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第七章輸入輸出接口一、概述?速度不匹配;
計(jì)算機(jī)通過(guò)外圍設(shè)備與外界通信或交換數(shù)據(jù)稱為“輸入/輸出”。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,常用的外圍設(shè)備有:
鍵盤(pán)、顯示器、磁盤(pán)機(jī)、打印機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器等。把外圍設(shè)備同微型計(jì)算機(jī)連接起來(lái)的電路稱為“外設(shè)接口電路”,簡(jiǎn)稱“外設(shè)接口”。
由于外設(shè)種類繁多,所處理的信息不同、速度不同等,因此,主機(jī)與外設(shè)之間存在下列一些問(wèn)題:
?信號(hào)電平不匹配;
?信號(hào)格式不匹配;
?時(shí)序不匹配。對(duì)于典型系統(tǒng),其連接示意圖為:因此,主機(jī)與外設(shè)之間是通過(guò)接口進(jìn)行連接的,如:
接口有簡(jiǎn)單的,如:三態(tài)緩沖器、鎖存器…
,
也有復(fù)雜的,如:可編程的8259、8255、8253、8251、8237
。
二、接口的基本結(jié)構(gòu)接口的一般形式為:
接口電路是專門為解決CPU與外設(shè)之間的不匹配、不協(xié)調(diào)工作而設(shè)置的,處于總線與外設(shè)之間,一般具有下列基本功能:
?設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖器--解決速度不匹配
?設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路--解決信號(hào)電平不一致問(wèn)題
?設(shè)置信息轉(zhuǎn)換邏輯-滿足各自格式要求(如A/D、D/A等)
?設(shè)置時(shí)序控制電路--實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)同步工作三、I/O端口的編址CPU尋址I/O端口,有兩種方式統(tǒng)一編址單獨(dú)編址--用統(tǒng)一的傳送(MOV)指令--用IN、OUT指令四、CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換微機(jī)中常用的輸入/輸出控制方式一般有三種:即程序控制方式、中斷方式和DMA方式1、程序控制方式(1)無(wú)條件傳送無(wú)條件傳送用于能夠確信外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的場(chǎng)合,如讀取開(kāi)關(guān)的狀態(tài),LED的顯示等。無(wú)條件傳送的接口電路示意如下:教材P266圖7.5舉例:設(shè)Y=20H,要求掃描開(kāi)關(guān)的狀態(tài),當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),對(duì)應(yīng)的指示燈亮,編程實(shí)現(xiàn)上述功能。查詢輸入流程如下:
輸入狀態(tài)READY輸入數(shù)據(jù)N(2)條件傳送(查詢方式)INAL,22HTESTAL,80HJZWAIT1WAIT1:INAL,20H程序段為:;查詢狀態(tài);輸入數(shù)據(jù)Y查詢輸出流程如下:
輸入狀態(tài)BUSY輸出數(shù)據(jù)YINAL,22HTESTAL,02HJNZWAIT2WAIT2:MOVAL,[SI]程序段為:;查詢狀態(tài);輸出數(shù)據(jù)OUT21H,ALN某微機(jī)系統(tǒng)的輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)口地址為21H,輸出設(shè)備的數(shù)據(jù)口地址為22H,狀態(tài)寄存器的端口地址為20H。當(dāng)狀態(tài)寄存器的D0位為1,表示數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好,可以輸入數(shù)據(jù);D1位為0,表示輸出寄存器空,可以輸出數(shù)據(jù)。現(xiàn)要求從輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù),經(jīng)某種處理后,將其從輸出設(shè)備輸出,共50次。舉例:2、中斷方式在第八章中介紹3、直接存儲(chǔ)器存取(DMA)第八章
中斷本章首先介紹一般中斷的基本概念,第二節(jié)介紹8086中斷系統(tǒng),然后再介紹可編程中斷管理器8259A等內(nèi)容。利用中斷方式,使CPU與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí),可大大提高CPU效率,使計(jì)算機(jī)可進(jìn)行分時(shí)操作、實(shí)時(shí)操作和故障處理等;利用8086的軟中斷,還可調(diào)用大量為外設(shè)服務(wù)的子程序。8.1中斷概述一、二、中斷系統(tǒng)功能
