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第6章 输入输出与中断 6.1 输入/输出接口概述 6.2 CPU与外设之间的数据传送方式 6.3 中断技术 6.4 中断控制器8259A 6.1 输入/输出接口概述 在CPU与外部设备进行信息交换时至少有两方面的困难： CPU和外设的速度差异非常大； CPU不能和外设直接通过引脚连接。 CPU和外设之间必须要设置输入/输出接口(I/O接口)，作为CPU与外设进行信息交换的桥梁。 6.1.1 输入/输出接口的功能 6.1.2 CPU与输入/输出接口之间的信息 6.1.3 输入/输出端口的编址方式 6.1.1 输入/输出接口的功能 (1)I/O地址译码与设备选择 所有外设都通过I/O接口挂接在系统总线上，在同一时刻，总线只允许一个外设与CPU进行数据传送。 (2)信息的输入/输出 通过I/O接口，CPU可以从外部设备输入各种信息，也可将处理结果输出到外设； CPU可以通过向I/O接口写入命令字来控制I/O接口的工作，还可以随时监测与管理I/O接口和外设的工作状态； I/O接口还可以通过接口向CPU发出中断请求。 6.1.1 输入/输出接口的功能(续) (3)命令、数据和状态的缓冲与锁存 因为CPU与外设之间的时序和速度差异很大，为了能够确保计算机和外设之间可靠地进行信息传送，要求接口电路应具有信息缓冲能力。 接口不仅应缓存CPU送给外设的信息，也要缓存外设送给CPU的信息。以实现CPU与外设之间信息交换的同步。 (4)信息转换 I/O接口还要实现信息格式变换、电平转换、码制转换、传送管理以及联络控制等功能。 6.1.2 CPU与输入/输出接口之间的信息 1.数据信息 数字量:以二进制形式表示的数据信息。 模拟量:当计算机处理现场连续变化的非电量的物理量时，需通过传感器把这些非电量的物理量转化为连续变化的模拟电压或电流—模拟量。模拟量再经过A/D转换器转换为数字量，才能输入计算机处理。 开关量:是指可用2个状态表示的信息，如开关的开和闭、电机的起和停等。一个开关量只需要一位二进制数表示。 2.状态信息 表示外设当前所处的状态。输入时，输入设备是否准备好(READY)；输出时，输出设备是否处于忙(BUSY)等。 3.控制信息 由CPU发出、用于控制I/O接口的工作方式以及外设的启动和停止等信息。 6.1.2 CPU与输入/输出接口之间的信息(续) 数据信息、状态信息和控制信息是属于不同性质的信息，需要分别传送。 I/O端口包括:数据端口、状态端口和控制端口。 CPU通过数据端口从外设读入数据或向外设输出数据。 从状态端口读入设备的当前状态，通过控制端口向外设发出控制命令。 一个I/O接口可能仅包含其中的一类或两类端口，当然也可能包含全部三类端口。 6.1.3 输入/输出端口的编址方式 在微型计算机系统中，CPU对外设的访问实际上是对外设接口电路中相应的I/O端口进行访问。 I/O端口的编址通常有两种不同的方式。一是与内存单元统一编址，二是独立编址。 1.I/O端口统一编址 又称为存储器映射编址方式，即把每个I/O端口都当作一个存储单元看待，按照存储单元的编址方式统一安排端口的地址。 优点：可以用访问内存的方法来访问I/O端口。由于访问内存的指令种类丰富、寻址方式多样，因此这种编址方式为访问外设带来了很大的灵活性。同时，I/O控制信号也可与存储器的控制信号共用，从而给应用带来了很大的方便。 缺点：外设占用了一部分内存地址空间，这就减少了内存可用的地址范围。此外从指令上不易区分当前是对内存进行操作还是对外设进行操作。 Intel MCS-51等系列的单片微型计算机和Motorola公司的MC6800、MC68000及68HC05等微处理器就采用统一编址方式。 2.I/O端口独立编址 内存地址空间和外设地址空间是相互独立的。 8086/8088系统的内存地址范围为00000H~FFFFFH，共1M空间，而外设端口的地址范围为0000H~FFFFH，共64K空间。这两个地址空间相互独立，互不影响。 CPU在寻址内存和外设时，使用不同的控制信号来区分当前是对内存操作还是对I/O端口操作。例如8086的M/IO和8088的IO/M信号。 指令系统中单独设置有专用的I/O指令。 优点：将输入输出指令和访问存储器的指令明显区分开，使程序清晰，可读性好，而且I/O指令长度短，执行的速度快，也不占用内存空间；I/O地址译码电路较简单， 缺点：必须有专门的IN和OUT指令，这些指令的功能没有访问存储器指令强，也增加了指令系统的规模。另外，CPU要能提供区分存储器和I/O的控制信号。 6.2 CPU与外设之间的数据传送方式 CPU与外设之间的数据传送方式主要有以下4种： 无条件传送 查询传送 中断传送 直接