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1、第第 5 5 章章微型机和外设的微型机和外设的数据传输数据传输第5章 微型计算机和外设的数据传输教学重点 I/O接口电路的典型结构接口电路的典型结构 无条件传送方式无条件传送方式 查询传送方式查询传送方式 中断工作过程中断工作过程存存储储器器都都是是用用来来保保存存信信息息的的，功功能能单单一一，传传送送方方式式单单一一（一一次次必必定定是是传传送送1 1个个字字节节或或者者1 1个个字字），品品种种很很有有限限(只只有有只只读读类类型型和和可可读读/可可写写类类型型)，存存取取速速度度基基本本上和上和CPUCPU的工作速度匹配。的工作速度匹配。微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样工工
2、作作原原理理、驱驱动动方方式式、信信息息格格式式、以以及及工工作作速速度度方方面面彼此差别很大彼此差别很大它们不能与它们不能与CPUCPU直接相连直接相连必须经过中间电路再与系统相连必须经过中间电路再与系统相连这这部部分分电电路路被被称称为为I/OI/O接接口口电电路路，通通过过接接口口电电路路对对输输入入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。输出过程起一个缓冲和联络的作用。注注：接接口口电电路路完完成成相相应应的的信信号号转转换换、速速度度匹匹配配、数数据据缓冲等功能缓冲等功能多种外设多种外设5.1 5.1 为什么要为什么要用用接口电路接口电路5.2 5.2 接口电路的概述接口电路的概述什么是接
3、口技术？连接计算机系统中的各种功能部件，构成一个完整的、实用的计算机系统，这是接口技术的广义定义。依次定义，实现处理器到系统总线连接的总线驱动器、数据收发器、时钟电路等称为处理器接口。此外，还有RAM接口、ROM接口、外部设备接口等等。更为流行的观点认为接口技术是把由处理器、RAM、ROM等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外部世界通讯的一门 技术，即仅指I/O设备接口技术。什么是什么是I/O接口（电路）？接口（电路）？I/O接接口口是是位位于于系系统统与与外外设设间间、用用来来协协助助完完成成数据传送和控制任务的逻辑电路数据传送和控制任务的逻辑电路PC机机系系统统板板的的可可
4、编编程程接接口口芯芯片片、I/O总总线线槽槽的电路板（适配器）都是接口电路的电路板（适配器）都是接口电路CPUCPU接口接口接口接口电路电路电路电路 I/OI/O设备设备设备设备5.2 5.2 接口电路的概述（续）接口电路的概述（续）什么是微机接口技术？什么是微机接口技术？处理微机系统与外设间联系的技术处理微机系统与外设间联系的技术注意其软硬结合的特点注意其软硬结合的特点根根据据应应用用系系统统的的需需要要，使使用用和和构构造造相相应应的的接接口口电电路路，编编制制配配套套的的接接口口程程序序，支支持和连接有关的设备持和连接有关的设备5.2 5.2 接口电路的概述（续）接口电路的概述（续）5.
