微機原理與接口技術(shù)-第6章

16.１計算機外部設(shè)備種類較多：有機械的、電子的、機電和磁電相結(jié)合的，如鍵盤、磁盤、打外設(shè)的信號種類：數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量需要解決的問題傳送速度的匹配信號形式的匹配信號電平和驅(qū)動能力信息格式時序匹配2321、I/O接口地址2CPU力，產(chǎn)生設(shè)備選中信號；2、數(shù)據(jù)的輸入輸與外設(shè)交換的信息有三種：數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制信息。CPU通過接口輸入輸出數(shù)據(jù)、檢測和管理外設(shè)的工作狀態(tài)；設(shè)備通過接口向CPU發(fā)中斷請求；3、命令、數(shù)據(jù)、狀態(tài)的緩沖與鎖CPU保證CPU與設(shè)備之間信息交換的同步。4、信息格式、完成數(shù)據(jù)的串／并、并／串、數(shù)字量／模擬量、模擬量／數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。4地地數(shù)數(shù)狀控I/O設(shè)控制存器狀態(tài)存器數(shù)據(jù)存器5常用的編址方式有兩種：與器統(tǒng)一編址方式；I/O一、與器統(tǒng)一編將器的單元與外設(shè)的端口統(tǒng)一編址，即一個端口與一個器單元等同看待；通常為一個外設(shè)優(yōu)點；可以用內(nèi)存的方法來I/O端口。所有用6二、I/O內(nèi)存地址空間和外設(shè)地址空間是相互獨 （IN、OUT)；

?????????I/O獨立編址尋址方

STB

時鐘生

15～

STBSTBT

A16A15 |8

時鐘發(fā)生

S

地址總

I/O接

98088U采用了端口獨立編址方式，它使用地址信號線A0~A15，最多能夠管64個端口，地址范圍0000H~FFFFH，有 的控制信號IOR和IOW或IO/M、WR、RD；對只有單一端口的外設(shè)，應(yīng)采用全譯碼方式對具有多個O端口的外設(shè)，16位地址線的參與譯碼，低位用于區(qū)分端口；并行傳串行傳6.2.4輸出接口要具有數(shù)據(jù)鎖存能力三態(tài)門具有“通斷”控制能 74LS244單向三態(tài)門驅(qū)動

EE 系9A89線號

輸入端口地址：83FC、83FD、83FE、編程：MOV IN+~ ~D

~ ~

… …

+74LS273作為輸出接根據(jù)開關(guān)狀態(tài)在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字或符共陽極7段數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 圖用74LS273作為輸出接口，把數(shù)據(jù)送到7段數(shù)碼74LS273的地址假設(shè)為用74LS244作為 ，讀入開關(guān)K0～K3的狀74LS244的地址假設(shè)為(7段碼表見下頁符形7符形7 F0H=F0H=F1H=

譯碼電G

D0 D7CP

BA

D0O1I1D1O2I2D2O3I3D3O4BX, ；取7段碼表AH,DX AL AL SI AL［BX+SI］；取7DX DX,74LS273~~ D0 ~~

線線

D7

111111

A15AA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4 0 0 0 11 XX輸入端口地址MOVINTESTJZ;閉MOVJMPMOVMOVOUTJMPCPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)送的控制式：無條件傳送式程序查詢方式、中斷控制方式、直接 器存DMA方式。一、無條件傳送控制方

KNYNY讀入狀態(tài)信N讀入狀態(tài)信NY讀入數(shù)LOOPIN:INAL,STATUSPORT;讀狀態(tài)TESTAL,80H JZLOOPIN IN ;讀入數(shù)讀入狀態(tài)讀入狀態(tài)信YN輸出數(shù)狀態(tài)端口STATUSPORT數(shù)據(jù)端口：DATAPORTLOOPOUT:INAL,STATUSPORT;讀狀態(tài)TESTAL,01H ;查詢BUSY=1?JNZLOOPOUT MOVAL,BUFFER ;取數(shù)據(jù)OUT ;輸出數(shù)1號外準(zhǔn)備就緒 N2號外 準(zhǔn)備就緒N3號外 準(zhǔn)備就緒Nn號外 準(zhǔn)備就緒N

