微机原理与接口技术，期末冲刺复习资料（五）

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目录

6. 输入输出和中断系统

6.1 基本概念

6.2 简单接口电路

6.3 基本输入/输出方法

6.4 中断技术

6.4.1 中断的基本概念

6.4.2 中断类型

6.4.3 中断向量表

6.4.4 8088/8086中断系统

6.5 8088内部中断与NMI中断

6.6 中断控制器 8259A

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6. 输入输出和中断系统

主要内容：

1. 基本概念 I/O接口和端口 端口的编址方式

2. 简单接口芯片及其应用

3. 基本输入输出方法

4. 中断的基本概念及工作过程

6.1 基本概念

掌握：I/O接口的基本功能；端口的概念及编址方式；I/O地址译码

1. I/O系统（I/O设备、I/O接口、I/O软件）：除开处理器和内存之外的部分

2. 该系统的特点：

   1. 复杂性：设备的复杂性，随机事件

   2. 异步性：操作上的异步性和时间上的任意性

   3. 实时性：对不同设备提供及时服务

   4. 与设备无关性：中间环节，I/O接口

3. I/O接口：将I/O设备连接到系统总线上的一组逻辑电路的总称

   

4. 接口的功能：

   1. 数据缓冲和暂存

   2. 信号电平与类型的转换

   3. 增加信号的驱动能力

   4. 对外设进行检测、控制与管理，中断处理

5. 接口的基本构成：

   

6. I/O端口：接口电路总用于缓存数据及控制信息的部件

   分为：数据端口、状态端口、控制端口

7. 

8. I/0端口编址

   每个接口中含1个或多个端口。

   目的：确保CPU能够访问到每个不同的端口。

   寻找端口的方法：

   1. 首先找到端口所在的接口电路芯片（片选）

   2. 在该芯片上找具体访问的端口号（片内寻址）

   3. 注意：

      若接口中仅有一个端口，则找到芯片即找到端口 若接口中有多个端口，则找到芯片后需再找端口

   4. 公式：

      每个端口地址=片选地址（高位地址）+片内地址

9. I/O端口的编址方式

   8086/8088寻址端口的能力：内存是1MB，端口有64K个

   编址方式分为：

   1. 与内存统一编址

   2. 独立编址

10. 与内存统一编址：

    特点：指令及控制信号统一，内存地址资源减少

    

11. 独立编址：

    特点：内存地址资源充分利用，应用于端口指令较少

    

12. 端口的寻址

    寻址端口信号：

    

13. 8088/8086的I/O端口编址

    采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/#M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15～A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)，端口地址资源就非常丰富了。

14. I/O地址的译码

    目的：确定端口地址是目标端口

    参加译码的信号：IOR非、IOW非

    产生条件（两组信号组和产生）：

    

    OUT指令将使总线的IOW非信号有效 IN指令将使总线的IOR非信号有效，数据被读进ACC

    译码的地址信号：

    当接口只有一个端口时： 无片内地址，全部地址信号均为高位地址（可全部参与译码），译码输出直接选择该端口； 当接口具有多个端口时： 则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。

    由于端口资源丰富，端口地址译码常采用部分地址译码

6.2 简单接口电路

掌握： 接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用

1. 接口的基本组成：

   1. 数据输入/输出寄存器 （数据暂存）

   2. 命令寄存器 （暂存控制命令）

   3. 状态寄存器 （保存外设当前状态，供CPU读取）

   

2. 接口的类型和特点：

   1. 按传输信息方向分类：输入、输出接口

   2. 按传输类型分类：数字接口、模拟接口

   3. 按传输信息方式 分类：串行、并行接口

   特点：

   

   重点芯片：74LS244是典型的三态门接口芯片

   特点：具有控制数据的能力，不具备数据的锁存能力

   内置8个三态门集成电路芯片；在外设具有数据保持能力时用来输入接口

   

   锁存器接口：

   特点：对数据具有锁存能力

   重点芯片：74LS273是典型的锁存器接口芯片

   8D触发器，不具备数据控制能力，只能作为输出接口

   

   常用锁存器芯片：

   74LS373/374：含有三态的8D触发器，对数据具有控制能力，所以它既可以作为输入接口也可以作为输出接口

   

6.3 基本输入/输出方法

1. 无条件传送：要求外设总是处于Ready状态；优点呢就是接口和软件简单，缺点就是只能适用于简单的东西，应用范围窄

2. 查询式传送：只有条件满足时才能进行数据传送；而且每满足一次条件只能传送一次数据

   适用于：外设并不总是准备好，而且对于传送速率和效率要求不高。

   条件：外设应提供设备状态信息；接口应具备状态端口

   