5、2 5.2 接口功能接口功能 寻址能力：寻址能力：对送来的片选信号进行识别。对送来的片选信号进行识别。输输入入/输输出出功功能能：根根据据读读/写写信信号号决决定定当当前前进进行行的的是是输输入入操操作作还是输出操作。还是输出操作。数数据据转转换换功功能能：并并行行数数据据向向串串行行数数据据的的转转换换或或串串行行数数据据向向并并行数据的转换。行数据的转换。联络功能：联络功能：就绪信号，忙信号等。就绪信号，忙信号等。中中断断管管理理：发发出出中中斯斯请请求求信信号号、接接收收中中断断响响应应信信号号、发发送送中中断类型码的功能。并具有优先级管理功能。断类型码的功能。并具有优先级管理功能。复复
6、位位：接接收收复复位位信信号号，从从而而使使接接口口本本身身以以及及所所连连的的外外设设进进行行重新启动。重新启动。可可编编程程：用用软软件件来来决决定定其其工工作作方方式式，用用软软件件来来设设置置有有关关的的控控制信号。制信号。错误检测：错误检测：一类是传输错误。另一类是覆盖错误。一类是传输错误。另一类是覆盖错误。注：一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。注：一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。5.3 I/O5.3 I/O接口与系统的连接接口与系统的连接(1)数据信息数据信息 CPUCPU和外设交换的基本信息，和外设交换的基本信息，包括三种形式：数字量、模拟量、开关量。(2)
7、状态信息状态信息 是外设通过接口往是外设通过接口往CPUCPU传送的传送的,反映了当前外设的工作状态。反映了当前外设的工作状态。如：“准备好”(READY)信号、“忙”（BUSY）信号(3)控制信息控制信息 是是CPUCPU通过接口传送给外设的通过接口传送给外设的相关控制信息。相关控制信息。如：外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息。1 1CPUCPU与与I/OI/O设备之间的信号（三类）设备之间的信号（三类）5.3 I/O5.3 I/O接口与系统的连接（续）接口与系统的连接（续）数据端口、控制端口、状态端口CPU和外设进行数据传输时，各各类类信信息息在在接接口口中中进进入入不不同同的的寄
8、寄存存器器，一般称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端端口口地地址址。用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的，这些端口叫数数据据端端口口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状状态态端端口口。用来存放CPU发出的命令，以便控制接口和设备的动作，这类端口叫控制端口控制端口。如下图2 2接口部件的接口部件的I/OI/O端口端口注：输入还是输出，所用到的地址总是对端口对端口而言的，不是对接口部件而言的。为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输出端口对应同同一一个个端端口口地地址址。同样，状态端口和控制端口也常用同一个端口地址同一个端口地址。CPU对外设的输入/
9、输出操作就归结为对接口芯片各端口的读端口的读/写操作写操作。2 2接口部件的接口部件的I/OI/O端口端口(续）续）第第5章：章：I/O接口的典型结构接口的典型结构控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器1.接口电路的内部结构接口电路的内部结构2.接口电路的外部特性接口电路的外部特性3.接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类4.接口电路的可编程性接口电路的可编程性CPU与与外外设设主主要要有有数数据据、状状态态和和控控制制信信息息需要相互交换，于是从应用角度
10、看内部：需要相互交换，于是从应用角度看内部：数据寄存器数据寄存器输入数据寄存器：保存外设给输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据的数据输出数据寄存器：保存输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据给外设的数据 状态寄存器状态寄存器保存外设或接口电路的状态保存外设或接口电路的状态 控制寄存器控制寄存器保存保存CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令2 2接口部件的接口部件的I/OI/O端口端口(续）续）3 3接口与系统的连接接口与系统的连接接接口口电电路路位位于于CPU与与外外设设之之间间，从从结结构构上上看看，可以把一个接口分为两个部分。可以把一个接口分为两个部分。用来和用来和I/OI/
