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第6章 输入输出与中断 6.1概述 简写为I/O接口，是CPU与外部设备间的桥梁 总线与口线 外部设备 显示，键盘、硬盘、多媒体设备（如光盘，音响，语音输入输出）。外部设备简称“外设”。 除了标准的输入输出设备以外，在不同的应用领域，有特殊设备，超市的键盘，读卡器等；出租车计价器的显示和微型打印机等。 制造设备的操作面板上的开关、按钮、行程开关，能发出计数脉冲的接近开关等，都可看作典型的输入；而动力电机、油泵电机、散热风扇、液压和启动阀等。 I/O接口要解决的问题 速度匹配(Buffer) 信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序配合(定时关系) I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I) 微型打印机接口电路中的若干端口的配合及其用途 端口地址(Port Address) 一套接口电路内部，可能需要端口配合工作，就需要若干个地址 与存储器类似，也需要对接口编址； 接口的地址称为端口，有别于存储器地址 CPU通过端口的寻址实现输入或输出。 输入或输出的二进制信息，在不同的外设上，有不同的含义，取决于具体的设备和硬件的连接。 端口编址方法 独立编址：如80x86， 8位地址或16位地址，并有独立的I/O指令 统一编址：端口地址与存储地址在同一个逻辑地址空间。访问存储器的指令，也就是访问端口的指令。 I/O编址 1. 统一编址 外设接口与内存各占据统一地址空间的不同部分。 优点 指令统一，灵活； 访问控制信号统一。 缺点 内存可用地址空间减小 2. 独立编址 外设地址空间和内存地址空间相互独立。 优点：内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点：I/O指令功能较弱 6.2 输入输出的数据传输方式 程序传送方式中 无条件传输方式 查询传输方式 中断传输方式 DMA 无条件方式 查询方式 无条件方式：假定输入输出设备总是处于就绪状态，因此在输入输出其前，不需要了解设备的实际状态 查询方式：需要了解设备的状态，有流量控制的客观要求。如微型打印机的工作方式。 中断 中断（Interrupt ） 因事件发生，程序中止正常的执行流程，转入到该事件的处理程序。 中断服务例程（ISR,Interrupt service routine） 中断返回 事件处理完毕（ISR执行完毕）返回正常的流程。 与子程序调用的区别 被动、硬件调用 断点是随机的、不可预知 与程序异步。 中断传输方式（输出） ①CPU写一个数，使OBF(Output Buffer Full)有效； ②外设响应，发ACK(Acknowlege)信号，并取数； ③输出缓冲器空，使OBF无效，并向CPU发一个INTR(Interrupt Request)中断请求； ④CPU在其ISR中发送下一个数据到输出缓冲器； 中断传输方式（输出） ①外设向其写如一个数，以选通信号将其锁存毕； ②接口立即向设备发出IBF(Input Buffer Full)指示信号； ③并向CPU一个INTR中断请求； ④CPU在其ISR中读取输入缓冲器；并使IBF无效，外设可以向输入缓冲器载入下一个数。 中断方式数据传输的优点 CPU与外设异步工作，无须大量的查询，高速CPU不需要等待慢速的外部设备； 编程时，程序仍分正常流程、中断服务程序ISR并可以分别编写，思路清晰； CPU的执行时，由事件驱动ISR的运行； 中断编程需要技巧，但一定需要掌握： 在控制应用中几乎没有不使用中断的； 不使用中断，而要达到中断编程的效果，往往更难； DMA方式Direct Memory Access 总线请求BUSRQ 总线响应BUSAK DMA总线周期 DMAC控制地址线、数据线和控制线 CPU要能释放总线（三态的数据线、地址线、控制线） DMA读 外设数据直接进RAM DMA写 内存数据直接写到外设 DMA方式Memory??Memory? DMAC中有一个暂存器； 先从存储器读数到暂存器，再写到存储器； 需要计数数据块大小； 需要产生源地址和目的地址； 地址指针自动调整。 DMAC工作前先被初试化，此时为为从设备；在DMA周期，它是主设备。 DMA数据传输，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（可达几MB/秒） 6.3 简单接口电路 数据输入接口 一组三态门 数据输出接口 常用锁存器实现 三态门接口 用三态门扩展简单的输入口 一简单的输入电路 三态门74LS244 74LS245 74LS273作为简单输出 8D锁存器 74LS373作为简单输出 动态显示 动态显示技术分析 善于分解任务 适合计算机运行的特点 确