微型計(jì)算機(jī)原理：第7章 微機(jī)原理接口

1、第7章輸入輸出接口內(nèi)容提要 輸入輸出接口基礎(chǔ) 并行接口和并行接口芯片8255A 中斷系統(tǒng)和中斷控制芯片8259A DMA和DMA控制器8237 定時(shí)/計(jì)數(shù)器8254/8253的功能和編程微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成7.1 輸入輸出接口基礎(chǔ)接口指CPU和外設(shè)之間通過系統(tǒng)總線進(jìn)行連接的電路部分，是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。原始數(shù)據(jù)通過接口由輸入設(shè)備送進(jìn)去運(yùn)算結(jié)果通過接口由輸出設(shè)備送出來控制命令通過接口發(fā)出去現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過接口從輸入設(shè)備送進(jìn)去接口和接口技術(shù)接口技術(shù)是研究CPU如何與外部世界進(jìn)行最佳耦合與匹配，實(shí)現(xiàn)雙方高效、可靠地交換信息的一門技術(shù)，是軟件、硬件結(jié)合的體現(xiàn)，是微機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵。為什么要用

2、接口電路？外設(shè)是用來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的一些機(jī)電設(shè)備。外設(shè)處理信息的類型、速度、通信方式與CPU不匹配, 不能直接掛在總線上，必須通過接口和系統(tǒng)相連。接口和接口技術(shù)接口電路的作用數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線接口電路外部設(shè)備數(shù)據(jù)線控制線狀態(tài)線外設(shè)必須通過接口電路與CPU相連接，輸入輸出操作是由復(fù)雜的I/O接口控制實(shí)現(xiàn)的。接口電路的作用是把計(jì)算機(jī)輸出的信息變成外設(shè)能夠識(shí)別的信息，把外設(shè)輸入的信息轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)所能接受的信息。接口電路的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩沖器狀態(tài)寄存器控制寄存器接外設(shè)一側(cè) 主機(jī)外設(shè) 總線驅(qū)動(dòng)地址譯碼控制邏輯接CPU一側(cè)DBABCB數(shù)據(jù)信息控制信息狀態(tài)信息端口接口實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU數(shù)據(jù)總線速度和驅(qū)動(dòng)能力的匹

3、配實(shí)現(xiàn)各寄存器端口尋址操作 實(shí)現(xiàn)接口電路中的各寄存器端口的讀/寫操作和時(shí)序控制接口電路的典型結(jié)構(gòu)從編程角度看，接口內(nèi)部主要包括一個(gè)或多個(gè)CPU可以進(jìn)行讀/寫操作的寄存器，又稱為I/O端口。各I/O端口由端口地址區(qū)分。接口電路的典型結(jié)構(gòu)按存放信息的不同，I/O端口可分為三種類型數(shù)據(jù)端口：用于存放CPU與外設(shè)間傳送的數(shù)據(jù)信息狀態(tài)端口：用于暫存外設(shè)的狀態(tài)信息控制端口：用于存放CPU對(duì)外設(shè)或接口的控制信息,控制外設(shè)或接口的工作方式。CPU對(duì)外設(shè)輸入/輸出的控制，是通過對(duì)接口電路中各I/O端口的讀/寫操作完成。 (讀操作用IN指令，寫操作用OUT指令)接口電路的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送方式：并行接口串行接口功能

4、選擇的靈活性：可編程接口，其芯片功能可以由指令來控制不可編程接口,即硬步線邏輯接口芯片通用性：通用接口（8253 定時(shí)/計(jì)數(shù)器、8259 中斷控制器、8237 DMA、8250 8251 串行接口、 8255 并行接口）專用接口（軟盤控制器 8271 8272、CRT 8275、鍵盤顯示 8279）I/O接口電路分類接口電路按通用性分為兩類：通用接口和專用接口通用接口：可供多種外部設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)接口，目的是使微機(jī)正常工作通用接口通常制造成集成電路芯片，稱為接口芯片。最初的IBM-PC使用了6塊接口芯片：8284、8288、8255、8259、8237、8253后來的微機(jī)將這些芯片集成為大規(guī)模集

5、成電路芯片，稱為芯片組。如82430TX芯片組，由兩片芯片組成：北橋：82439TX南橋：82371AB專用接口：為某種用途或某類外設(shè)而專門設(shè)計(jì)的接口電路，目的在于擴(kuò)充微機(jī)系統(tǒng)的功能。專用接口通常制造成專用接口卡，插在主板總線插槽上使用。通用接口和專用接口的界限并不嚴(yán)格。I/O接口電路分類輸入輸出的基本方式輸入輸出指令微機(jī)系統(tǒng)中存在著存儲(chǔ)器地址空間和輸入輸出空間。存儲(chǔ)器的每個(gè)字節(jié)單元都占存儲(chǔ)器地址空間的一個(gè)地址。與此相類似，在輸入輸出地址空間中，占據(jù)一個(gè)輸入輸出地址的稱為一個(gè)輸入輸出端口或簡稱端口（PORT）。CPU可以從端口讀入數(shù)據(jù)，也可以向端口輸出數(shù)據(jù)。對(duì)8086微處理器，CPU從端口讀入

6、數(shù)據(jù)的指令稱為輸入指令，助記符為IN；CPU向端口輸出數(shù)據(jù)的指令稱為輸出指令，助記符為OUT。接口（interface）與端口（port）傳送這三種信息（數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制）的接口電路中的寄存器稱為數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制端口。不同的寄存器有不同的端口地址，即用地址來訪問。端口由一個(gè)或多個(gè)寄存器組成。接口由若干個(gè)端口加上相應(yīng)的控制邏輯組成，地址不是對(duì)接口而言。I/O端口的編址方式端口與存儲(chǔ)器分別獨(dú)立編址端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址端口與存儲(chǔ)器分別獨(dú)立編址例Intel的80X86系列、Z80系列特點(diǎn)：不占用內(nèi)存空間設(shè)有專門的I/O指令對(duì)端口進(jìn)行讀寫， 對(duì)內(nèi)存操作的指令不能用于I/O端口操作I/O端口的編址方式例:

7、 對(duì)內(nèi)存操作 MOV 00000H , AL MOV DL , BX對(duì)端口操作 OUT 0000H, AL IN AL,0010HI/O端口的編址方式端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址例Motorola的M6800系列、Intel 51單片機(jī)系列特點(diǎn):I/O端口相當(dāng)于內(nèi)存的一部分,使內(nèi)存容量減小;對(duì)I/O端口的讀/寫與對(duì)存儲(chǔ)器的讀/寫相同，所有可對(duì)內(nèi)存操作的指令對(duì)I/O端口均可使用;指令系統(tǒng)中不專設(shè)I/O指令。I/O端口的編址方式端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址I/O端口的編址方式8088/8086輸入/輸出指令8088/8086CPU采用I/O端口與存儲(chǔ)器分別獨(dú)立編址?？蓪ぶ?20= 1M個(gè)內(nèi)存單元內(nèi)存范圍00000

8、 FFFFFH內(nèi)存單元的地址有5種尋址可尋址216= 64 K個(gè)I/O端口I/O端口范圍0000 FFFFHI/O端口的地址由一8位二進(jìn)制數(shù) 直接尋址或DX寄存器間接尋址存儲(chǔ)器I/O端口指令的一般格式：名稱助記符和格式操作功能輸入IN AL, PORTIN AX, PORTIN AL, DXIN AX, DX(AL)(PORT)(AX)(PORT+1:PORT)(AL)(DX)(AX)(DX)+1:(DX)輸出OUT PORT, ALOUT PORT, AXOUT DX, ALOUT DX, AX(PORT)(AL) (PORT+1:PORT)(AX) (DX)(AL) (DX)+1:(DX)

