06第六章输入-输出接口
chap6微机原理与接口技术第六章——I、O接口和总线
第六章I/O接口和总线本章介绍1.I/O接口I/O接口的功能简单的输入输出接口芯片I/O端口及其寻址方式CPU与外设间的数据传送方式 PC机的I/O地址分配2.总线IBM PC总线AT总线或ISA总线6-1、I/O接口一．I/O接口的功能1.采用I/O接口的必要性计算机和外设之间的信息交换带来一些问题：速度不匹配信号电平不匹配信号格式不匹配时序不匹配因此I/O设备不能直接与CPU的系统总线相连，必须在CPU与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。
可编程输入输出接口芯片随着大规模集成电路技术的发展，出现了许多通用的可编程接口芯片，可用它们来方便地构成接口电路。
后面几章将介绍常见的可编程I/O接口芯片的原理、编程方法及与CPU的连接方法。
可编程中断控制器8259A可编程计数器/定时器8253可编程外围接口芯片8255A串行通信和可编程接口芯片8253AA/D和D/A转换芯片。
本章介绍最常用的简单I/O接口芯片,主要有缓冲器(Buffer)和锁存器(Latch)。
二、简单的输入输出接口芯片1.缓冲器74LS244和74LS245连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力。
在CPU或I/O接口电路需要输入输出数据时，在它的使能控制端EN（或G）作用一个低电平脉冲，使它的内部的各缓冲单元接通，即处在输出0或1的透明状态。
数据被送上总线。
当使能脉冲撤除后，它处于高阻态。
这时，各缓冲单元像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。
74LS244和74LS245就是最常用的数据缓冲器。
除缓冲作用外，它们还能提高总线的驱动能力。
8个三态缓冲单元，分成两组，分别由门控信号为低电平时，数据传送；高电平时，输出高阻态。
单向缓冲器，只能从端。
OE 2.锁存器74LS3731. I/O端口1.数据端口（Data Port）用来存放CPU与外设之间交换的数据，长度一般为1-2个字节，主要起缓冲作用。
2.状态端口（Status Port）用来指示外设的当前状态。
计算机原理 第六章输入输出系统
1
2
3
为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
微机原理与接口技术_第6章 IO接口
三、I/O端口编址 （续） 2.I/O独立编址(续)
缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指 令类型少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两 组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。
三、I/O端口编址 （续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序 控制完成。 程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送） 特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设 空闲。 要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。 应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送） 输入接口的设计要求:
寻 址 确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入 等待数据输入 输入缓冲器 读入数据 输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能 （续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1） 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的 不协调问题； 输出时： CPU DB 锁存器 输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑 来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称 为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构 （续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口
这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件； 对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门； 对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）
