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微機原理周荷琴版第六章.ppt

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第六章 輸入輸出和中斷技術1主要內容I/O接口的基本概念CPU與I/O的控制方式中斷的基本概念8086中斷系統中斷控制器825926.1 輸入輸出接口主要內容:I/O接口與I/O端口的概念I/O端口的編址方式I/O端口的地址譯碼I/O數據的傳送方式3一、I/O接口與端口I/O接口(Interface):將外設連接到總線上的一組邏輯電路的總稱實現外設與主機之間的信息交換I/O端口(Port):接口中的寄存器(數據端口、控制端口、狀態端口)4接口舉例:顯示卡接口總線接口串行接口并行接口USB接口鍵盤接口硬盤接口2020/3/27I/O接口的基本結構 CPUI/O設備譯碼數據端口狀態端口控制端口DBABCBI/O接口6CPU與外設之間的信息CPU數據狀態控制外設D0-DnReady、BusyStart、STBI/O接口7I/O接口要解決的問題速度不匹配 信號電平不匹配信息格式不匹配時序不匹配信號的驅動能力8I/O接口的功能設置數據緩沖以解決兩者速度差異設置信號電平轉換電路設置信息轉換邏輯以滿足對各自格式的要求設置時序控制電路來同步CPU和外設的工作提供地址譯碼電路提供聯絡信號最好是可編程控制9二、I/O端口的編址方式數據端口狀態端口控制端口端 口控制端口101、端口與內存統一編址(存儲器映象)特點:指令及控制信號統一,無需專門指令內存地址資源減少無法區分是對內存還是對I/O操作MC6800、MCS-51內存地址960KBI/O地址64KB00000HF0000HFFFFFH112、端口獨立編址(I/O映象)特點:內存地址資源充分利用需專門的訪問端口的指令:IN、OUT80X86、Z80系列內存地址I/O地址00000HFFFFFHFFFFH0000H128086與存儲器及I/O端口連接相關信號線 RD、WR、M/IO、A19-A08086總線A19-A0A15-A0MEMR、MEMWIOR、IOW 、ALE存儲器輸入/輸出138086的I/O端口編址采用I/O獨立編址方式(但地址線與存儲器共用)地址線上的地址信號用M/IO來區分I/O操作只使用20根地址線中的16根:A15~A0可尋址的I/O端口數為64K(65536)個I/O地址范圍為0~FFFFHIBM PC只使用了1024個I/O地址(0~3FFH),其中0 ~FF為直接尋址范圍。14三、I/O地址的譯碼目的:確定端口的地址參加譯碼的信號:IOR、IOW、A15 ~ A0OUT指令將使總線的IOW信號有效IN指令將使總線的IOR信號有效15I/O地址的譯碼當接口只有一個端口時,16位地址線一般應全部參與譯碼,譯碼輸出直接選擇該端口;當接口具有多個端口時,則16位地址線的高位參與譯碼(決定接口的基地址),而低位則用于確定要訪問哪一個端口。16 A Y0 B Y1 C Y2 Y3 Y4G2B Y5 G2A Y6 G1 Y7A5A6A874LS138A7A9AENPPICST/C CSINTRCSDMACSIOWWRTDMAPG(寫DMA頁面寄存器)WRTNMIREG(寫NMI屏蔽寄存器) IBM PC/XT 片選信號的產生(8237)(8259A)(8253)(8255A)17IBM PC/XT 系統板I/O端口地址分配地址空間器件/接口適配器實際使用端口地址0000~001FHDMA控制器823700~0FH0020~003FH中斷控制器8259A20~21H0040~005FH計數器/定時器825340~43H0060~007FH并行接口片8255A60~63H0080~009FHDMA頁面寄存器(74LS670)80~83H00A0~00BFHNMI寄存器A0H00C0~00FFH未用18擴展槽I/O端口地址分配地址空間器件/接口適配器地址空間器件/接口適配器200~20FH游戲卡380~38FHSDLC通信卡210~217H擴充部件390~3AFH未用218~2F7H未用3B0~3BFH單顯/打印卡2F8~2FFH異步通信卡(COM2)3C0~3CFH未用300~31FH未用3D0~3DFH彩顯/圖形卡320~32FH硬盤卡3E0~3EFH未用330~377H未用3F0~3F7H軟盤卡378~37FH打印卡3F8~3FFH異步通信卡(COM1)19四、I/O數據的傳送方式1、并行傳送方式: 同一時刻傳送多位數據。優點:傳送速度快、效率高。缺點:傳輸距離短(成本、線間干擾)2、串行傳送方式:將數據一位一位地傳送。優點:傳輸線少,成本較低。適合于遠距離傳輸。缺點:傳送速度慢。20 3、并行接口與串行接口CPU接口外設…..…...CPU接口外設并行串行速度快,成本高適合近距離速度慢,成本低適合長距離并口串口216.2 簡單的輸入輸出接口芯片掌握:接口電路的分類及特點兩類簡單接口芯片的應用22一、接口的基本構成數據線控制線狀態線DBCBAB數據輸入寄存器(or 三態門)數據輸出寄存器(鎖存器)狀態寄存器(or 三態門)命令寄存器譯碼電路控制邏輯23二、接口的類型及特點輸入接口輸出接口接 口24接口特點輸入接口:要求對數據具有控制能力(常用三態門實現)輸出接口:要求對數據具有鎖存能力(常用鎖存器實現)25三、三態門接口高電平、低電平、高阻態導通高阻26三態門接口三態門的工作波形:A0~A15IOR譯碼輸出D0~D7開關狀態地址有效2774LS244(單向數據驅動器)74LS244邏輯功能和引腳圖見教材P241含8個三態門的集成電路芯片分兩組,1G控制1A1-1A4,2G控制2A1-2A4在外設具有數據保持能力時用作輸入接口為單向數據緩沖器,常用作地址驅動。