9、(AX) port 為端口地址（直接尋址）, 大小為0255 或0FFH對(duì)于IN指令，目的地址DST的尋址方式為寄存器方式，字節(jié)輸入時(shí)為AL，字輸入時(shí)為AX。源操作數(shù)的尋址方式有兩種： 直接尋址方式，即在SRC的位置上直接寫上代表端口地址的數(shù)或能求出值的表達(dá)式。其端口地址不能大于255。 寄存器間接尋址方式。間址寄存器為DX。這種方式需要在IN指令之前，把輸入端口地址傳送至DX寄存器，端口地址的大小沒有限制。對(duì)于OUT指令，源操作數(shù)的尋址方式和IN指令的目的操作數(shù)的尋址方式相同。輸入輸出指令的執(zhí)行不影響任何標(biāo)志位的狀態(tài)。8088/8086輸入/輸出指令輸入/輸出指令舉例(1)IN AL，28H

10、 若(28H端口) = 1010 1111B 執(zhí)行后(AL) = (28H端口)= 0AFH(2)IN AX，28H若(28H端口)= 1010 1111B (29H端口)= 0101 0000B執(zhí)行后(AL) = (28H端口)= 0AFH (AH) = (29H端口)= 50H(3)MOV DX，300H IN AL，DX 若(300H端口)= 69H執(zhí)行后(AL) = (300H端口)= 69H(1)OUT 21H, AL若(AL)= 1100 1100B執(zhí)行后（21H端口)= 0CCH(2)MOV DX ，21BH OUT DX，AL若（AL）= 1010 0110B執(zhí)行后(21BH端

11、口)= (AL) = 0A6H輸入/輸出指令舉例輸入/輸出指令（IN、OUT）特點(diǎn)(1) 累加器AL、AX的專用指令對(duì)輸入指令I(lǐng)N ，目的操作數(shù)只能為AL, 或AXIN AL, 21H IN AX, DX IN BX, 21H 對(duì)輸出指令OUT ，源操作數(shù)只能為AL, 或AXOUT 20H, ALOUT DX, AXOUT DX, CX 輸入/輸出指令（IN、OUT）特點(diǎn)（2）端口地址可為直接尋址方式或間接間接方式當(dāng)端口號(hào)在0FFH，即0255時(shí)，可在指令中直接指定端口號(hào)例IN AL, 21HOUT 20H, AL當(dāng)端口號(hào)FFH，即255時(shí),需把端口號(hào)放在DX寄存器中，DX是一個(gè)16位寄存器，

12、范圍在0FFFFH之間。當(dāng)端口號(hào)在0FFH，即0255時(shí)，可在指令中直接指定端口號(hào)，稱雙字節(jié)指令。當(dāng)端口號(hào)FFH，即255時(shí), 需把端口號(hào)放在DX寄存器中，稱單字節(jié)指令。例：指令 機(jī)器碼 IN AL, 21H E421 ;兩個(gè)字節(jié) OUT 20H, AL E620 IN AL, DX EC ;一個(gè)字節(jié) OUT DX, AL EE輸入/輸出指令（IN、OUT）特點(diǎn)（3）可進(jìn)行字節(jié)或字傳送由指令中AL或AX的類型決定 IN AL, 20H ;字節(jié)傳送 IN AX, 20H ;字傳送 IN AL, DX ;字節(jié)傳送 IN AX, DX ;字傳送 OUT 20H, AL;字節(jié)傳送 OUT 20H, A

13、X;字傳送 OUT DX, AL;字節(jié)傳送 OUT DX, AX;字傳送（4）輸入輸出指令的執(zhí)行不影響任何狀態(tài)標(biāo)志。輸入/輸出指令（IN、OUT）特點(diǎn)在實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸過程中，有一個(gè)突出要解決的問題，就是主機(jī)與外部設(shè)備之間時(shí)間同步的問題，具體表現(xiàn)在：外部設(shè)備工作時(shí)有自己的定時(shí)機(jī)構(gòu)，主機(jī)在運(yùn)行程序、執(zhí)行指令時(shí)也有自己的定時(shí)系統(tǒng)，它們?cè)跁r(shí)間上是不同步的。輸入數(shù)據(jù)時(shí)，CPU如何確定輸入設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)時(shí)，CPU如何確定輸出設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)中，如果有多個(gè)外部設(shè)備存在，也就存在這種可能性：兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備同時(shí)要求與主機(jī)交換信息。出現(xiàn)這種情況，CPU如何確定先響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求，

14、再響應(yīng)哪個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求。輸入輸出同步問題 無條件傳送：傳送之前不查詢外設(shè)狀態(tài) 程序控制方式 查詢傳送：傳送之前查詢外設(shè)狀態(tài) 中斷方式：外設(shè)準(zhǔn)備好后向CPU申請(qǐng)中斷， CPU響應(yīng)中斷完成數(shù)據(jù)傳送。 DMA（直接存儲(chǔ)器存?。┓绞剑河蓪Ｓ糜布癉MA控制器” 控制內(nèi)存和外設(shè)之間直接傳送數(shù)據(jù)。 （不需要CPU干預(yù)）數(shù)據(jù)輸入輸出的基本方式程序直接控制傳送方式 程序直接控制輸入輸出方式就是完全通過執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)主機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。無條件傳送方式：又稱同步方式，是最簡單的一種I/O控制方式外設(shè)已準(zhǔn)備好，不查詢外設(shè)的狀態(tài)輸入時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)已送到三態(tài)緩沖器。輸出時(shí)，CPU的輸出信息已送到輸出鎖存器的輸入端

15、多用于CPU與低速口之間的信息交換。如開關(guān)，LED顯示器，它們總是被認(rèn)為處于“待命”狀態(tài)。條件（查詢）傳送方式程序測試外設(shè)的狀態(tài)，若滿足，傳送， 不滿足，等待。多用于CPU與中速口之間的信息交換。數(shù)據(jù)傳送過程：CPU從接口讀取狀態(tài)字；CPU檢測狀態(tài)字的對(duì)應(yīng)位是否滿足“就緒” 條件，如果不滿足，回到第一步讀取狀態(tài)字；如狀態(tài)字表明外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài)，則傳送數(shù)據(jù)。程序直接控制I/O的程序結(jié)構(gòu)其他功能其他功能I/O指令傳輸數(shù)據(jù)從狀態(tài)端口讀入信息傳輸準(zhǔn)備好？YN 數(shù)據(jù)的傳輸靠執(zhí)行指令來實(shí)現(xiàn)。這就是說，程序直接控制輸入輸出每個(gè)數(shù)據(jù)，必須執(zhí)行I/O指令，必須經(jīng)過微處理器中的寄存器AL和AX。 外部設(shè)備的