11、O设备相连；设备相连；用用来来和和系系统统总总线线相相连连，这这部部分分接接口口电电路路结结构类似，连在同一总线上。构类似，连在同一总线上。下下图图是是一一个个典典型型的的I/O接接口口和和外外部部电电路路的的连连接接图：图：3 3接口与系统的连接（续）接口与系统的连接（续）联联络络信信号号：读读/写写信信号号，以以便便决决定定数数据据传传输方向。输方向。地址译码器，片选信地址译码器，片选信号号：地址译码器除了地址译码器除了接收地址信号外，还接收地址信号外，还用来区分用来区分I/0I/0地址空地址空间和内存地址空间的间和内存地址空间的信号信号(M/I0)(M/I0)用于译用于译码过程。码过程。
12、注：一个接口通常有若干个寄存器若干个寄存器可读/写，一般用1-21-2位低位地址位低位地址结合读/写信号来实现对接口内部寄存器的寻址。4 4输入输出的寻址方式输入输出的寻址方式接口电路占用的接口电路占用的I/O端口有两类编排形式端口有两类编排形式I/O端口单独编址端口单独编址I/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间如如8086/8088I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间如如M6800I/OI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址优点：优点：不需要专门的不需要专门的I/O指令指令I/O数数据据存存取取与与存存储储器器数数
13、据存取一样灵活据存取一样灵活缺点：缺点：I/O端端口口要要占占去去部部分分存存储储器地址空间器地址空间程程序序不不易易阅阅读读（不不易易分分清访存和访问外设）清访存和访问外设）内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000FFFFF优点：优点：I/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读缺点：缺点：I/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富内存内存空间空间I/O空间空间FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址I/OI/O端口单独编址端口单独
14、编址8088/80868088/8086的输入输出指令的输入输出指令输入指令输入指令（IN：将外设数据传送给将外设数据传送给CPU内的内的AL/AX）IN AL,i8;字节输入字节输入IN AL,DX;字节输入字节输入IN AX,i8;字输入字输入IN AX,DX;字输入字输入输出指令输出指令（OUT：将将CPU内的内的AL/AX数据传送给外设）数据传送给外设）OUT i8,AL;字节输出字节输出OUT DX,AL;字节输出字节输出OUT i8,AX;字输出字输出OUT DX,AX;字输出字输出演示演示演示演示8088/80868088/8086的的I/OI/O端口端口8088只只能能通通过过
15、输输入入输输出出指指令令与与外外设设进进行行数数据据交交换换；呈呈现现给给程程序序员员的的外外设设是是端端口口（Port），即），即I/O地址地址8086用用于于寻寻址址外外设设端端口口的的地地址址线线为为16条条，端端口口最最多多为为21665536（64K）个个，端端口口号为号为0000H FFFFH每个端口用于传送一个字节的外设数据每个端口用于传送一个字节的外设数据I/OI/O寻址方式寻址方式8088/8086的的端端口口有有64K个个，无无需需分分段段，设设计有两种寻址方式计有两种寻址方式v直直接接寻寻址址：只只用用于于寻寻址址00H FFH前前256个个端口，操作数端口，操作数i8表