1、能實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)及中斷返回;
2、能實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì);
3、能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。三、中斷基本概念
?中斷源-引起中斷的原因或發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的來(lái)源
?中斷屏蔽--用軟件的方法使請(qǐng)求中斷的設(shè)備不能產(chǎn)生中斷
?中斷嵌套--CPU在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過(guò)程中,又有新的更高級(jí)別的中斷源請(qǐng)求中斷,CPU中止現(xiàn)行的服務(wù)程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行更高級(jí)別的中斷服務(wù)程序,這種過(guò)程稱為中斷嵌套。中斷
?中斷矢量表--每個(gè)中斷服務(wù)程序有一個(gè)4字節(jié)的入口地址
CS:IP,中斷矢量表用來(lái)存放中斷服務(wù)程序的入口地址。
?中斷優(yōu)先級(jí)--多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷時(shí),按輕重緩急排隊(duì),CPU先響應(yīng)級(jí)別高的中斷,后響應(yīng)級(jí)別低的中斷CPU對(duì)可屏蔽中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)定的方法有兩種:軟件處理--硬件處理--優(yōu)先鏈--菊花鏈(硬件查詢)矢量中斷優(yōu)先級(jí)--比較器查詢方式(移位法、屏蔽法)8.28086/8088中斷系統(tǒng)
8086CPU有一個(gè)強(qiáng)有力的中斷處理系統(tǒng),能處理256種不同的中斷類型,方法簡(jiǎn)便靈活。8086中斷結(jié)構(gòu)如下所示:一、中斷分類1、外部中斷
?非屏蔽中斷----外部通過(guò)NMI引起---自動(dòng)產(chǎn)生2#中斷
?可屏蔽中斷----外部通過(guò)INTR引起---由8259管理,CPU
是否響應(yīng)取決于中斷標(biāo)志IF。
IF=0
禁止中斷
(CLI)
IF=1允許中斷
(STI)CPU響應(yīng)INTR中斷,執(zhí)行兩個(gè)INTA響應(yīng)周期二、中斷優(yōu)先級(jí)次序內(nèi)部中斷除法錯(cuò)INTOTNTnNMIINTR單步中斷2、內(nèi)部中斷
?專用中斷:0#--除法出錯(cuò)
1#--單步中斷
3#--斷點(diǎn)中斷
4#--溢出中斷
?
軟中斷:由INTn
指令引起的中斷三、中斷矢量表即中斷服務(wù)程序入口地址表。中斷矢量表格式為:設(shè):某中斷源類型為0AH,入口為INTR1。
試為該中斷源裝填中斷向量。四、中斷響應(yīng)過(guò)程CPU響應(yīng)可屏蔽中斷有三個(gè)條件:
?外設(shè)有中斷請(qǐng)求;
?本中斷位未被屏蔽;
?
CPU允許中斷。
當(dāng)三個(gè)條件滿足,又無(wú)更高級(jí)的中斷處理,CPU在當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束響應(yīng)中斷。
CPU響應(yīng)中斷后,對(duì)外設(shè)接口發(fā)出兩個(gè)中斷響應(yīng)信號(hào)INTA,外設(shè)收到第二個(gè)INTA以后,向CPU數(shù)據(jù)總線提供中斷矢量。CPU根據(jù)中斷矢量,在中斷矢量表中,取得對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口,并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。8086的中斷響應(yīng)過(guò)程如下所示。8.3可編程中斷控制器8259A
8259A的主要性能有:
8級(jí)中斷管理,通過(guò)級(jí)連可擴(kuò)至至64級(jí);每級(jí)中斷均可使之允許或屏蔽;芯片內(nèi)設(shè)有優(yōu)先級(jí)判別電路,與控制電路等共同作用下,選擇優(yōu)先級(jí)高的中斷類型號(hào)傳送給CPU。