16、狀態(tài)信息用IN指令輸入，然后測試；主機(jī)用OUT指令向外設(shè)提供狀態(tài)信息，從而達(dá)到連絡(luò)的目的。這種輸入輸出方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單、實(shí)現(xiàn)容易。但存在明顯的缺點(diǎn)：第一，為了測試和等待外部設(shè)備作好傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備常?；ㄙM(fèi)大量的時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，程序不能完成其他任務(wù)，所以使系統(tǒng)的時(shí)間利用率大大降低。第二，CPU在一段時(shí)間里只能和一個(gè)外部設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，其它設(shè)備只能等待。第三，不能發(fā)現(xiàn)和處理預(yù)先無法估計(jì)的錯(cuò)誤和異?，F(xiàn)象。所以這種輸入輸出方式只適用于CPU數(shù)據(jù)處理任務(wù)不煩忙，而且外部設(shè)備數(shù)較少的情況。程序直接控制傳送方式特點(diǎn)使用查詢方式，CPU必須檢測接口電路的狀態(tài)寄存器，如果設(shè)備未準(zhǔn)備好，CPU就要不斷地查詢，

17、降低了CPU運(yùn)行效率中斷方式：CPU對(duì)一個(gè)隨機(jī)的請(qǐng)求進(jìn)行處理的過程。當(dāng)外設(shè)作好傳送準(zhǔn)備后，主動(dòng)向CPU請(qǐng)求中斷，CPU響應(yīng)中斷后在中斷處理程序中與外設(shè)交換數(shù)據(jù)。若外設(shè)未準(zhǔn)備好，CPU可以執(zhí)行其他程序，提高了CPU的利用率每條指令完成后，CPU均可響應(yīng)中斷，因此當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好時(shí)，可及時(shí)與CPU交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的實(shí)時(shí)處理，提高了計(jì)算機(jī)的使用效率。程序中斷控制方式程序中斷控制方式硬件實(shí)現(xiàn)框圖程序中斷控制方式特點(diǎn) 雖然程序中斷功能參與了控制，但數(shù)據(jù)的傳輸仍然要靠在程序中排入I/O指令完成。外部設(shè)備要求與CPU傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)信息，不是用指令輸入和測試的，而是從CPU的中斷請(qǐng)求輸入端直接加入的。中斷控

18、制輸入輸出是靠硬件和軟件相配合實(shí)現(xiàn)的。 DMA (Direct Memory Access)方式，即直接存儲(chǔ)器存取方式，是一種不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入的高速數(shù)據(jù)傳送方式。 這種傳送方式中，CPU只是啟動(dòng)DMA過程，但是不干預(yù)這一過程，這個(gè)DMA過程是由硬件自動(dòng)完成的，也不需要軟件的介入。 在DMA控制器（DMAC）的控制下，外設(shè)和存儲(chǔ)器利用數(shù)據(jù)總線直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。存儲(chǔ)器直接存取方式首先，微處理器本身在設(shè)計(jì)時(shí)就能實(shí)現(xiàn)這種功能。8086的HOLD和HLDA這兩個(gè)引腳就是為這種I/O方式服務(wù)的。CPU將總線的控制權(quán)交給DMA控制器，使外部設(shè)備與存儲(chǔ)器之間有直接通路連通，并控制傳輸一個(gè)或多個(gè)

19、字節(jié)。其次，組成微機(jī)系統(tǒng)時(shí)，還必須配有DMA控制器，共同組成DMA控制機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)DMA傳輸所需要的全部功能。優(yōu)點(diǎn)：由于在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)沒有程序和指令介入，CPU只是暫停一個(gè)或幾個(gè)總線周期的時(shí)間，CPU內(nèi)各寄存器的內(nèi)容沒有任何改變，所以CPU的時(shí)間利用率比前兩種I/O方式大大提高。這種I/O方式最適用于高速外部設(shè)備與存儲(chǔ)器之間交換成批數(shù)據(jù)的情況。缺點(diǎn)：說沒有程序和指令介入僅僅是指數(shù)據(jù)傳輸期間，并不意味著DMA輸入輸出的全過程都沒有程序介入。恰恰相反，數(shù)據(jù)傳輸前的準(zhǔn)備工作，都是用程序預(yù)置于DMA控制器中的。存儲(chǔ)器直接存取方式接口和接口技術(shù)接口（Interface）的基本意思是交接界面，所以任何相關(guān)的異

20、體之間總存在著接口。兩個(gè)微機(jī)系統(tǒng)，如果它們之間有數(shù)據(jù)往來，它們之間就存在接口；在一個(gè)微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，由于各部分之間要交換信息，各部分之間也存在接口；就是微處理器內(nèi)部，各部分之間也存在接口。輸入輸出接口即輸入輸出界面，狹義地說，在IBM PC系列微機(jī)中，就是在主機(jī)的擴(kuò)充插槽上的系統(tǒng)級(jí)總線。因?yàn)槿魏卧O(shè)備，無論要增加什么輔助邏輯，最終都要通過系統(tǒng)總線與主板相連。I/O接口的組成框圖部分存儲(chǔ)器和控制邏輯并行打印機(jī)接口CRT顯示器接口RS232C串行接口磁盤機(jī)接口其他設(shè)備接口系統(tǒng)總線部分存儲(chǔ)器和控制邏輯I/O指令控制邏輯中斷控制機(jī)構(gòu)DMA控制機(jī)構(gòu)其 它I/O邏輯微處理器主板其他設(shè)備磁盤機(jī)顯示器打印機(jī)外設(shè)接口

21、在主機(jī)板與輸入輸出有關(guān)的邏輯包括微處理器支持訪問擴(kuò)充板上存儲(chǔ)器操作的邏輯，支持執(zhí)行輸入輸出指令的邏輯，支持外部中斷方式的以8259芯片為核心組成的中斷控制邏輯和支持存儲(chǔ)器直接讀寫（DMA）操作的以8237為核心組成的DMA控制邏輯。這些邏輯，一側(cè)與微處理器相連，受微處理器控制和管理，另一側(cè)則形成系統(tǒng)總線接到擴(kuò)充插槽的接點(diǎn)上，成為與輸入輸出接口板的物理連接點(diǎn)。此外主板上還有CMOS和8254組成的系統(tǒng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)和鍵盤接口邏輯，它們不接入系統(tǒng)總線。I/O接口I/O控制邏輯從功能上總結(jié)如下：為執(zhí)行I/O指令服務(wù)的邏輯；實(shí)現(xiàn)中斷控制功能的邏輯；實(shí)現(xiàn)DMA控制的邏輯；某些外設(shè)的接口邏輯。接口一詞也與軟件有

22、關(guān)。接口與軟件的關(guān)系有兩方面的含義。一方面的含義是接口的軟件。接口的功能的實(shí)現(xiàn)常常包括軟件，輸入輸出接口一般都是由硬件和軟件共同支持完成的，接口的開發(fā)自然包括必要的軟件開發(fā)。另一方面含義是軟件的接口。許多系統(tǒng)軟件包含許多子程序。為減輕應(yīng)用軟件開發(fā)的負(fù)擔(dān)，允許應(yīng)用軟件調(diào)用系統(tǒng)軟件中的子程序完成應(yīng)用軟件中某些要求的功能。接口與軟件IBM PC系統(tǒng)提供的接口資源基本配置的系統(tǒng)為I/O接口既提供了硬件資源又提供了軟件資源。 提供硬件資源包括：在擴(kuò)充插槽上提供了系統(tǒng)級(jí)總線；主板上有鍵盤接口邏輯和揚(yáng)聲器接口邏輯；主板上有以兩片8259中斷控制器為核心組成的中斷控制邏輯；主板上有以兩片8237DMA控制器為

