微机原理与汇编语言实用教程_第8章_输入输出系统及中断的使用方法.pptVIP

第8章 输入输出系统 及中断的使用方法 8.1 输入输出接口概述 8.1.1 输入输出接口的一般结构 作为接口电路，通常必须为外部设备提供几个不同地址的寄存器，每个寄存器称为一个I/O端口（Port）。通常的I/O接口结构示意图如下图所示：I/O接口内部通常由数据、状态、控制三类寄存器组成，CPU可分别对数据、状态、控制三种端口寻址，并与之交换信息。这三种端口被简称为数据口、状态口、控制口。 数据寄存器可分为输入缓冲寄存器和输出缓冲寄存器两种。输入时，由输入缓冲寄存器保存外设发往CPU的数据；输出时，由输出缓冲寄存器保存CPU发往外设的数据。有了输入/输出缓冲寄存器，就可以在高速工作的CPU与慢速工作的外设之间起协调与缓冲作用。状态寄存器主要用来保存外设现行的各种状态信息，从而让CPU了解数据传送过程中正在发生或最近已发生的状况。控制寄存器用来存放处理器发来的控制命令与其它信息，确定接口电路的工作方式和功能。 接口电路主要实现如下一些基本功能。 1. 作为微机与外设间传递数据的中间缓冲器 2. 正确寻址与微机交换数据的外设 3. 提供微机与外设间交换数据所需的控制逻辑与状态信号 8.1.2 I/O端口及其寻址方式 1. 内存和I/O端口统一编址 内存和I/O端口统一编址的方式是将I/O端口地址与内存地址统一分配，同等看待，也可以认为是在内存中给I/O端口分配了一个内存地址。 这种编址方式的主要优点是：端口寻址手段丰富，对其数据进行操作可与对存储器操作一样灵活，且不需要专门的I/O指令，这有利于I/O程序的设计；I/O寄存器数目与外设数目不受限制，而只受总存储容量的限制；另外，这种I/O寻址方式读写控制逻辑比较简单。 主要缺点是I/O端口要占用存储器的一部分地址空间，使可用的内存空间减少。 2. 内存和I/O端口独立编址 内存和I/O端口独立编址是将I/O端口和内存分开编址，如图8.2所示。由于它们编址的独立性，所以微处理器需要提供两类访问指令：一类用于内部存储器访问，它具有多种寻址方式；另一类专用于I/O端口的访问，这类指令往往比较简单。在这种寻址方式中，CPU访问I/O端口必须采用专用I/O指令，故也叫专用I/O指令方式。这些专用的I/O指令通常有两类，即输入指令IN、输出指令OUT及其相关指令组。 这种编址方式的优点是： I/O端口地址空间不占用内存地址空间，其端口地址线较少，对于硬件寻找I/O端口的译码电路可以较简单，寻址速度较快；使用专用的I/O指令使编制的程序更加清晰，便于理解和检查。 缺点是：专用的I/O指令类型少，程序设计灵活性较差；需要存储器和I/O端口两套控制逻辑，增加了控制逻辑的复杂性。 8.1.3 CPU与外设之间的数据传送方式 1. 无条件传送方式 无条件传送是一种最简单的程序控制传送方式，也称同步传送方式。当程序执行到输入输出指令时，CPU无需了解端口的状态，直接进行数据的传送。这种信息传送方式，主要用于对简单外设，或定时为已知且固定不变的低速I/O接口，或不需要等待时间的I/O设备进行操作。 当CPU与外部设备交换数据时，总认为它们处于“就绪”状态，随时可进行数据传送。按这种方式传送信息时，外部设备必须已准备好，系统不需要查询外设的状态。即在输入时，只给出IN指令；而在输出时，仅给出OUT指令。这种传送方式的输入输出接口电路最简单，一般只需要设置数据缓冲寄存器和外设端口地址译码器就可以了。 2. 查询传送方式 程序控制下的查询传送方式，又称异步传送方式。它在执行输入输出操作之前，需通过测试程序对外部设备的状态进行检查。当所选定的外设已准备“就绪”后，才开始进行输入输出操作。其工作流程包括查询和传送两个基本工作环节。在查询环节中，通过读取状态寄存器的标志位来检查外设是否“就绪”，若没有“就绪”，则程序不断循环，直至“就绪”后才继续进行下一步工作；在传送环节中，当查询环节完成后，将对数据口实现寻址，并通过输入指令从数据端口输入数据，或利用输出指令从数据端口输出数据。 在查询传送方式中CPU与I/O设备的关系是CPU主动，I/O被动，即I/O操作由CPU启动。其优点是：比无条件传送方式更容易实现数据的有准备传送，控制程序也容易编写，且工作可靠，适应面宽。但由于需要不断测试状态信息，使大量CPU工作时间被查询环节消耗掉，导致传送效率较低。在CPU负担不重，所配外设对象不多，实时性要求不太高的情况下可使用这种传送方式。 (1) 查询式输入 由于CPU与I/O设备的工作往往不同步，故当CPU执行输入操