本節(jié)主要介紹8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳功能、控制字格式及8259A初始化編程。一、8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1)與CPU總線接口包括:數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫(xiě)控制邏輯(2)中斷管理器包括:中斷請(qǐng)求寄存器IRR、中斷服務(wù)寄存器ISR、中斷屏蔽寄存器IMR、優(yōu)先級(jí)管理器PR及控制電路。(3)級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器--擴(kuò)至64級(jí)硬件中斷2、引腳功能介紹8259A引腳功能圖如下:與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連,實(shí)現(xiàn)8259A與CPU間的數(shù)據(jù)交換接收CPU中斷響應(yīng)向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求口地址選擇A0=0偶地址A0=1奇地址CAS0~CAS2主片:輸出從片:輸入同名端相連:從片/緩沖I/O設(shè)備中斷請(qǐng)求輸入端即:8級(jí)硬件中斷中斷請(qǐng)求可以是電平或上升沿觸發(fā),由軟件設(shè)定二、8259A編程
8259A編程分為兩種,即:初始化編程-在8259A開(kāi)始正常工作之前,由CPU送入2~4個(gè)ICW操作(工作方式)編程-在初始化之后的任何時(shí)間寫(xiě)入,動(dòng)態(tài)改變8259A工作方式1、8259A初始化編程--介紹初始化命令字ICW1~ICW4初始化命令字完成的功能為:
?設(shè)定中斷請(qǐng)求信號(hào)的觸發(fā)方式;
?設(shè)定8259A的工作方式;
?設(shè)定8259A中斷類型號(hào)基值;
?設(shè)定優(yōu)先級(jí)方式;
?設(shè)定中斷處理結(jié)束操作方式。(1)ICW1-芯片控制初始化命令字格式:A0
D7D6D5D4D3D2D1D0
X
X
X
1LTIM
XSNGLIC4(2)ICW2-設(shè)置中斷類型基值格式:A0D7D6D5D4D3D2D1D0T7T6T5T4T3000(2)ICW3-主片/從片初始化命令字格式:A0D7D6D5D4D3D2D1D0S7S6S5S4S3S2S1S0S=0沒(méi)掛從片S=1下掛從片主片XXXXXID2ID1ID0從片0111(4)ICW4-方式控制初始化命令字格式:A0
D7D6D5D4D3D2D1D0
X
XXSFNMBUFM/SAEOIUPM18259A初始化編程流程為:例:某8259A初始化編程如下:(設(shè)8259A端口為20H、21)MOV AL,11H OUT 20H,AL MOV AL,18H OUT 21H,AL MOV AL,04H OUT 21H,AL MOV AL,1DH OUT 21H,AL∶
2、8259A操作編程--介紹操作命令字OCW1~OCW3操作命令字決定中斷屏蔽、中斷優(yōu)先級(jí)次序及中斷結(jié)束方式。(1)OCW1-中斷屏蔽字格式:A0
D7D6D5D4D3D2D1D0M7M6M5M4M3M2M1M01M=0開(kāi)放M=1屏蔽(2)OCW2-控制中斷結(jié)束及修改優(yōu)先權(quán)命令字格式:A0
D7D6D5D4D3D2D1D0RSL
EOI00L2L1L00(3)OCW3-管理特殊屏蔽和查詢方式格式:A0
D7D6D5D4D3D2D1D0XESMMSMM01PRRRS0OCW2命令字功能組合如下:3、8259A應(yīng)用編程舉例舉例:(實(shí)驗(yàn)七)單個(gè)中斷源中斷編程:CPU執(zhí)行程序時(shí),顯示‘MAIN’,響應(yīng)外部IRQ7
中斷請(qǐng)求時(shí),顯示‘7’,延時(shí)3秒后返回。三、8259A的級(jí)聯(lián)作業(yè):P3088.2、8.3題8.2
已知中斷向量表中地址0020H~0023H的單元中依次是40H,100H,00H,01H,并知INT08H指令本身所在的地址為:9000H:00A0H。若SP=0100H,SS=0300H,標(biāo)志寄存器內(nèi)容為0240H,試指出在執(zhí)行INT08H指令,剛進(jìn)入它的中斷服務(wù)程序時(shí),SP,SS,IP,CS和和棧頂上三個(gè)字的內(nèi)容(用圖表示)。補(bǔ)充:系統(tǒng)中有三個(gè)中斷源,從8259A的IR0、IR2、IR4端引入中斷,以脈沖觸發(fā)。中斷類型號(hào)分別為50H、52H、54H,中斷入口地址分別為5020H、6100H、3250H,段地址為1000H。使用正常全嵌套工作方式,普通EOI結(jié)束,試編寫(xiě)初始化程序,使CPU響應(yīng)任何一級(jí)中斷時(shí)能正確工作。并編寫(xiě)
一段IR2中斷服務(wù)子程序,顯示‘8259IR2INT’
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