23、核心組成的DMA傳送控制邏輯，共有8個(gè)數(shù)據(jù)通道，用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間和內(nèi)存存儲(chǔ)區(qū)之間直接、快速、成批數(shù)據(jù)的傳送。主板上有一片8254定時(shí)計(jì)數(shù)器，有3個(gè)功能：第1個(gè)功能是用于當(dāng)日計(jì)時(shí)，和CMOS共同組成定時(shí)計(jì)時(shí)系統(tǒng)；第2個(gè)功能是為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新提供定時(shí)信號(hào)；第3個(gè)功能是通過編程向揚(yáng)聲器提供聲音信號(hào)?；九渲玫南到y(tǒng)微機(jī)包含的I/O接口卡可能有不同的組合，但在功能上和編程上是兼容的。通常包含以下接口邏輯：顯示器接口；兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（Centronics）的并行打印機(jī)接口；兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（RS232）串行異步通信接口；磁盤驅(qū)動(dòng)器接口，通常能連接兩個(gè)軟盤驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)硬盤驅(qū)動(dòng)器。此外，系統(tǒng)總線中還提供了相當(dāng)容量的5

24、V、5V、12V和12V直流電源。IBM PC系統(tǒng)提供的接口資源主要包括DOS的功能調(diào)用和BIOS（Basic Input/Output System）調(diào)用。駐留在ROM中的BIOS給PC系列的不同微處理器提供了兼容的系統(tǒng)加電自檢、引導(dǎo)裝入、主要I/O設(shè)備的處理程序以及接口控制等功能模塊來處理所有的系統(tǒng)中斷。使用BIOS功能調(diào)用，給程序員編程帶來很大的方便。程序員不必了解硬件操作的具體細(xì)節(jié)，直接使用指令設(shè)置參數(shù)，并利用INT指令，中斷調(diào)用BIOS，所以利用BIOS功能編寫的程序簡潔，可讀性好。系統(tǒng)為I/O接口提供的軟件資源I/O指令所需的接口邏輯 IBM PC/XT系列微機(jī)I/O地址線可有16

25、根，最大可尋址I/O端口地址空間為64 K。由于IBM公司最初設(shè)計(jì)微機(jī)主板及規(guī)劃接口卡時(shí)，采用了非完全譯碼方式，只將低10位地址線A0A9進(jìn)行譯碼，而不考慮高6位地址線A10A15，因此其I/O端口地址范圍是0000H03FFH，總共只有1024個(gè)端口，并且把前512個(gè)端口分配給了主板，后512個(gè)端口分配給了擴(kuò)展槽上的常規(guī)外設(shè)。后來在PC/AT系統(tǒng)中，又作了一些調(diào)整，其中前256個(gè)端口(000H0FFH)供系統(tǒng)板上的I/O接口芯片使用，后768個(gè)端口(100H3FFH)供擴(kuò)展槽上的I/O接口控制卡使用。I/O指令所需的接口邏輯無論哪種輸入輸出方式，I/O指令是實(shí)現(xiàn)輸入輸出控制的基礎(chǔ)。在外部設(shè)備

26、的接口邏輯中，必須有一部分邏輯能使I/O指令得以執(zhí)行。I/O指令執(zhí)行時(shí)，都必須有I/O端口地址的選擇。端口地址的選擇與訪問存儲(chǔ)器時(shí)對(duì)存儲(chǔ)單元的地址選擇很相似，也是用譯碼器邏輯對(duì)系統(tǒng)總線中的地址總線進(jìn)行譯碼實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于接口設(shè)計(jì)者來說，系統(tǒng)I/O端口地址分配十分重要。哪些地址已分配給了別的設(shè)備，哪些是計(jì)算機(jī)制造商為今后開發(fā)而保留的，哪些地址是空閑的，了解這些信息是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)的首要工作。在開發(fā)一個(gè)I/O端口時(shí)，必須先為它指定一個(gè)端口地址，并要設(shè)計(jì)一個(gè)地址譯碼器。在輸入端的地址狀態(tài)與指定的端口地址一致時(shí)，譯碼器恰好輸出有效信號(hào)，作為端口選擇信號(hào)。A9A2A1A0AENIORIOW74LS307

27、4LS2074LS3274LS3274LS32讀300H寫300H000110000000000000單端口地址譯碼電路應(yīng)該特別注意的是，系統(tǒng)總線中的AEN信號(hào)必須（經(jīng)過反相）參加譯碼。這是因?yàn)锳EN信號(hào)在DMA傳輸時(shí)為高電平，此時(shí)A9A0地址總線上將有存儲(chǔ)器地址選擇碼，有可能與指定的I/O端口地址相符，就可能發(fā)生這樣的錯(cuò)誤：在其它設(shè)備與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行DMA傳輸，或利用DMA機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新時(shí)，I/O端口地址譯碼器的輸出端可能輸出不應(yīng)有的有效選擇信號(hào)。為了避免這種錯(cuò)誤發(fā)生，將AEN信號(hào)反相加入譯碼器與非門的輸入端，在DMA傳輸時(shí)就會(huì)封閉譯碼器的輸出。有些外部設(shè)備，一個(gè)設(shè)備就占用多個(gè)I/O

28、端口地址。例如一部簡單的并行打印機(jī)接口就占用3個(gè)端口，一個(gè)輸出打印字符碼，一個(gè)用于輸入打印機(jī)狀態(tài)，一個(gè)輸出控制信號(hào)。這就需要選擇合適的端口地址譯碼電路。單端口地址譯碼電路多端口地址譯碼電路IBM PC/AT機(jī)的I/O端口地址分配用戶可以使用的I/O地址有： 1001EF 22026F 2802AF 30035F并行通信和串行通信通信指計(jì)算機(jī)與外設(shè)，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。通信的基本方法：串行通信和并行通信并行通信：8位或16位或32位數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸， 速度快，信息率高，成本高串行通信：一位一位數(shù)據(jù)傳送(在一條線上順序傳送)，成本低。實(shí)現(xiàn)并行通信的接口就是并行接口。一個(gè)并行接口可以設(shè)計(jì)為只用

29、來作為輸出接口，也可以只用來作為輸入接口，此外，還可以將它設(shè)計(jì)成既作為輸入又作為輸出的接口并行通信和串行通信串行通信：數(shù)據(jù)的各位依次由發(fā)送方到達(dá)目的地優(yōu)點(diǎn)：遠(yuǎn)程，費(fèi)用低缺點(diǎn)：通信速度慢應(yīng)用：長距離、中低速通信TDRD發(fā)送接收0110 1010并行通信和并行接口并行通信：數(shù)據(jù)的各位同時(shí)由發(fā)送方到達(dá)接收方優(yōu)點(diǎn)：通信速度快缺點(diǎn)：距離短，通信費(fèi)用高應(yīng)用：短距離、高速通信D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7發(fā)送接收并行通信和并行接口并行接口連接CPU與并行外設(shè)，實(shí)現(xiàn)兩者間的并行通信，在信息傳送過程中，起到輸出鎖存和輸入緩沖的作用。并行接口的典型硬件結(jié)構(gòu)包括：一個(gè)或一個(gè)以上具有

30、鎖存或緩沖的數(shù)據(jù)端口與CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換所必須的控制和狀態(tài)信號(hào)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換所必須的控制和狀態(tài)信號(hào)端口譯碼電路控制電路 一個(gè)控制寄存器 ，用來接收CPU對(duì)它的控制命令 一個(gè)狀態(tài)寄存器，提供各種狀態(tài)位供CPU查詢 輸入緩沖寄存器和輸出寄存器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入和輸出并行接口輸入設(shè)備CPU控制寄存器輸入緩沖寄存器輸出鎖存器狀態(tài)寄存器片選A0A1地址譯碼數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)輸入響應(yīng)讀信號(hào)寫信號(hào)復(fù)位準(zhǔn)備好中斷請(qǐng)求并行接口的基本概念并行接口的輸出過程并行接口向CPU發(fā)出“準(zhǔn)備就緒”信號(hào)或者發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，表示端口寄存器（輸出鎖存器）中已經(jīng)作好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備，CPU可以發(fā)來數(shù)據(jù)了。CPU將數(shù)

