示器接口、打印机接口、语音识别接口等，它们主要完成信息表示方法和数据传输速率的转换。 内务操作接口 这是支撑以处理器为核心的基本系统正常运转、实施基本的控制功能、进行基本处理