西安邮电大学计算机学院微型计算机原理课件 第7章（1）.pptVIP

第7章 输入/输出与中断 主要内容: I/O接口概述 CPU与外设之间数据传送的方式 中断技术 8086／8088的中断系统 可编程中断控制器Intal 8529A 7.1 I/O接口概述 7.1.1 I/O接口的作用 1. I/O接口 微处理器与存储器构成了微型计算机系统的主机部分，为了使微型计算机工作，还必须配上各种外部设备，简称外设，将外设中主要用来实现数据的输入／输出、实现人机联系的设备称为输入／输出设备，即I/O设备。 当要把外设与微处理器相连时，往往需要配上相应的电路。通常把介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口。 * * 图7.1 主机与外设的连接 CPU I/O 接口 外设 2. I/O接口的作用 接口是主机和外设之间交换信息的桥梁。那么，主机与外设交换信息时为什么要通过接口电路呢？这主要有以下三个原因。 ① 总线隔离作用 数据总线是外设及存储器传送信息的公共线路，任何外设或存储器都不允许长期占用数据总线，而仅允许被选中的外设或存储器在读／写总线周期中享用数据总线。 因此，大多数外设不能直接和CPU的数据总线相连，要借助与接口电路使外设与总线隔离，起缓冲、暂存数据的作用，使主机和外设协调一致的工作。 ② 速度匹配作用 接口电路可以提供握手信息给微处理器和外设，协调主机和外设间数据传送速度不匹配的矛盾。 大多数外设输入输出信息的速度远远低于微处理器，为同步外设与主机的工作，在输入输出控制中，常需要接口电路提供外设的工作状态给微处理器，同时记忆主机下达给外设的命令，从而使主机与外设之间协调一致地工作。 ③ 信号变换作用 外设的信息格式与微处理器不一致时，需要接口电路进行信息的变换。 从本质上说，微处理器的信息格式是并行的数字信号，而外设由于其功能的多样性，信息格式也是多种多样的。这就需要进行： ? 电平变换 ? 并串变换 ? 数模变换 7.1.2 CPU与外设交换的信息 主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息三种。 (1) 数据信息：它是CPU与外设之间传送的主要信息，可分为数字量、模拟量和开关量三种形式。 (2) 状态信息：是外设通过接口送往CPU的信息，作为外设与CPU之间交换数据的联络信号，反映了当前外设所处的工作状态。 (3) 控制信息：是CPU通过接口传送给外设的信息，用来设置外设（包括接口）的工作方式、控制外设的工作等。 DB CPU 外设 图7.2 CPU与外设交换的信息 I/O接口 数据信息 状态信息 控制信息 7.1.3 I/O接口的基本结构(接口与端口) 接口(Interface)：介与主机和外设之间的缓冲电路。 端口(Port)：接口中可以进行寻址读写的寄存器，简称口。 一个接口往往含有几个端口，CPU通过输入输出指令向这些端口取或存信息。端口主要有三类：一类为状态口，一类为命令口（或控制口），一类是数据口。 CPU通过输入指令从状态口获取外设的状态信息，通过输出指令从命令口发出控制命令，控制外设的工作。通过输入输出指令可以从数据端口与外设交换数据。因此说，计算机主机与外设之间交换信息都是通过接口中的端口来实现的。 CB AB DB CPU 数据端口 状态端口 I/O 设 备 译 码 控制端口 图7.3 I/O接口的基本结构 I/O接口 7.1.4 I/O端口的编址 微机系统中，I/O端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类。在Intel 80x86系列微机中，采用独立编址方式。 1. I/O端口的统一编址方式 统一编址又称存储器映象编址(Memory-mapping Address Coding)，就是将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，每个I/O端口占用一个地址。这样，CPU对I/O端口的输入／输出操作如同对存储单元的读／写操作一样，对存储器的各种寻址方式也同样适用于I/O端口。 图7.4 I/O端口与内存单元统一编址 存储器 I/O 端口 00000H XXXXXH FFFFFH 整 个 地 址 空 间 (XXXXX+1)H I/O端口 存储器空间 I/O端口空间 2. I/O端口的独立编址方式(Isolated I/O Address Coding) 在独立编址方式下，I/O地址空间完全独立于存储器空间。在I/O地址空间中，每个端口有一个唯一的端口地址，CPU有专用的I/O指令，用于CPU与I/O端口之间的数据传输。Intel 80x86系列CPU中设有IN、OUT指令作为专用的I/O指令和寻址方式。在直接寻址方式下，CPU只利用地址总线的低8位输出地址