31、據(jù)寫入輸出端口（鎖存器），并發(fā)送“回執(zhí)”信號(hào)；接口收到“回執(zhí)”信號(hào)后，撤銷“準(zhǔn)備就緒”信號(hào)。并行接口向外設(shè)發(fā)出“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好”信號(hào)。外設(shè)取走數(shù)據(jù)，并向接口發(fā)出“數(shù)據(jù)輸入響應(yīng)”信號(hào)，表示外設(shè)已取走數(shù)據(jù)。并行接口撤銷“數(shù)據(jù)輸出準(zhǔn)備好”信號(hào)，同時(shí)再次向CPU發(fā)出“準(zhǔn)備就緒”信號(hào)或者發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。8255可編程并行通信接口8255A是Intel系列的8位并行接口芯片，通用性強(qiáng)，使用靈活，可用程序設(shè)置改變芯片的工作方式，是一種常用的可編程并行接口芯片。具有兩個(gè)8位（A口和B口）和兩個(gè)4位（C口高/低4位）并行I/O端口的接口芯片。能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求?？蓤?zhí)行功能很強(qiáng)，內(nèi)

32、容豐富的命令（方式字和控制字）為用戶如何根據(jù)外界條件（I/O設(shè)備需要哪些信號(hào)線以及它能提供哪些狀態(tài)線）來使用8255A構(gòu)成多種接口電路，組成微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供了靈活方便的編程環(huán)境。8255芯片內(nèi)部主要由控制寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄器組成。8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)由以下四部分組成： 數(shù)據(jù)端口A、B、C；A組控制和B組控制；讀/寫控制邏輯電路；數(shù)據(jù)總線緩沖器。 端口A： 包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，可作為數(shù)據(jù)輸入或輸出端口， 并工作于三種方式中的任何一種。端口B： 包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，可作為數(shù)據(jù)

33、輸入或輸出端口， 但不能工作于方式2。 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)端口C： 包括一個(gè) 8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè) 8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器， 可在方式字控制下分為兩個(gè)4位的端口（C端口上和下），每個(gè)4位端口都有4位的鎖存器， 用來配合端口A與端口B鎖存輸出控制信號(hào)和輸入狀態(tài)信號(hào)，不能工作于方式1或2。A組和B組控制的作用如下： A組控制邏輯控制端口A及端口C的上半部； B組控制邏輯控制端口B及端口C的下半部。8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A外部特性8255A芯片引腳信號(hào)1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738

34、39408255APA3PA2PA1PA0PA4PA5PA6PA7PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0PC7PC6PC5PC4PC0PC1PC2PC3WRRESETD0D1D2D3D4D5D6D7VCCRDCSGNDA0A1 8255A是一個(gè)40引腳雙列直插的集成芯片其引腳分為五類：1、數(shù)據(jù)線2、地址線 3、控制線 4、I/O端口線5、電源與地線芯片引腳信號(hào)介紹和外設(shè)相連PA7PA0：A組數(shù)據(jù)信號(hào)；PB7PB0：B組數(shù)據(jù)信號(hào)；PC7PC0：C組數(shù)據(jù)信號(hào)。和CPU相連RESET：復(fù)位信號(hào)，高電平有效。當(dāng)RESET信號(hào)來到時(shí)，所有內(nèi)部寄存器都被清除，同時(shí)3個(gè)數(shù)據(jù)端口被自動(dòng)設(shè)為輸入端口。

35、D7D0：8255A的數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)總線相連。CS：芯片選擇信號(hào)，低電平有效。只有CS有效時(shí)，8255A被選中。RD：芯片讀出信號(hào)，低電平有效。當(dāng)RD有效時(shí)，CPU可以從8255A讀取輸入數(shù)據(jù)。WR：芯片寫入信號(hào)，低電平有效。當(dāng)WR有效時(shí)，CPU可以往8255中寫入控制字或數(shù)據(jù)。A1、A0：端口選擇信號(hào)。8255A內(nèi)部有3個(gè)數(shù)據(jù)端口和1個(gè)控制端口，共4個(gè)端口。規(guī)定當(dāng)A1A0的組合為00時(shí)，選中A端口；為01時(shí)，選中B端口；為10時(shí)，選中C端口；為11時(shí)，選中控制端口。芯片引腳信號(hào)介紹在8086系統(tǒng)中，采用16位數(shù)據(jù)總線，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，CPU總是將低8位數(shù)據(jù)送往偶地址端口，而將高8位數(shù)據(jù)送往

36、奇地址端口；反過來，從偶地址端口取得的數(shù)據(jù)總是通過低8位數(shù)據(jù)線傳送給CPU。 8255A的D7D0接到系統(tǒng)總線的低8位時(shí)，從CPU一邊看來，要求8255A的4個(gè)端口地址必須全為偶地址。為了滿足這個(gè)要求，在8086系統(tǒng)中，將8255A的A1端和地址總線的A2相連，而將8255A的A0端和地址總線的A1相連，并且CPU在對(duì)8255A的端口進(jìn)行訪問時(shí)，將地址的A0位總是設(shè)置為0。芯片引腳信號(hào)介紹8255具有3個(gè)獨(dú)立的8位I/O并行數(shù)據(jù)端口（PA口、PB口和PC口），PC口也可作為2個(gè)獨(dú)立的4位I/O數(shù)據(jù)端口（C口上半部和C口下半部）。其中，PA口和PC口上半部為A組，PB口和PC口下半部為B組。作為

37、輸入時(shí)提供三態(tài)緩沖器功能，作為輸出時(shí)提供數(shù)據(jù)鎖存功能。8255有3種工作方式，方式0、方式1和方式2，能使用多種數(shù)據(jù)傳送方式完成CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，如無條件方式、查詢方式和中斷方式。8255A的基本功能8255A的基本功能方式0為基本的輸入輸出方式（無條件方式）PA口、PB口和PC口均可以工作在方式0。方式1為有聯(lián)絡(luò)信號(hào)的輸入輸出方式（查詢方式/中斷方式）PA口和PB口均可以工作在方式1。方式2為有聯(lián)絡(luò)信號(hào)的雙向輸入輸出方式（查詢方式/中斷方式）只有PA口可以工作在方式2。C口除用作數(shù)據(jù)端口外，當(dāng)8255工作在方式1（PA口和PB口）和方式2 （PA口）時(shí)，C口的部分引腳作為固定

38、的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線。PA口、PB口和PC口的工作方式是由CPU執(zhí)行OUT指令向8255A內(nèi)部的工作方式控制寄存器端口寫命令實(shí)現(xiàn)的。所以，一片8255A接口芯片內(nèi)部包含了PA口、PB口、PC口和方式控制寄存器端口四個(gè)I/O端口。8255A的基本功能8255A結(jié)構(gòu)與連接resetD7D0A9A2A1A0IORIOW片選譯碼數(shù)據(jù)緩沖器讀寫控制片內(nèi)譯碼CSRESETA1A0RDWRPC7PC0PB7PB0PA7PA0控制口D端口A端口C端口B +5VGNDD7D0外設(shè)8255A總線8255A端口的識(shí)別8255A的控制信號(hào)和傳輸動(dòng)作的對(duì)應(yīng)關(guān)系CSA1A0RDWR傳輸說明00001數(shù)據(jù)從端口A送數(shù)據(jù)總線0010

