微机原理与接口技术第5章 输入输出接口与中断技术.ppt

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微机原理及接口技术 输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换,即通信(communication)。 微型计算机与外界的通信,是通过输入输出设备进行的,通常一种I/O设备与微型机连接,就需要一个连接电路,我们称之为I/O接口。存储器也可以看做是一种标准化的I/O设备。 6.1 CPU与外设通讯的特点 存储器与CPU交换信息:它们在数据格式、存取速度等方面基本是匹配的,也就是说CPU要从存储器读入指令,数据或向存储器写入新的结果和数据,只要一条存储器访问指令就可完成,在硬件连接方面是芯片与芯片之间的管脚连接。 CPU与外部设备通讯的困难: 1.CPU的运行速度要比外设的处理速度高得多 2.一台打印机不能直接与CPU的管脚连接, 一个键盘或者其他外设也是如此。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。 接口设计涉及到两个基本问题: 1.中央处理器如何寻址外部设备,实现多 个外部设备的识别; 2.是中央处理器如何与外设连接,进行数据、状态和控制信号的交换。 为了对不同接口的不同寄存器进行访问,需要给每一个寄存器分配一个编号,称为地址。通常把I/O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器或某些特定器件称为端口(port)。因此,一个I/O接口可能有几个端口,如命令口、状态口、数据口等。 I/O端口的寻址方式有两种: I/O端口和存储器统一寻址 I/O端口独立寻址 缺点: 是对端口的I/O操作缺乏灵活性,寻址方式单调,没有存储器那样的寻址方式和运算功能。 所谓统一编址,就是将I/O端口与存储器不分彼此,一起统一进行编址。此时的I/O端口就可看作存储器单元,CPU对存储器的访问和操作指令也就同样适用于I/O端口,CPU访问I/O就和访问存储器一样,无需再设置专用访问I/O端口的指令。 有三个特点: 1.I/O接口与存储器共用同一个地址空间。 2.CPU利用对存储器的存储单元进行操作的指令来实现对I/O设备的管理。 (例 Mov指令) 3.CPU用存储器读/写控制信号对I/O设备进行读/写控制。 优点: 1.CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令,故指令多,使用方便。如可对外设的数据进行算术和逻辑运算,进行循环或移位等。 2.存储器和外设的地址分布图是同一个。 3.不需要专门的输入/输出指令。 缺点: 1. 外设占用了内存单元,使内存容量减少。 2. 存储器操作指令通常要比I/O指令的字节 多,故加长了I/O操作的时间。 在程序中断传送方式中,外设处于主动地位,CPU处于被动地位。当CPU与外设之间无数据交换时,CPU与外设彼此无关,并行工作,即CPU运行主程序,外设处理其内部事务。 中断源的类型有: 1.外部设备请求中断 2.故障强迫中断 3.实时时钟请求中断 4.数据通道中断 5.程序自愿中断 1.外部硬件中断: 中断源是外部硬电路。通过CPU的NMI引脚或INTR引脚向CPU提出中断请求。 INTR:可屏蔽中断,受CPU内标志寄存器中IF位的屏蔽 NMI:非屏蔽中断,不受IF位的屏蔽,Cpu必须响应。 CPU每执行完一条指令,检测NMI和INTR引脚上有无中断请求。 2.内部异常中断: 中断源是CPU内部正在执行的过程发生的异常情况。 如除法操作时结果太大 (分母太小) ; 8259A的中断管理方式 一、中断优先权管理(4种) 1.完全嵌套方式 固定优先权:IR0IR1…IR7。 高优先级的中断可进入低优先级,但低优先级不能进入高优称级或同等优先级。 2.自动循环方式 IR0-IR7轮流具有最高优先权。 当任何一级中断被处理完,它的优先级别就被改变为最低,而最高优先级分配给该中断的下一级中断。 5.3.2 8259A的编程 初始化:第一部分称预置命令字ICW1-ICW4。预置命令字是要按规定顺序写入8259A中的。 预置命令字功能: . ICW1:8259A是单一式还是主从式; . ICW2:设置8个中断请求设备的类型号; . ICW3:若为主从式则规定主8259A中每个IR端是否带从8259A,从8259A则要规定从主8259A的哪个IR端引入; . ICW4:完成中断管理方式的设定。 5.3 中断控制器8259A 目前的PC系列微机,其外围接口芯片(如80C286)都集成有与两片8259A相当的中断控制电路。 8259A的主要特性 NMOS工艺,单一+5V电源,全静态工作(无需外加时钟) 1片8259A能管理8级中断 可用9片8259A级联成64级主从式中断系统 即一片8259A主片最多允许与8片8259A从片级连 具有中断判优、中断允许、中断屏蔽等功能 可编程选择不同的

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