第6章. 输入与输出中断

接口电路传送的信息可分为3 接口电路传送的信息可分为3类：数据信息；状态信息; 数据信息；状态信息; 控制信息。 控制信息。 种信息通过不同的端口分别传送。如数据输入/ 3种信息通过不同的端口分别传送。如数据输入/输出 寄存器(缓冲器）、状态寄存器与命令控制寄存器各占 ）、状态寄存器与命令控制寄存器 寄存器(缓冲器）、状态寄存器与命令控制寄存器各占 一个端口， 一个端口，每个端口都有自己的端口地址
• 一个完整的DMA传输过程分为四个步骤： • （1）DMA 请求：CPU对DMA控制器的初始化； 向I/O接口发出操作控制命令。由I/O向DMA控制 器发出直接数据传输请求。 • （2）DMA 响应：向总线判决器提出总线请求 （HOLD），当CPU完成当前总线周期后，释放总 线控制权给DMA（HLDA），DMA向I/O发出应答 DMA HLDA DMA I/O 信号。 • （3）DMA传输： • （4）DMA结束：DMA控制器释放总线控制权。
直接存储器存取（ＤＭＡ） （ＤＭＡ）传送 三、 直接存储器存取（ＤＭＡ）传送
利用程序中断传送方式，虽然可以提高ＣＰＵ的工作率， 利用程序中断传送方式，虽然可以提高ＣＰＵ的工作率， ＣＰＵ的工作率 但它仍需由ＣＰＵ通过程序来传送数据, ＣＰＵ通过程序来传送数据 但它仍需由ＣＰＵ通过程序来传送数据,并在处理中 断时，还要“保护现场” 恢复现场” 断时，还要“保护现场”和“恢复现场”,而这两部分操作 程序段又与数据传送没有直接关系，却要占用一定时间， 的 程序段又与数据传送没有直接关系，却要占用一定时间， 使每传送一个字节大约需要几十微秒到几百微秒. 使每传送一个字节大约需要几十微秒到几百微秒.这对于 高速外设以及成组交换数据的场合，就显得太慢了。 高速外设以及成组交换数据的场合，就显得太慢了。
第6章 输入输出
前面几章讨论了有关微型计算机的原理与程序设计以及存储 器系统， 器系统，从这一章开始讨论微机系统的另一个重要组成部分输 入和输出(I/O) 由于输入输出设备的多样性以及I/O (I/O)。 I/O接口电路 入和输出(I/O)。由于输入输出设备的多样性以及I/O接口电路 的复杂性, 本章介绍输入输出接口基本概念、CPU与外设数据传 的复杂性, 本章介绍输入输出接口基本概念、CPU与外设数据传 送的方式。 送的方式。
ＤＭＡ（Direct Access） ＤＭＡ（Direct Memory Access）方式或称为数据通 道方式是一种由专门的硬件电路执行Ｉ／Ｏ Ｉ／Ｏ交换的传送方 道方式是一种由专门的硬件电路执行Ｉ／Ｏ交换的传送方 它让外设接口可直接与内存进行高速的数据传送 外设接口可直接与内存进行高速的数据传送， 式，它让外设接口可直接与内存进行高速的数据传送，而 不必经过ＣＰＵ， ＣＰＵ，这样就不必进行保护现场之类的额外操 不必经过ＣＰＵ，这样就不必进行保护现场之类的额外操 可实现对存储器的直接存取。 作，可实现对存储器的直接存取。这种专门的硬件电路就 DMA控制器 简称为ＤＭＡＣ 控制器, ＤＭＡＣ。 是DMA控制器,简称为ＤＭＡＣ。
目录
6.1 6.2
输入输出接口概述 CPU与外设数据传送的方式 CPU与外设数据传送的方式
AB
CPU
存储器 DB
I/O接口 I/O接口
外 设
CB 微型计算机组成框图
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6.1 输入输出接口概述 CPU与外设间的连接 一、 CPU与外设间的连接
外设与计算机的连接不能像存储器那样直接挂到总线(DB、AB、 外设与计算机的连接不能像存储器那样直接挂到总线(DB、AB、 (DB CB)上 而必须通过各自的专用接口电路（接口芯片) CB)上，而必须通过各自的专用接口电路（接口芯片)与主机连 接. 其连接示意图如图6.1所示. 6.1所示 其连接示意图如图6.1所示.
I/O输入输出指令： I/O输入输出指令： 输入输出指令
IN
AX,PORT
OUT DX,AL
CPU与外设之间数据传送的方式 6.2 CPU与外设之间数据传送的方式 一、程序传送
无条件传送（又称同步传送） （一） 无条件传送（又称同步传送） 当外设速度和CPU的速度相比拟时采用。最典型的同步传送就 是CPU和外RAM之间的数据传送 程序查询传送(条件传送——异步传送) 异步传送) (二)程序查询传送(条件传送 异步传送 CPU通过查询得知外设“准备好”后，再进行数据传送。缺点： 效率不高。
二、 中断传送
外设READY后，主动发中断给CPU要求数据传送。 效率高。
所谓中断是外设或其他中断源中止CPU当前正在执行 所谓中断是外设或其他中断源中止CPU当前正在执行 CPU 的程序,而转向为该外设服务(如完成它与CPU CPU之间传送一个 的程序,而转向为该外设服务(如完成它与CPU之间传送一个 数据）的程序,一旦服务结束，又返回原程序继续工作。 数据）的程序,一旦服务结束，又返回原程序继续工作。这 外设处理数据期间，CPU就不必浪费大量时间去查询它 样，外设处理数据期间，CPU就不必浪费大量时间去查询它 们的状态,只待外设处理完毕主动向CPU提出请求（ CPU发 CPU提出请求 们的状态,只待外设处理完毕主动向CPU提出请求（向CPU发 中断请求信号）， CPU在每一条指令执行的结尾阶段 ），而 在每一条指令执行的结尾阶段， 中断请求信号），而CPU在每一条指令执行的结尾阶段，均 查询是否有中断请求信号（这种查询是由硬件完成的, 查询是否有中断请求信号（这种查询是由硬件完成的,不占 用CPU的工作时间），若有，则暂停执行现行的程序，转去 CPU的工作时间），若有，则暂停执行现行的程序， 的工作时间），若有 为申请中断的某个外设服务，以完成数据传送。 为申请中断的某个外设服务，以完成数据传送。 中断传送方式的好处是：大大提高了CPU的工作效率。 CPU的工作效率 中断传送方式的好处是：大大提高了CPU的工作效率。 关于中断的详细工作情况将在本章后两节专门进行讨 论。