對1號外設(shè)服對2號外設(shè)服對3號外設(shè)服對n號外設(shè)服在整個查詢過程中不能再做別的事，這降低了的工作效率；外設(shè)狀態(tài)端口地址為3FBH，第5位(bit5)（=1忙，=0準(zhǔn)備好外設(shè)數(shù)據(jù)端口地址為38H，寫入數(shù)據(jù)會使?fàn)顟B(tài)標(biāo)志置1；外設(shè)把數(shù)據(jù)讀走后又把它置0。試畫出其電路圖。（電路圖見下頁D7-|

D7-D0

QS

狀態(tài)端

程序段中斷控制方式使CPU與外設(shè)能夠并行工作，它改變了CPU主動的工作方式。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備就緒，就向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，對外設(shè)服務(wù)；利用中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送，不僅大大提CPU的工作效率，還能夠?qū)ν庠O(shè)作出實時響應(yīng)。以上三種方式被稱為PIO方式，programmedinputand 兩個含義軟件：外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過CPU執(zhí)行程序硬件：I/O接口 器的讀寫控制信號、地址信號都由CPU發(fā)出的（總線由CPU控制）DMA傳輸外 內(nèi)外設(shè)直接與器進行，CPU不再擔(dān)當(dāng)優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸由MA硬件來控制，數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換，可以達到很高的傳輸速率（可達幾MB/秒）② ③

外設(shè)接外設(shè)接④系統(tǒng)總 DMA器DMAC向CPU器CPUDMAC得到總線控制權(quán)，并發(fā)出DMA ⑥數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信 演⑦CPU釋放HLDA信號，并重新控制總 外設(shè)向DMA控制器發(fā)出DMA傳送請求信號DMA向CPU發(fā)出總線請求信號器

外設(shè)接外設(shè)接器器

外設(shè)接外設(shè)接中斷的基本概什么是中斷實際場 計算正在正在看執(zhí)行程事件發(fā)鈴中斷請事件發(fā)鈴繼續(xù)執(zhí)行程繼續(xù)看事件繼續(xù)執(zhí)行程繼續(xù)看事件處接 引起CPU中斷的事件——中斷源。例如外設(shè)—— 中斷源分為：外部中斷 中 外部中斷：CPU8086/8088的外部中斷信號：INTR、 提高數(shù)據(jù)傳輸率缺頁中設(shè)備中各類異實時鐘，。。。五個步驟中斷請中斷判優(yōu)(有時還要進行中斷源識別中斷響中斷服中斷返以下以外部中斷為主介紹這五個步驟外設(shè)接口（中斷源）發(fā)出中斷請求信號CPU的INTR或NMI引腳中斷請求信號應(yīng)保持到中斷被處理為止CPU響應(yīng)中斷后，中斷請求信號應(yīng)及時撤(I/O接口 →PIC→計算機中的中斷源有很多，U必須識別是哪一個設(shè)備產(chǎn)生中斷。識別中斷源有兩個方法： ）多個中斷源產(chǎn)生中斷，CPU首先為誰服務(wù)——中斷優(yōu)先級排隊問題中斷優(yōu)先級控制要處理兩種情況對同時產(chǎn)生的中斷：應(yīng)首先處理優(yōu)先級別較高的中斷；若優(yōu)先相同，則按先來先服務(wù)的原則處理對非同時產(chǎn)生的中斷：低優(yōu)先級別的中斷處理程序允許被高優(yōu)別的中斷源所中斷——即允許中斷嵌套中斷優(yōu)先級的控制方硬件判優(yōu)——鏈?zhǔn)脚袃?yōu)、并行判優(yōu)（中斷向量法軟件判優(yōu)順序查詢中斷請求，先查詢的先服務(wù)（先級別高）通常將中斷判優(yōu)與中斷源識別合并在一起進行處理x86系統(tǒng)中，這項任務(wù)由PIC和CPU共同完成軟件判優(yōu)的硬 斷點保 N N N