16、示端口号表示端口号v间间接接寻寻址址：可可用用于于寻寻址址全全部部64K个个端端口口，DX寄存器的值就是端口号寄存器的值就是端口号对大于对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式的端口只能采用间接寻址方式数据交换方式数据交换方式如果输入输出一个字节，利用如果输入输出一个字节，利用AL寄存器寄存器如果输入输出一个字，利用如果输入输出一个字，利用AX寄存器寄存器输输入入一一个个字字，实实际际上上是是从从连连续续两两个个端端口口输输入入两两个个字字节节，分分别别送送AL（对对应应低低地地址址端端口口）和和AH（对应高地址端口）对应高地址端口）输输出出一一个个字字，实实际际上上是是将将AL（对对应应低低地
17、地址址端端口口）和和AH（对对应应高高地地址址端端口口）两两个个字字节节的内容输出给连续两个端口的内容输出给连续两个端口5.4 CPU5.4 CPU和外设之间的数据传送方式和外设之间的数据传送方式程程序序控控制制下下的的数数据据传传送送通通过过CPU执执行行程程序序中中的的I/O指指令令来来完完成成传传送送，又又分分为为：无无条条件件传送、查询传送、中断传送传送、查询传送、中断传送直直接接存存储储器器存存取取（DMA）传传送送请请求求由由外外设设向向DMA控控制制器器（DMAC）提提出出，后后者者向向CPU申申请请总总线线，最最后后DMAC利利用用系系统统总总线线来来完成外设和存储器间的数据传
18、送完成外设和存储器间的数据传送I/O处处理理机机CPU委委托托专专门门的的I/O处处理理机机来来管理外设，完成传送和相应的数据处理管理外设，完成传送和相应的数据处理第第5章：章：1.无条件传送方式及其接口无条件传送方式及其接口在在CPU与与慢慢速速变变化化的的设设备备交交换换数数据据时时，可可以以认认为为它它们们总总是是处处于于“就就绪绪”状状态态，随随时时可可以以进进行行数数据据传传送送，这这就就是是无无条条件件传传送送，或或称称立立即传送、同步传送即传送、同步传送适适合合于于简简单单设设备备，如如LED数数码码管管、按按键键或或按按纽等纽等无条件传送的接口和操作均十分简单无条件传送的接口和
19、操作均十分简单这种传送有前提：外设必须随时就绪这种传送有前提：外设必须随时就绪流程流程第第5章：无条件传送：输入示例章：无条件传送：输入示例MOV DX,160HIN AL,DX第第5章：无条件传送：输入实例章：无条件传送：输入实例MOV DX,160HIN AL,DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数数据据总总线线CSRD第第5章：无条件传送：输出示例章：无条件传送：输出示例MOV DX,160HMOV AL,BXOUT DX,AL第第5章：无条件传送：输出实例章：无条件传送：输出实例MOV DX,160HMOV AL,BXOUT DX,AL+5V74LS373300 x 8LE
20、 OE数数据据总总线线CSWR第第5章：无条件传送：输入输出接口章：无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLKLS06反相反相驱动器驱动器LS2738D锁存器锁存器LS244三态三态缓冲器缓冲器8000H译码译码+5VLED0LED7GIOWIORnext:mov dx,8000h；DX指向数据端口指向数据端口in al,dx；从输入端口读开关状态从输入端口读开关状态not al；反相反相out dx,al；送输出端口显示送输出端口显示call delay；调子程序延时调子程序延时jmp next；重复重复又又称称查查询询方方式式，即即通通过过程程序序查查询询相相应应设
21、设备备的的状状态态，若若状状态态不不符符合合，则则CPUCPU不不能能进进行行输输入入/输输出出操操作作，需需要要等等待待；只只有有当当状状态态信信号号符符合合要要求求时时，CPUCPU才才能能进行相应的输入进行相应的输入/输出操作输出操作。第第5章：章：2.条件传送方式条件传送方式一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输入设备来说，它能够提供入设备来说，它能够提供“准备好准备好”（“READY”）信号，信号，“READY”1 表示输入数据已准备好。输出表示输入数据已准备好。输出设备则提供设备则提供“忙忙”(“BUSY”)信号，信号，“BUS
22、Y”1表表示当前时刻不能接收示当前时刻不能接收CPU来的数据，只有当来的数据，只有当“BUSY”0时，才表明它可以接受来自于时，才表明它可以接受来自于CPU的输出数据。的输出数据。第第5章：章：2.条件传送方式（续）条件传送方式（续）CPU需需要要先先了了解解（查查询询）外外设设的的工工作作状状态态，然然后后在在外外设设可可以以交交换换信信息息的的情情况况下下（就绪就绪）实现数据输入或输出）实现数据输入或输出对对多多个个外外设设的的情情况况，则则CPU按按一一定定顺顺序序依依次次查查询询（轮轮询询）。先先查查询询的的外外设设将将优优先进行数据交换先进行数据交换查查询询传传送送的的特特点点是是：