《输入输出接口》课件
01 传输速率
衡量数据传输速度的重要指标，决定设备的数据处 理效率。
02 数据稳定性和可靠性
保证数据传输过程中数据稳定性和可靠性，避免数 据丢失或损坏。
03 兼容性和扩展性
设备与不同设备之间的兼容性，以及接口的扩展性， 是影响设备互通性的重要因素。
总结
输入输出接口在计算机系统中扮演着至关重要的角色，其技 术原理涉及物理连接、通信协议、数据处理和性能指标等多 个方面。只有深入了解和掌握输入输出接口的技术原理，才 能更好地应用于实际生产和工作中。
未来输入输出接口的趋势
个性化定制接 口
根据不同用户需求 定制接口功能
多功能集成接 口
整合多种接口功能， 提升设备性能
01 技术标准的统一和整合
不同设备间的兼容性与统一标准问题
02 硬件与软件协同发展
接口硬件与软件的协同设计与优化
03
创新技术的应用推 不动断探索新技术，推动输入输
出接口的创新与发展
输入输出接口的分类
并行接口
同时传输多个数据 位
通用接口
具有多种功能
串ห้องสมุดไป่ตู้接口
逐位传输数据
● 02
第2章 输入输出接口的技术 原理
输入输出接口的 物理连接
输入输出接口的物理连接包括插口、插槽等连接方式。这 些连接方式在设备之间传输数据起着至关重要的作用，而 接口标准及接口规范则规定了各种设备之间通信的准则和 规范。
输入输出接口的通信协议
数据传输方式
串行传输
通信协议
USB
通信协议
RS232
数据传输方式
并行传输
数据缓冲与缓存
数据缓冲用于临时存储数据， 以平衡不同速度设备之间的数 据传输。缓存则用来提高数据 访问速度和性能。
第六章PL的基本原理及组成
第六章PL的基本原理及组成PL（Programmable Logic）是可编程逻辑器件，是一种集成电路芯片，由逐行可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）两种类型组成。
PL的基本原理是通过组合逻辑和时序逻辑的组合，根据用户的需求进行逻辑运算和控制，实现各种数字电路的功能。
PL器件根据所需要的功能和规模的不同，可以灵活地进行编程和配置。
PL的组成主要包括：1. 逻辑单元（Logic Elements）：也称为查找表（Look-up Table），是PL中最基本的组件。
逻辑单元负责实现布尔函数和逻辑运算，每个逻辑单元可以实现多个逻辑门的功能。
2. 管理电路（Routing Circuitry）：用于连接逻辑单元之间的信号线，将不同逻辑单元之间的输入和输出进行连接。
3. 配置存储器（Configuration Memory）：用于存储逻辑单元的配置信息，包括逻辑单元的功能和连接方式。
配置存储器可以进行编程和擦除，以实现不同数字电路的配置。
4. 输入/输出接口（IO Interface）：用于与外部系统进行通信，将外部信号输入到PL中，或将PL中的输出信号输出到外部系统中。
5. 时钟管理电路（Clock Management Circuitry）：用于产生和管理时钟信号，控制逻辑单元的时序运算。
6. 测试和调试电路（Test and Debug Circuitry）：用于进行PL器件的测试和调试操作，对逻辑运算结果进行验证。
PL的工作过程包括配置和工作两个阶段：1. 配置阶段：将用户设计好的逻辑电路的功能和连接方式编写成其中一种配置文件，通过编程器（Programmer）将配置文件写入配置存储器中。
在配置阶段，配置存储器被编程为实现特定的逻辑功能和连接方式。
2.工作阶段：在配置阶段完成后，PL器件进入工作阶段，根据配置存储器中的配置信息，逻辑单元开始进行逻辑运算和控制。
通过输入接口，PL器件接收外部信号，并根据配置存储器中的配置信息进行逻辑运算，输出结果通过输出接口输出到外部系统中。
第六章 人机交互 — 输入接口
1.6 实验结果
单击全速运行按钮（快捷键F5），程序会运行并停留在main()主函数处； 继续全速运行，在PC机上的“串口调试助手”的发送对话框输入数字，如 下图所示，实验板上的LED亮灭状态随着输入数字的不同发生相应的变化。
二、键盘应用
键盘的用途： 用PC机键盘控制计算机；用手机键盘发送短信息；用遥 控器控制家用电器等等。 键盘是最为直接的控制手段，也是最容易被人们接收的 控制方法。应用键盘可以大大提高应用系统的灵活性和可控 制性。
当PC机发来数据，ARM启动UART0的中断服务程序，把接收的数据放到 KeyCode全局变量中。
UART0中断服务程序
程序中读取宿主机发来的数据，然后把接收的数据处理后，发送 给全局变量KeyCode作为按键值，最后退出中断。 程序清单 UART0中断服务程序
/******************************************************************** * 文件名：UART0_IRQ() * 功能：UART0中断服务子程序 * 全局变量：KeyCode ********************************************************************/ void __irq UART0_IRQ(void) { uint8 Data; Data = U0RBR; // 取得宿主机发来的数据 KeyCode = Data - 0x30; // 把数字字符转换成相应的数字 while((U0IIR & 0x04) == 0x04) Data = U0IIR; // 通过读取U0IIR寄存器来清除中断标志 VICVectAddr = 0 ; // 通知中断结束 }