39、1數(shù)據(jù)從端口B送數(shù)據(jù)總線01001數(shù)據(jù)從端口C送數(shù)據(jù)總線00010數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線送端口A00110數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線送端口B01010數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)總線送端口C01110寫控制字1D7D0進(jìn)入高阻態(tài)01101非法的信號(hào)組合011D7D0進(jìn)入高阻態(tài)輸入輸出斷開3. 8255A的編程 在使用Intel 8255A時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)需要對(duì)它進(jìn)行初始化編程，在工作過程中若需改變工作方式或數(shù)據(jù)傳送方向等，也必須對(duì)其編程。實(shí)際上對(duì)8255A的編程十分簡單，就是通過CPU向其控制端口寫入相應(yīng)控制字實(shí)現(xiàn)。 工作方式選擇控制字 端口C置位/復(fù)位控制字 8255A的控制字 :8255A的編程8255A的控制字工作方式選擇控制

40、字 是芯片各端口的方式選擇控制字，它可以使8255A的3個(gè)數(shù)據(jù)端口工作在不同的工作方式。方式選擇控制字總是將3個(gè)數(shù)據(jù)端口分為兩組來設(shè)定工作方式，即端口A和端口C的高4位作為一組，端口B和端口C的低4位作為一組。端口C置位/復(fù)位控制字 是C端口按位置1置0控制字，它可以使C端口中的任何一位進(jìn)行置位和復(fù)位。方式選擇控制字 若要求使用8255的A口工作于方式1作為輸入，B口工作于方式0作為輸出，C口上半部輸入、下半部輸出。8255的端口地址為60H63H.控制字為 10111000B=0B8H初始化程序?yàn)?MOV AL,0B8HOUT 63H,ALC端口置1/置0控制字 需要特別指出的是，C端口置1

41、/置0控制字盡管是對(duì)端口C進(jìn)行操作，但此控制字必須寫入控制口，而不是寫入C端口。接上例，若A口工作于方式1作為輸入，要使用中斷傳送方式，則應(yīng)當(dāng)寫PC4的按位置位字： MOV AL,00001001B OUT 63H,AL0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01=置10=置0端口C置1/0控制字0 0 0 PC00 0 1 PC10 1 0 PC20 1 1 PC31 0 0 PC41 0 1 PC51 1 0 PC61 1 1 PC7兩個(gè)控制字的差別:工作方式控制字放在程序的開始部分；按位置位/復(fù)位控制字可放在初始化程序以后的任何地方。C端口置1/置0控制字 8255A的工作方式方

42、式0是一種基本輸入或輸出方式，它適用于無需握手信號(hào)的簡單輸入輸出應(yīng)用場合， 端口A、B、C都可作為輸入或輸出數(shù)據(jù)使用，輸出有鎖存而輸入無鎖存。 方式0的基本特點(diǎn)如下：任何一個(gè)端口可作為輸入口，也可作為輸出口，各端口之間沒有規(guī)定必然的關(guān)系。各個(gè)端口的輸入或輸出，可以有16種不同的組合，所以可以適用于多種場合。簡單的輸入/輸出方式，提供兩個(gè)八位口（A和B）和兩個(gè)四位口（PC7PC4,PC3PC0）。單向傳送，即一次初始化只能設(shè)置在一個(gè)方向上傳送數(shù)據(jù)?？捎糜跓o條件傳送，也可用于查詢式傳送。在查詢方式時(shí)，通常A口和B口作為數(shù)據(jù)口，C口的四位（高四位或低四位）做輸出口，輸出一些控制信號(hào)，另四位規(guī)定為輸入

43、口，用來讀入外設(shè)的狀態(tài)。方式0也稱選通的輸入/輸出方式。在這種方式下，無論是輸入還是輸出都通過應(yīng)答關(guān)系實(shí)現(xiàn)， 這時(shí)端口A或B用作數(shù)據(jù)口，端口C的一部分引腳用作握手信號(hào)線與中斷請(qǐng)求線。 方式1的基本特點(diǎn)如下：端口A和端口B可分別作為兩個(gè)數(shù)據(jù)口工作在方式1，并且任何一個(gè)端口可作為輸入口或輸出口。如果端口A和端口B只有一個(gè)端口工作于方式1，那么端口中就有3位被規(guī)定為配合方式1工作的信號(hào)，此時(shí)另一個(gè)端口可以工作在方式0，端口C中的其他數(shù)據(jù)位也可以工作在方式0。方式1方式1當(dāng)端口A工作在方式1并作為輸入端口時(shí)： PC4-選通信號(hào) 輸入端 PC5-輸入緩沖區(qū)滿信號(hào)輸出端IBFA PC3 -中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出

44、端INTRA當(dāng)端口B工作在方式1并作為輸入端口時(shí)： PC2-選通信號(hào) 輸入端 PC1-輸入緩沖區(qū)滿信號(hào)輸出端IBFB PC0 -中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出端INTRB 當(dāng)端口A工作在方式1并作為輸出端口時(shí)PC7-輸出緩沖器滿信號(hào) 輸出端PC6-外設(shè)接收數(shù)據(jù)后的響應(yīng)信號(hào) 輸入端PC3 -中斷請(qǐng)求信號(hào)INTRA輸出端當(dāng)端口B工作在方式1并作為輸出端口時(shí)PC1 -輸出緩沖器滿信號(hào) 輸出端PC2 -外設(shè)接收數(shù)據(jù)后的響應(yīng)信號(hào) 輸入端PC0 -中斷請(qǐng)求信號(hào)INTRB輸出端。 方式1端口A和端口B都工作在方式1，那么端口C中就有6位被規(guī)定為配合方式1工作的信號(hào)，剩下的2位，仍可作為輸入或輸出。方式1也稱選通的雙向I/

45、O方式，僅適用于端口A， 這時(shí)A口的PA7PA0作為雙向的數(shù)據(jù)總線， 端口C有5條引腳用作端口A的握手信號(hào)線和中斷請(qǐng)求線，而B口和C口余下的3位仍可工作于方式0或1。方式28255A的初始化例. 設(shè)分配給8255A的端口地址為280H283H。將8255A的PA口設(shè)置成方式0輸出，PB口設(shè)置成方式1輸入，PC口設(shè)置成方式0輸出。試編寫8255A的初始化程序。地址分析對(duì)應(yīng)280H端口的地址信號(hào)為（取A9A0）：初始化程序MOV DX,283HMOV AL,10000110B ; 86HOUT DX,AL ;若欲將PC2置1，PC口位管理方法如下MOV AL,0XXX0101BOUT DX,AL8

46、255應(yīng)用舉例要求使用程序直接控制I/O方式來輸出存儲(chǔ)器BUF緩沖區(qū)的10個(gè)字符，8255工作于方式0，打印機(jī)的STB信號(hào)的有效形式為上升沿，8255地址分配如下：A口地址80H，B口地址82H，C口地址84H，控制端口地址86H。工作方式設(shè)置10000001 DATA SEGMENT BUF DB 10 DUP(?) DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA START: MOV AX, DATA MOV DS, AX MOV AL, 10000001B ；設(shè)置工作方式 OUT 86H, AL LEA SI, BUF MOV CX, 10