23、工工作作可可靠靠，适适用用面面宽，但传送效率低宽，但传送效率低就绪就绪？第第5章：条件传送的两个环节章：条件传送的两个环节 查询环节查询环节寻址状态口寻址状态口读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位若不就绪就继续查询，直至就绪若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节寻址数据口寻址数据口是是输输入入，通通过过输输入入指指令令从从数数据据端端口口读入数据读入数据是是输输出出，通通过过输输出出指指令令向向数数据据端端口口输出数据输出数据输入状态输入状态就绪？就绪？数据交换数据交换YN流程流程第第5章：查询输入接口章：查询输入接口IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译
24、码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D0D输入输入设备设备IORSTBmov dx,8000h；DX指向状态端口指向状态端口status:in al,dx；读状态端口读状态端口test al,01h；测试标志位测试标志位D0jz status；D00，未就绪，继续查询未就绪，继续查询inc dx；D01，就绪，就绪，DX指向数据端口指向数据端口in al,dx；从数据端口输入数据从数据端口输入数据第第5章：章：查询输出接口查询输出接口8D锁存器锁存器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D7D+5V输出输出设备设备AC
25、KIOWIORmov dx,8000h；DX指向状态端口指向状态端口status:in al,dx；读取状态端口的状态数据读取状态端口的状态数据test al,80h；测试标志位测试标志位D7jnz status；D71，未就绪，继续查询未就绪，继续查询inc dx；D70，就绪，就绪，DX指向数据端口指向数据端口mov al,buf；变量变量buf送送ALout dx,al；将数据输出给数据端口将数据输出给数据端口第第5章：章：条件传送举例条件传送举例例例1.1.假定接口的数据输入端口地址为假定接口的数据输入端口地址为0052H0052H，数据输数据输出端口地址为出端口地址为0054H005
26、4H，状态端口地址为状态端口地址为0056H0056H，并且设并且设定如果状态寄存器中第定如果状态寄存器中第1 1位为位为1 1，则表示输入缓冲器中，则表示输入缓冲器中已经有已经有1 1个字节准备好，可以进行输入。此外，还设个字节准备好，可以进行输入。此外，还设定如果状态寄存器的第定如果状态寄存器的第0 0位为位为1 1，则表示输出缓冲器已，则表示输出缓冲器已经腾空，因而经腾空，因而CPUCPU可以往终端输出数据。可以往终端输出数据。程序：DATA_SEG SEGMENTMESSAGE DB BUFFER OVERFLOW,0DH,0AH DATA_SEG ENDSCOM_SEG SEGMEN
27、TBUFFER DB 82 DUP(?)COUNT DB?COM_SEG ENDS CODE SEGMENTASSEME DS:DATA_SEG,ES:COM_SEG,CS:CODESTAT:MOV AX,DATA_SEG MOV DS,AX MOV AX,COM_SEG程序（续）：MOV ES,AX MOV DI,OFFEST BUFFER MOV COUNT,DI MOV CX,81 CLDNEXT_IN:IN AL,56H TEST AL,02H JZ NEXT_IN IN AL,52H OR AL,0 JPE NO_ERROR JMP ERRORNO_ERROR:AND AL,7FH
28、STOSB程序（续）：CMP AL,0DH LOOPNE NEXT_IN JNE OVERFLOW MOV AL,0AH STOSB SUB DI,COUNT MOV COUNT,DI :OVERFLOW:MOV SI,OFFEST MESSAGE MOV CX,17NEXT_OUT:IN AL,56H TEST AL,01H JZ NEXT_OUT LODSB OUT 54H,AL LOOP NEXT_OUT :例例2 假假设设从从某某输输入入设设备备上上输输入入一一组组数数据据送送缓缓冲冲区区，接接口口电电路路如如图图5-3，若若缓缓冲冲区区已已满满则则输输出出一一组组信信息息“BOFFE