   优点：就是软硬件比较简单；缺点就是CPU效率低下，实时性较差，速度慢

3. 中断方式传送：特点就是外部设备实时性好，CPU效率高缺点就是：程序编制相对较为复杂，适合于中速的外部设备。

4. 以上三种I/O方式的共性就是：信息的传送都需要通过CPU：地址信号、控制信号等

   

5. DMA控制方式：

   特点：外设和存储器直接进行数据交换，不需要CPU当媒介了；总线由DMA控制器（DMAC）进行控制，内存、外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供

   

   DMA工作方式：

   

   注意： 数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率。 控制复杂，硬件成本相对较高。

6. 4种基本I/0控制方式总结

   无条件传送：  简单，适用范围小，仅适用于“随时准备好”的低速外设 查询工作方式  简单，适用于具备“状态信息”的多个低速外设  CPU效率低，控制实时性差 中断方式  适用于中速外设  相对于查询方式，CPU效率较高，控制实时性较好 DMA方式：  数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可 以达到很高的传输速率。  控制复杂，硬件成本相对较高。

6.4 中断技术

掌握：

1. 中断的基本概念

2. 中断响应的一般过程

3. 中断向量表及其初始化

4. 8088/8086中断系统

6.4.1 中断的基本概念

中断就是，CPU在执行一个任务时，诶突然有老板（中断源）叫他去做另外一个任务（中断服务子程序），然后CPU就跑了，把那个任务完成后又回来继续接着做原来的任务。

引入中断的原因：

提高对外设请求的响应实时性 实现对特殊事件的实时响应 提高数据传输率 提高了CPU的利用率 避免了CPU不断检测外设状态的过程

6.4.2 中断类型

根据中断请求的来源分为：

外部可屏蔽中断的响应过程为：

(1)中断请求 (2)中断源识别及中断判优 (3)中断响应 (4)中断处理（服务） (5)中断返回

1. 中断请求：NMI、INTR（外可屏蔽中断请求信号）；该信号不能过宽也不能过窄，要保持到被处理为止，CPU响应中断口，中断请求信号应及时撤销

2. 中断源识别：

   

   中断判优：

   

3. 中断响应：

   

4. 中断处理：

   执行中断服务子程序  中断服务子程序的特点：  都为“远过程”  用IRET指令返回

5. 中断返回

   执行IRET指令，使IP、CS和FLAGS从堆栈弹出 和硬件现场

中断处理过程：

6.4.3 中断向量表

存放各类中断的中断服务程序的入口地址； 每个入口占用4 Bytes，其中： 低地址字单元中存放入口的偏移地址，高地址字单元中存放入口的段基址； 表的地址位于内存的00000H～003FFH，大 小为1KB，共256个入口。

中断向量表的初始化：

将用户自定义的中断服务程序入口地址放入向量表 注意点： 向量表所在的段地址=0 存放子程序入口的单元的偏移地址=n×4 例： 将中断向量码为48H的服务程序入口地址放入向量表

MOV AX，0000H MOV DS，AX MOV SI，0120H MOV BX，OFFSET TIMER MOV [SI]，BX MOV BX，SEG TIMER MOV [SI+2]，BX

6.4.4 8088/8086中断系统

6.5 8088内部中断与NMI中断

特点：

8088/8086 中断响应和处理流程

注意：

反应中断响应总体优先级： 内部中断 高于 外部非屏蔽中断 高于 外部可屏蔽中断

6.6 中断控制器 8259A

可编程中断控制器，用于可屏蔽中断管理。 单片8259A可管理8个外边中断源，通过级联，最多可以管理64个外部中断源。 了解： 主要引线及内部结构 工作过程 工作方式

引线及内部结构

D0－D7：数据信号 #WR：写允许 #RD：读允许 #CS：片选信号 A0：内部寄存器的选择信号与#CS、#WR、#RD信号相配合，对不同的内部寄存器进行读写. INT：中断请求； #INTA：中断响应 CAS0～CAS2：级联控制 #SP/#EN：双功能控制 IR0---IR7：中断请求输入

8259A的工作过程

8259A的工作方式

1. 中断优先级----固定优先级，循环优先级

2. 中断嵌套方式

3. 中断结束处理

4. 中断源屏蔽方式

5. 中断触发方式

6. 级联工作方式

(6) 8259A的级联

设置一片为主片，将主片的IR端接入到从片的INT端。实现最多64个中断源的中断控制。

中断程序设计的一般过程

1. 确定中断类型号 应用程序可使用的中断类型号为60H～66H和68H～6FH

2. 保存原中断向量 在将自己的中断程序入口地址置入中断向量表之前，应先保存该地址中原来的内容。

3. 将自己的中断向量放入向量表；

4. 设置中断屏蔽字（可选）。若编写的是硬件中断程序，应将所使用的硬件中断对应的8259A的中断屏蔽位开放；

5. CPU开中断；

6. 恢复原中断向量。