47、WAITP: IN AL, 84H；讀打印機(jī)的狀態(tài)（PC2） TEST AL, 04H JNZ WAITP MOV AL, SI INC SI8255應(yīng)用舉例 OUT 80H, AL；將數(shù)據(jù)寫入端口A MOV AL, 00001100B；STB的上升沿?cái)?shù)據(jù)輸出到打印機(jī) OUT 86H, AL INC AL OUT 86H, AL LOOP WAITP MOV AH, 4CH INT 21H CODE ENDS END START8255應(yīng)用舉例7.2中斷系統(tǒng)在微機(jī)系統(tǒng)中，中斷功能是靠微處理器本身的功能和與之配合的外部邏輯共同實(shí)現(xiàn)的。這種外部邏輯通常是以中斷控制器為核心組成的。中斷是指CPU暫停

48、正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理中斷事件的中斷服務(wù)程序，待執(zhí)行完中斷服務(wù)程序再返回到原被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。通常引起中斷的事件稱為中斷源。中斷的種類中斷外部硬中斷可屏蔽中斷（INTR）非可屏蔽中斷（NMI）內(nèi)部中斷軟中斷（INT指令）異常中斷陷阱中斷故障中斷終止 中斷最初是作為處理器與外部設(shè)備交換信息的一種控制方式提出的。由此，最初的中斷全部是對(duì)外部設(shè)備而言的，稱為外部中斷或硬件中斷。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，中斷的范圍也隨之?dāng)U大，出現(xiàn)了內(nèi)部軟件中斷的概念，它是為解決機(jī)器內(nèi)部運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的異常以及為編程方便而提出的。外部硬中斷外部硬中斷：是微處理器外部事件發(fā)生，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，中斷請(qǐng)求信號(hào)再通過微處

49、理器芯片上的接受中斷請(qǐng)求信號(hào)的引腳，加入微處理器而出現(xiàn)的中斷。CPU芯片上有兩個(gè)引腳用于接受外部中斷請(qǐng)求信號(hào)： INTR 和NMI ，分別接受可屏蔽中斷請(qǐng)求和非可屏蔽中斷請(qǐng)求?！翱善帘巍焙汀胺强善帘巍笔侵窩PU的PSW寄存器（標(biāo)志寄存器）中的IF控制位對(duì)中斷響應(yīng)是否存在控制作用?？善帘瓮獠恐袛嗫善帘沃袛嗟闹袛嗾?qǐng)求信號(hào)通過CPU的INTR引腳產(chǎn)生?？善帘沃袛嗍鞘躀F位控制的中斷：若IF位為1，CPU將能響應(yīng)可屏蔽中斷的中斷請(qǐng)求，稱為開中斷狀態(tài)，置IF為1的指令STI稱為開中斷指令；若IF為0，就關(guān)閉CPU響應(yīng)可屏蔽中斷的中斷請(qǐng)求，稱為關(guān)中斷狀態(tài)，清除IF的指令CLI稱為關(guān)中斷指令。處理器只有一個(gè)

50、INTR引腳可以接受外部可屏蔽中斷請(qǐng)求，為了管理眾多的外部中斷源，微機(jī)系統(tǒng)中采用可編程中斷控制器8259。PC系列機(jī)通過兩片8259級(jí)連可以響應(yīng)15個(gè)外部中斷源。常規(guī)外部設(shè)備（鍵盤、打印機(jī)、串行異步通信接口，自行開發(fā)的接口設(shè)備或?qū)Ｓ媒涌诘龋弥袛鄼C(jī)制和CPU交換信息，都利用可屏蔽中斷。非可屏蔽外部中斷為外部緊急請(qǐng)求提供服務(wù)的中斷，通過CPU的NMI引腳產(chǎn)生。NMI輸入是上升沿觸發(fā)的，只要NMI輸入端上出現(xiàn)由0到1的跳變，一個(gè)中斷服務(wù)請(qǐng)求就被鎖存在CPU中，與IF標(biāo)志的狀態(tài)無關(guān)。使用非屏蔽中斷的典型例子是電源故障中斷。內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷：中斷源在CPU內(nèi)部。由于CPU主要的工作就是執(zhí)行程序中的

51、指令，因此內(nèi)部中斷都將涉及到指令的執(zhí)行。內(nèi)部中斷分為：軟中斷和異常中斷兩類。軟中斷：是中斷指令I(lǐng)NT執(zhí)行時(shí)所產(chǎn)生的中斷，同其它中斷一樣，將轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。軟件中斷進(jìn)一步分為BIOS中斷（BIOS功能調(diào)用）和DOS中斷（DOS功能調(diào)用）軟中斷問題： INT指令是作為指令排入程序中的，那么INT的位置是編程者設(shè)定的，執(zhí)行INT就是要調(diào)用一個(gè)子程序。為什么不把這個(gè)子程序直接排在INT指令的位置上或者用CALL指令調(diào)用這個(gè)子程序呢？用軟中斷到底干什么？軟中斷回答：軟中斷是用匯編語言編程時(shí)，用戶的應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)軟件中的子程序的主要方法。系統(tǒng)軟件特別在ROM BIOS和常駐內(nèi)存的操作系統(tǒng)中，有設(shè)

52、計(jì)好的子程序可作為系統(tǒng)資源供用戶使用。在高級(jí)語言編程時(shí)，這些系統(tǒng)子程序常以應(yīng)用程序接口函數(shù)的形式被調(diào)用。在匯編語言編程時(shí)，INT指令的作用同應(yīng)用接口函數(shù)的作用一樣，用于調(diào)用系統(tǒng)資源。INT 21H指令的功能就是用軟中斷來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序調(diào)用系統(tǒng)程序。異常中斷異常中斷：分為故障中斷、陷阱中斷（或自陷中斷）和終止三種。故障中斷：在指令執(zhí)行之前已經(jīng)檢測出不具備正確執(zhí)行指令的條件，從而引起的中斷。例如，除法指令執(zhí)行前已經(jīng)檢測出除數(shù)為零或由于除數(shù)太小不能得到合理的商值時(shí)，將產(chǎn)生故障中斷，通知用戶出現(xiàn)了除法錯(cuò)誤（divide error）。特點(diǎn)：中斷服務(wù)程序返回后重新執(zhí)行被中斷的指令。陷阱中斷：在指令執(zhí)行時(shí)，

53、由于滿足了陷阱條件引起中斷，即本條指令已經(jīng)執(zhí)行結(jié)束，在中斷返回時(shí)，不重新執(zhí)行本條指令而是執(zhí)行下一條指令。例如，當(dāng)將PSW中的TF控制標(biāo)志位置1后（設(shè)置了陷阱條件），CPU每執(zhí)行完一條指令都將產(chǎn)生一次中斷。用DEBUG程序調(diào)試程序時(shí)，執(zhí)行有斷點(diǎn)的G命令就利用了這種中斷。異常中斷終止：不能準(zhǔn)確確定引起異常條件的指令位置。終止將造成停機(jī)。例如，在進(jìn)入某種異常中斷處理程序后又出現(xiàn)另一種異常條件，引發(fā)雙重異常中斷，若再發(fā)生第3次異常中斷條件，再繼續(xù)操作無意義，進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。在微處理器中，不同的中斷是以中斷類型號(hào)來區(qū)別的。每種中斷配以固定的中斷類型號(hào)。在中斷發(fā)生時(shí)，借助中斷類型號(hào)，能使程序轉(zhuǎn)入相對(duì)應(yīng)的中斷