2874LS245(雙向數據總線緩沖器)74LS245邏輯功能和引腳圖見教材P242含8個三態門的集成電路芯片除門控信號G外,有一方向控制端DIRDIR=1,An Bn(n=1~8)DIR=0,反方向傳遞常用于數據的雙向傳送、緩沖和驅動29三態門接口應用例D0~D7A0A12???WEOEREADY/BUSY???A0A12MEMWMEMR高位地址信號D0~D7D0380HCE譯碼IOR3074LS373(鎖存器)邏輯圖和真值表見P243由D觸發器構成可直接掛到總線上具有對數據的鎖存能力具有三態總線驅動能力3174LS373真值表OEGDQLHLLLHHHLLX鎖存HXX高阻態32鎖存器芯片74LS373D0~D7Q0Q7...OECP譯碼器Q0~Q7D0D7...OECP譯碼器做輸出口:做輸入口:外設自外設336.3 CPU與I/O的控制方式無條件傳送查詢式傳送中斷方式傳送直。省略部分。 ;保護DSMOV DX,OFFSET INT60 ;取服務程序偏移地址MOV AX,SEG INT60 ;取服務程序段地址MOV DS,AXMOV AH,25H ;送功能號MOV AL,60H ;送中斷類型號INT 21H ;DOS功能調用POP DS ;恢復DS 84 取中斷向量 功能號:(AH)=35H。 入口參數:(AL)=中斷類型號 出口參數:ES:BX=中斷服務程序入口地址。858086內部中斷響應過程特點:無INTA周期中斷類型碼固定或由指令給出868086內部中斷響應過程響應過程步驟: ① PUSH FLAG ② LET TEMP = TF ③ CLEAR IF,TF ④ PUSH CS ⑤ PUSH IP ⑥(I P)=(TYPE*4+0) ⑦(CS)=(TYPE*4+2)878088/8086中斷系統的優先級優先級從高到低的順序為:內部中斷NMI中斷INTR中斷單步中斷88中斷處理過程當NMI、INTR、單步和除法錯中斷同時產生時,響應順序為:響應除法錯中斷 響應NMI中斷 響應INTR中斷 響應單步中斷級別高的中斷可以中斷級別低的中斷服務程序P26889中斷服務程序設計舉例例:編制中斷處理程序,要求主程序運行時,每10秒屏幕上顯示信息“The bell is ring!”方法:利用中斷類型1CH進行處理。因為系統定時器(中斷類型8)的中斷處理程序中,時鐘中斷一次(約18.2次/秒)要調用一次INT 1CH。在ROM BIOS中,1CH的中斷處理程序只有一條IRET指令,僅為用戶提供一個中斷類型號。這樣可以利用系統定時器的中斷間隔,將用戶設計的程序來代替原有的INT 1CH程序。90Data segment count dw 182 mess db ‘The bell is ring!’,0ah,0dh,’$’Data endsStack segment db 100 dup(?)Stack endsCode segmentMain proc far assume cs:code,ds:data,ss:stackStart: mov ax,stack mov ss,ax91 push ds sub ax,ax push ax mov ax,data mov ds,ax mov ax,351ch 取原中斷向量并保存 int 21h push es push bx push ds mov dx,offset ring mov ax,segment ring 92 mov ds,ax mov ax,251ch ;設置新的中斷向量 int 21h pop ds in al,21h and al,0feh ;允許定時器0中斷 out 21h,al sti mov di,2000Delay:mov si,3000Delay1:dec si 延時等待中斷? jnz delay193 dec di jnz delay 延時等待中斷? pop dx pop ds mov ax,251ch ;恢復原中斷向量 int 21h retMain endpRing proc near push ds push ax push cx94 push dx mov ax,data mov ds,ax sti dec count jnz exit mov dx,offset mess mov ah,9 int 21h mov count,182Exit: cli pop dx95 pop cx pop ax pop ds iretRing endpCode ends end start96程序修改如下:(顯示5次后程序退出)Data segment n db 5 count dw 182 mess db ‘The bell is ring!’,0ah,0dh,’$’Data endsCode segment ... lop: hlt cmp n,0 jnz lop ;5次未到,繼續 …97Ring proc near … dec count ;定時次數減1 jnz exit mov dx,offset mess mov ah,9 int 21h dec n ; 顯示次數減1 mov count,182 ;重新設置計數值Exit: cli … ;中斷返回98
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微機 原理 第六
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