中斷源0的中斷服務(wù)程中斷源1的中斷服務(wù)程中斷源7的中斷服務(wù)程

中斷返鏈?zhǔn)脚袃?yōu)電路原理圖 圖6-

中斷確

外設(shè)外設(shè)接口中斷確

中斷確

邏輯電┇

邏輯電

邏輯電菊花鏈邏輯電三三態(tài)E&

在每條指令的最后一個時鐘周期，U檢測INT或I信號。若以下條件成立，則PU響應(yīng)中斷：當(dāng)前指令執(zhí)行完。對INTR，還應(yīng)滿足以下條當(dāng)前指令是STI和IRET，則下條指令也要執(zhí)行完當(dāng)前指令帶有LK、P等指令前綴時，則把它們看成一個整體，要求完整地執(zhí)行完；對INTR，CPU應(yīng)處于開中斷狀態(tài)，即當(dāng)前沒有復(fù)位(RESET)和保持(HOLD)信號若NMI和INTR同時發(fā)生，則首先響應(yīng)NMI中斷響應(yīng)（續(xù)CPU中斷響應(yīng)時，要做下述三項工作向中斷源發(fā)出INTA中斷響應(yīng)信獲得中斷服務(wù)程序首地址 ）如何得到中斷處固 中斷向量法——常中斷處理（中斷服務(wù)中斷服務(wù)子程序特為”遠”過程（類型為要用IRET中斷服務(wù)子程序要做的工保護現(xiàn)場(PUSH開中斷進行中斷處恢復(fù)現(xiàn)場(POP中斷返回執(zhí)行中斷返回指令6.4.38088與中斷有關(guān)的控制線為：NMI、INTR、8088系統(tǒng)的中斷中除法溢出：類型號0，商大于目的操作數(shù)所能表達的范圍時產(chǎn)。單步中斷：類型號1，TF=1時產(chǎn)生（當(dāng)前指令需執(zhí)行完斷點中斷：類型號3，這是一個軟件中斷，即INT3指令溢出中斷：類型號4，這是一個軟件中斷，即INTO指令軟件中斷：即INTn指令，類型號n(0-255)外部中 中斷NMI：類型號2，不可用軟 ，CPU必須響應(yīng)。 中斷INTR：類型號由PIC提供。IF=1時CPU才能響應(yīng)8086/8088中斷源類 4301

中斷請求 808系統(tǒng)采用中斷類型碼來識別不同的中斷源，每個中斷源都有一個與它相對應(yīng)的中斷類型碼。 軟件中斷的類型碼由指令給 中斷的類型碼由PIC給PU響應(yīng)INT中斷時，會產(chǎn)生兩個中斷響應(yīng)總線周期( 圖22，要求PIC在第個中斷響應(yīng)總線周期把中斷類型碼放到數(shù)據(jù)線上，供U讀入。 表的地址位于內(nèi)存的00000～，大小為B，共256個中斷向量每個中斷向量占用4Bytes，低字為段內(nèi)偏 法:(n為中斷類型號)中斷向量在IVT中的存放地址初始化——將中斷服務(wù)程序的地址放入例：中斷類型碼為48的中斷處理子程序的名字為int48h，編寫程序段將該中斷處理子程序的地址放入向量表。MOVAX，0MOVDS，AXMOVSI，48H*4MOVAX，OFFSETint48hMOV[SI]，AXMOVAX，SEGint48hMOV[SI+2]，AX8086/8088CPU的中斷響應(yīng)過中斷響應(yīng)過無INTA#周中斷類型碼固定或由指令給響應(yīng)過程主要步驟①PUSH②③PUSH④PUSH⑤取中斷向量送入IP和外部中斷響應(yīng)過 中斷， 中斷響應(yīng)過程類 中斷(時序 圖6-①INTA#（1），PIC進行優(yōu)先級排隊判優(yōu)處②INTA#（2），PIC把中斷類型碼放到DB上，CPU讀③PUSH④⑤PUSH⑥PUSH⑦取中斷向量送入IP和

中斷一優(yōu)先級從高到低順序如下中單步中 8086/8088處

執(zhí)行 Y 斷N ?

低字 ?N?

N

PUSHFLAGS、