54、服務(wù)程序。中斷類型號(hào)的范圍為0255，即最多256個(gè)。其中，由中斷指令產(chǎn)生的軟中斷，其中斷類型號(hào)由指令本身給出，INT n指令中的n即是中斷類型號(hào)。中斷類型號(hào)中斷向量表和中斷描述符如何獲得中斷服務(wù)程序的入口地址？一是依據(jù)每種中斷有自己的中斷類型號(hào)；再者與中斷類型號(hào)相適應(yīng)，在實(shí)模式下有中斷向量表，在保護(hù)模式下有中斷描述符表IDT。中斷向量表 中斷類型號(hào)通過一個(gè)地址指針表與中斷服務(wù)程序的入 口地址相聯(lián)，在實(shí)模式下，該表稱為中斷向量表。 中斷向量表包含256個(gè)中斷向量。每個(gè)中斷向量包含兩個(gè)字（4個(gè)字節(jié)），高地址字為中斷服務(wù)程序所在代碼段的段基址，低地址字為代碼段中中斷服務(wù)程序第一條指令的偏移量。中斷

55、類型號(hào)與中斷向量地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系類型0時(shí)置入IP類型0時(shí)置入CS類型N時(shí)置入IP類型1時(shí)置入IP類型1時(shí)置入CS類型N時(shí)置入CS類型255時(shí)置入IP類型255時(shí)置入CS類型0指針類型1指針類型2指針類型N指針類型255指針0000000004000084N003FC00400保留用于除出錯(cuò)保留用于單步陷阱（TF為1時(shí)）保留用于非可屏蔽中斷中斷向量和中斷向量表在實(shí)模式下，存儲(chǔ)器地址最低的1024單元，即地址0000H03FFH，專用于存儲(chǔ)各種中斷服務(wù)程序的入口地址。每4個(gè)單元存放一個(gè)中斷服務(wù)程序入口，其中前兩個(gè)單元的16位是入口地址的段內(nèi)偏移地址，后兩個(gè)單元的16位是入口地址的段地址。程序運(yùn)行轉(zhuǎn)入

56、中斷服務(wù)程序時(shí)，入口地址的段內(nèi)偏移地址部分將裝入IP中，入口地址的段地址部分裝入CS。中斷服務(wù)程序的32位以邏輯地址形式表示的入口地址稱為中斷向量或中斷指針。存儲(chǔ)器地址最低的1024個(gè)單元可存放256種中斷向量，這個(gè)專用于存儲(chǔ)向量的存儲(chǔ)區(qū)稱為中斷向量表。中斷類型號(hào)與中斷向量表的關(guān)系中斷類型號(hào)是訪問中斷向量表的索引號(hào)，中斷向量在中斷向量表中的存儲(chǔ)順序是以中斷類型號(hào)為索引的。中斷類型號(hào)乘以4就是該種中斷向量在中斷向量表的開始地址。中斷類型號(hào)為0，其中斷向量在向量表的00000H00003H地址。中斷類型號(hào)為1，其中斷向量在00004H00007H中斷類型號(hào)為255時(shí)，其中斷向量應(yīng)在003FCH00

57、3FFH地址。 IBM PCXT機(jī)的中斷類型號(hào)的安排（一） IBM PCXT機(jī)的中斷類型號(hào)的安排（二）中斷類型號(hào)地址（H）中斷功能中斷類型號(hào)地址（H）中斷功能2080-83程序結(jié)束2698-9B絕對(duì)磁盤寫2184-87DOS系統(tǒng)調(diào)用279C-9F程序結(jié)束，駐留內(nèi)存2288-8B結(jié)束地址28A0-A3DOS內(nèi)部使用238C-8F中止處理292EA4-BBDOS保留2490-93錯(cuò)誤處理2FBC-BFDOS內(nèi)部使用2594-97絕對(duì)磁盤讀303FC0-FFDOS保留中斷優(yōu)先權(quán)與中斷嵌套通常一個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)中斷源，而CPU同一時(shí)刻只能響應(yīng)一個(gè)中斷源的請(qǐng)求，那么當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷服務(wù)時(shí)，應(yīng)該先響應(yīng)

58、哪一個(gè)，有一個(gè)次序安排的問題。按中斷源的輕重緩急程度確定的優(yōu)先級(jí)別，稱為優(yōu)先級(jí)。除單步中斷外的內(nèi)部所有中斷的優(yōu)先權(quán)外部中斷對(duì)于外部中斷NMIINTR單步中斷內(nèi)部中斷和異常軟件中斷外部非屏蔽中斷（NMI）外部可屏蔽中斷（INTR）單步中斷優(yōu)先級(jí)遞增中斷嵌套當(dāng)CPU正在響應(yīng)某一中斷源的請(qǐng)求，執(zhí)行為其服務(wù)的中斷服務(wù)程序時(shí)，如果有優(yōu)先級(jí)更高的中斷源發(fā)出請(qǐng)求，CPU將中止正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序而轉(zhuǎn)入為新的中斷源服務(wù)，等新的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后，再返回到被中止的中斷服務(wù)程序，這一過程稱為中斷嵌套。中斷嵌套可以有多級(jí)，具體級(jí)數(shù)原則上不限，只取決于堆棧深度。1#中斷請(qǐng)求響應(yīng)返回1#中斷服務(wù)程序2#中斷請(qǐng)求響應(yīng)

59、返回2#中斷服務(wù)程序3#中斷請(qǐng)求響應(yīng)返回3#中斷服務(wù)程序原主程序中斷優(yōu)先級(jí)3#2#1#中斷優(yōu)先級(jí)與中斷嵌套中斷響應(yīng)和返回操作過程中斷響應(yīng)的操作過程，對(duì)于可屏蔽中斷、非可屏蔽中斷和內(nèi)部中斷，是不盡相同的?？善帘沃袛嗟捻憫?yīng)操作在IF位為1（開中斷）情況下，從INTR端加入中斷請(qǐng)求信號(hào)開始，到進(jìn)入中斷服務(wù)程序?yàn)橹顾?jīng)過的一系列操作，稱為可屏蔽中斷的響應(yīng)過程。該過程包括如下操作：等待當(dāng)前指令結(jié)束，然后進(jìn)入中斷響應(yīng)周期。有幾種特殊情況需要說明。首先是帶有指令的前綴，不允許在前綴碼和指令碼之間響應(yīng)中斷。其次，對(duì)于目的地址是段寄存器的MOV和POP指令，本條指令之后不允許響應(yīng)中斷，還要執(zhí)行一條指令結(jié)束后才能

60、響應(yīng)中斷。從微處理器外部的中斷控制邏輯獲得中斷類型號(hào)。當(dāng)前的PSW、CS和IP的內(nèi)容依次壓入堆棧。清除PSW中的IF位和TF位為0。把中斷服務(wù)程序的入口地址置入IP和CS，即把地址為4n和4n1兩個(gè)單元的16位數(shù)作為中斷服務(wù)程序入口的偏移地址置入IP，把地址為4n2和4n3兩個(gè)單元的16位數(shù)作為中斷服務(wù)程序的段地址置入CS。可屏蔽中斷的響應(yīng)操作非可屏蔽的中斷請(qǐng)求在NMI端加入。CPU對(duì)它的響應(yīng)不受IF位的控制。與可屏蔽中斷一樣，非可屏蔽中斷也要等待當(dāng)前指令執(zhí)行完畢。因?yàn)榉强善帘沃袛嗟闹袛囝愋吞?hào)為2，是微處理器硬件決定的，所以不需要從外部取回一個(gè)字節(jié)的中斷類型號(hào)操作。非可屏蔽中斷的響應(yīng)過程所有的