29、R OVERFLOW”，然然后后结结束束。设设该该设设备备的的启启动动地地址址为为0FCH，数数据据端端口口为为0F8H，状状态态端端口口为为FAH。程序如下：程序如下：DATA SEGMENTMESS1 DB “BUFFER OVERFLOW”，“$”BUFF DB 60 DUP(?)DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS：CODE，DS：DATASTART：MOV AX，DATA MOV DS，AX MOV BX，OFFSET BUFF；送缓冲区指针送缓冲区指针 MOV CX，60；送计数初值送计数初值 OUT 0FCH，AL；启动设备启动设备 WAIT：IN AL，
30、OFAH；查询状态，若为查询状态，若为0，则等待，则等待 TEST AL，01H JZ WAIT IN AL，0F8H；输入数据输入数据 MOV BX，AL INC BX LOOP WAIT ；检测缓检测缓冲区是否冲区是否满满，不，不满满再再输输入入 MOV DX，OFFSET MESS1；缓缓冲区冲区满满，输输出出标标志字符串志字符串 MOV AH，09H INT 21H MOV AH，4CH INT21H CODE ENDSEND START 第第5章：章：5.4.2 中断传送方式中断传送方式1.1.为什么要采用中断传送方式为什么要采用中断传送方式 从从查查询询式式的的传传输输过过程程可可
31、以以看看出出，它它的的优优点点是是硬硬件件开开销销小小，使使用用起起来来比比较较简简单单。但但在在此此方方式式下下，CPUCPU要要不不断断地地查查询询外外设设的的状状态态，当当外外设设未未准准备备好好时时，CPUCPU就就只只能能循循环环等等待待，不不能能执执行行其其它它程程序序，这这样样就就浪浪费费了了CPUCPU的的大大量时间，降低了主机的利用率。量时间，降低了主机的利用率。1.1.为什么要采用中断传送方式为什么要采用中断传送方式(续）续）为为了了解解决决这这个个矛矛盾盾，我我们们提提出出了了中中断断传传送送方方式式：即即当当CPUCPU进进行行主主程程序序操操作作时时，外外设设的的数数
32、据据已已存存入入输输入入端端口口的的数数据据寄寄存存器器；或或端端口口的的数数据据输输出出寄寄存存器器已已空空，由由外外设设通通过过接接口口电电路路向向CPUCPU发发出出中中断断请请求求信信号号，CPUCPU在在满满足足一一定定的的条条件件下下，暂暂停停执执行行当当前前正正在在执执行行的的主主程程序序，转转入入执执行行相相应应能能够够进进行行输输入入/输输出出操操作作的的子子程程序序，待待输输入入/输输出出操操作作执执行行完完毕毕之之后后CPUCPU即即返返回回继继续续执执行行原原来来被被中中断断的的主主程程序序。这这样样CPUCPU就就避避免免了了把把大大量量时时间间耗耗费费在在等等待待、
33、查查询询状状态态信信号的操作上，使其工作效率得以大大地提高。号的操作上，使其工作效率得以大大地提高。第第5章：章：5.4.2 中断传送方式中断传送方式断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点CPU在在执执行行程程序序中中，被被内内部部或或外外部部的的事事件件所所打打断断，转转去去执执行行一一段段预预先先安安排排好好的的中中断断服服务务程程序序；服服务务结结束束后后，又又返返回回原原来来的的断断点点，继继续续执执行行原原来的程序来的程序流程流程第第5章：章：2.中断传送与接口中断传送与接口中断传送是一种效率更高的程序
34、传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向中断请求是外设随机向CPU提出的提出的CPU对对请请求求的的检检测测是是有有规规律律的的：一一般般是是在在每每条条指指令令的的最最后后一一个个时时钟钟周周期期采采样样中中断断请请求求输输入引脚入引脚本书主要论述中断在输入和输出方面的应用本书主要论述中断在输入和输出方面的应用中断还有着非常广泛的应用中断还有着非常广泛的应用第第5章：章：3.中断输入接口电路中断输入接口电路数数据据输输入入的的过过程程：当外设发STB数据入锁存器，中断请求触发器置1若没有屏蔽则产生
35、INTRCPU满足条件（允许中断；指令执行完）发INTA（进入中断服务子程序）读数据，发RD，和地址清中断请求触发器，数据送D0D7。（输出过程请自己思考）中断传送方式的原理图5.8 可屏蔽中断的响应和执行第第5章：章：4.中断优先级中断优先级问题的提出：问题的提出：当系统中有多个设备提出中断请求时，就有一个该响应谁的问题，也就是一个优先级的问题，解决优先级的问题一般可有三种方法：软件查询法、简单硬件方法及专用硬件方法。下面分别介绍：软件查询法软件查询法只需有简单的硬件电路，如将只需有简单的硬件电路，如将A A、B B、C C三台设备的中断请求三台设备的中断请求信号信号“或或”后作为系统后作为
36、系统INTRINTR，这时，这时，A A、B B、C C三台设备中只三台设备中只要至少有一台设备提出中断请要至少有一台设备提出中断请求，都可以向求，都可以向CPUCPU发中断请求。发中断请求。进入中断服务子程序后，再用进入中断服务子程序后，再用软件查询的方式分别对不同的软件查询的方式分别对不同的设备的服务，查询程序的设计设备的服务，查询程序的设计思想同查询式，查询的前后顺思想同查询式，查询的前后顺序就给出了设备的优先级，框序就给出了设备的优先级，框图如图所示。图如图所示。以以链链式式中中断断优优先先权权排排队队电电路路为为例，例，基基本本设设计计思思想想：将将所所有有的的设设备备连连成成一一条
37、条链链，靠靠近近CPUCPU的的设设备备优优先先级级最最高高，越越远远的的设设备备优优先先级级别别越越低低，则则发发出出中中断断响响应应信信号号，若若级级别别高高的的设设备备发发出出了了中中断断请请求求，在在它它接接到到中中断断响响应应信信号号的的同同时时，封封锁锁其其后后的的较较低低级级设设备备使使得得它它们们的的中中断断请请求求不不能能响响应应，只只有有等等它它的的中中断断服服务务结结束束以以后后才才开开放放，允允许为低级的设备服务。许为低级的设备服务。如图所示。如图所示。简单硬件方法简单硬件方法 有有了了中中断断控控制制器器以以后后，CPUCPU的的INTRINTR和和引引脚脚不不再再与
38、与接接口口直直接接相相连连，而而是是与与中中断断控控制制器器相相连连，外外设设的的中中断断请请求求信信号号通通过过IR0IR0IR7IR7进进入入中中断断控控制制器器，经经优优先先级级管管理理逻逻辑辑确确认认为为级级别别最最高高的的那那个个请请求求的的类类型型号号会会经经过过中中断断类类型型寄寄存存器器在在当当前前中中断断服服务务寄寄存存器器的的某某位位上上置置1 1，并并向向CPUCPU发发INTRINTR请请求求，CPUCPU发发出出INTAINTA信信号号后后，中中断断控控制制器器将将中中断断类类型型码码送送出出。在在整整个个过过程程中中，优优先先级级较较低低的的中中断断请请求求都都受受
39、到到阻阻塞塞，直直到到较较高高级级的的中中断断服服务务完完毕毕之之后后，当当前前服服务务寄寄存存器器的的对对应应位位清清0 0，较低级的中断请求才有可能被响应。如图所示。，较低级的中断请求才有可能被响应。如图所示。专用硬件方式专用硬件方式采用可编程的中断控制器采用可编程的中断控制器芯片，如芯片，如Intel8259AIntel8259A。第第5章：章：5.4.3 DMA传送方式传送方式希望克服程序控制传送的不足：希望克服程序控制传送的不足：外设外设CPU存储器存储器外设外设CPU存储器存储器直接存储器存取直接存储器存取DMA：外设外设存储器存储器外设外设存储器存储器CPU释放总线，由释放总线，
40、由DMA控制器管理控制器管理1.DMA传送方式的提出传送方式的提出 利利用用中中断断进进行行信信息息传传送送，可可以以大大大大提提高高CPUCPU的的利利用用率率，但但是是其其传传送送过过程程必必须须由由CPUCPU进进行行监监控控。每每次次中中断断，CPUCPU都都必必须须进进行行断断点点及及现现场场信信息息的的保保护护和和恢恢复复操操作作，这这些些都都是是一一些些额额外外的的操操作作，会会占占用用一一定定的的CPUCPU时时间间。如如果果需需要要在在内内存存的的不不同同区区域域之之间间，或或者者在在内内存存与与外外设设端端口口之之间间进进行行大大量量信信息息快快速速传传送送的的话话，用用查
41、查询询或或中中断断方方式式均均不不能能满满足足速速度度上上的的要要求求，这这时时应应采采用用直直接接数数据据通通道道传传送，即送，即DMADMA数据传送方式。数据传送方式。DMADMA（Direct Direct Memory Memory AccessAccess）意意为为直直接接数数据据传传送送，它它是是在在内内存存的的不不同同区区域域之之间间，或或者者在在内内存存与与外外设设端端口口之之间间直直接接进进行行数数据据传传送送，而而不不经经过过CPUCPU中中转转的的一一种种数数据据传传送送方方式式，可以大大提高信息的传送速度。可以大大提高信息的传送速度。1.DMA传送方式的提出（续）传送方
42、式的提出（续）第第5章：章：2.DMA传送的工作过程传送的工作过程外设准备就绪时，向外设准备就绪时，向DMADMA控制器发控制器发DMADMA请求，请求，DMADMA控控制器接到此信号后，向制器接到此信号后，向CPUCPU发发DMADMA请求；请求；CPUCPU接到接到HOLDHOLD请求后，如果条件允许（一个总线操请求后，如果条件允许（一个总线操作结束），则发出作结束），则发出HLDAHLDA信号作为响应，同时，放信号作为响应，同时，放弃对总线的控制；弃对总线的控制；DMADMA控制器取得总线控制权后，往地址总线发送地控制器取得总线控制权后，往地址总线发送地址信号，每传送址信号，每传送1 1
43、个字节，就会自动修改地址寄存个字节，就会自动修改地址寄存器的内容，以指向下一个要传送的字节；器的内容，以指向下一个要传送的字节；每传送一个字节，字节计数器的值减每传送一个字节，字节计数器的值减1 1，当减到，当减到0 0时，时，DMADMA过程结束；过程结束；DMADMA控制器向控制器向CPUCPU发结束信号，将总线控制权交回发结束信号，将总线控制权交回CPUCPU。DMADMA传送控制方式，解决了在内存的不同传送控制方式，解决了在内存的不同区域之间，或者内存与外设之间大量数区域之间，或者内存与外设之间大量数据的快速传送问题，代价是需要增加专据的快速传送问题，代价是需要增加专门的硬件控制电路，
44、称为门的硬件控制电路，称为DMADMA控制器，其控制器，其复杂程度与复杂程度与CPUCPU相当。相当。第第5章：章：3.DMA传送过程（续）传送过程（续）DMA控制器的功能和控制器的功能和DMA传送的原理传送的原理 图5.10 用DMA方式传输单个数据(输出过程)第第5章：章：4.DMA传送流程传送流程HLDA发存储器地址发存储器地址传送数据传送数据传送结束？传送结束？DMA结束结束修改地址指针修改地址指针流程流程第第5章：章：5.传送方式的比较传送方式的比较无无条条件件传传送送：慢慢速速外外设设需需与与CPU保保持持同同步步查询传送查询传送：简单实用，效率较低简单实用，效率较低中中断断传传送
45、送：外外设设主主动动，可可与与CPU并并行行工工作，但每次传送需要大量额外时间开销作，但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传传送送：DMAC控控制制，外外设设直直接接和和存存储储器器进进行行数数据据传传送送，适适合合大大量量、快快速速数数据传送据传送5.5.4 输入/输出过程中提出的几个问题系统和接口的联系方式优先级缓冲区接口和多字节数据总线的连接接口部件和地址总线的错位连接1接口电路的主要作用是什么？它的基本结构如何？接口电路的主要作用是什么？它的基本结构如何？2说说明明接接口口电电路路中中控控制制寄寄存存器器与与状状态态寄寄存存器器的的功功能能，通通常常它它们们可可共共用用一一个个端端口
46、口地址码，为什么？地址码，为什么？3CPU寻址外设端口的方式通常有哪两种？试说明它们的优缺点。寻址外设端口的方式通常有哪两种？试说明它们的优缺点。4在在CPU与与外外部部设设备备接接口口电电路路的的连连接接中中，通通过过数数据据总总线线可可传传输输哪哪几几种种信信息息？在在这里地址译码器起什么作用？这里地址译码器起什么作用？5.CPU与与外外设设之之间间的的数数据据传传输输控控制制方方式式有有哪哪几几种种？何何谓谓程程序序控控制制方方式式？它它有有哪两种基本方式？请分别用流程图的形式描述出来。哪两种基本方式？请分别用流程图的形式描述出来。6.试试从从程程序序转转移移的的角角度度比比较较中中断断
47、控控制制与与子子程程序序调调用用这这两两种种处处理理过过程程，它它们们有有哪哪些些根本区别？又有哪些相似之处？根本区别？又有哪些相似之处？7.用查询式将用查询式将DATA开始的存贮区的开始的存贮区的100个字节数据在个字节数据在FCH端口输出，完成程序，端口输出，完成程序，状态端口地址为：状态端口地址为：FFH。8.什什么么是是接接口口？什什么么是是端端口口？在在8086/8088微微机机系系统统中中，CPU是是如如何何实实现现端端口口寻址的？寻址的？9.简述链式中断优先级排队电路的工作过程？简述链式中断优先级排队电路的工作过程？10.10.中断处理的主要步骤有哪些？试说明每一步的主要动作。中断处理的主要步骤有哪些？试说明每一步的主要动作。习题与思考：习题与思考：