第六章 IO接口和总线
1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输 入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题 速度不匹配（CPU快，外设慢） 信号电平不匹配 （CPU使用TTL电平，外设多为机电设备） 信号格式不匹配 （CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等） 时序不匹配 解决方案： 用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电 路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子 例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D
第六章模拟量输入输出接口
捕捉时间/保持下降率与Ch有关；Ch最好为聚苯/聚 四氟乙烯电容。
微机系统与接口
东南大学 36
生产过程微机控制系统结构
微机系统与接口
东南大学 30
采样／保持器（Sample/Holder)
作用:解决快变模拟信号的AD转换问题 使转换误差小于量化误差（书P395计算）
常用S/H芯片 LF1/2/398, AD582K 主要参数：
工作电压；捕捉时间；输入电阻；输出电阻; 功耗
微机系统与接口
东南大学 31
逐次比较模数转换器ADC
AD574转换时序
微机系统与接口
东南大学 19
读AD574转换结果时序
微机系统与接口
东南大学 20
AD574A应用——接口（也可参考书P400）
微机系统与接口
东南大学 21
AD574A应用——控制信号
控制信号——由地址译码电路产生
使R/C=0，启动A/D转换 ——地址译码输出DR0控制
（转换完）读入高4位 ——地址译码输出DR1控制
Is(off) 漏电流。 在开关断开时,仍有电流通过开关（0.2~2nA）
Iout(off) 开关断开时，输出端的电流。(1~10nA) ton(μs) 选通信号EN达到50％到开关接通的时间延 迟。(0.8μs） ts 选通信号EN达到50％到开关断开时的延迟。
微机系统与接口
东南大学 29
ＭＵＸ主要性能参数（续）
JNZ TEST ；未转换完，再测试
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
第六章IO接口与总线
三种数据传送方式： 程序控制方式：无条件程序控制和程序查询 中断控制方式 直接存储器存取方式，DMA方式
第六章 I/O接口 和 总线
6.1 I/O接口概述ຫໍສະໝຸດ 一、 I/O接口的功能 二、简单的输入输出接口芯片 三、I/O端口及其寻址方式 四、CPU与外设间的数据传送方式
6.2 总线
回顾：
CPU
控 制 器
运算器 寄存器
DB AB
CB
存储器 00000H
~ FFFFFH
I/O接口 0000H
~ FFFFH
I/O外设
接口电路的结构
实现对CPU数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB 地址译码
机 CB 控制逻辑
数据 缓冲器
状态 寄存器
控制 寄存器
数据信息
外 状态信息 设
控制信息
接CPU一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口
实现接口电路中的各寄存器端口的
寻址操作
读/写操作和时序控制
I/O端口
传送这三种信息的接口电路中的寄存器称为数据 端口、状态端口和控制（命令）端口
存储器映像方式 I/O独立编址方式
两种编址方式比较（一）
内 存 空 间
分别是分离 编址？还统
一编址？
I/O 空 间
内
存
I/O
空
空
间
间
（1）存储器映像编址
指I/O端口与存储器共享一个寻址空间，又称为统一编 址。在这种系统中，CPU可以用同样的指令对I/O端口 和存储器单元的进行访问。
第六章“输入输出及接口”习题答案
第六章输入输出及接口〔习题6.2〕I/O端口与存储器地址常有__⎽⎽⎽⎽___⎽和__⎽⎽⎽⎽___⎽两种编排方式，8088/8086处理器支持后者，设计有专门的I/O指令。
其中指令IN是将数据从__⎽⎽⎽⎽___⎽传输到__⎽⎽⎽⎽___⎽，执行该指令时8088/8086处理器引脚产生__⎽⎽⎽⎽___⎽总线周期。
指令“OUT DX, AL”的目的操作数是__⎽⎽⎽⎽___⎽寻址方式，源操作数是__⎽⎽⎽⎽___⎽寻址方式。
〔解答〕（I/O端口与存储器地址）统一编址（I/O端口与存储器地址）独立编址外设处理器I/O读（I/O端口的DX）寄存器间接寄存器〔习题6.4〕基于教程P142图6-7接口电路，编程使发光二极管循环发光。
具体要求是：单独按下开关K0，发光二极管以L0、L1、L2、……L7顺序依次点亮，每个维持200ms，并不断重复，直到有其他按键操作；单独按下开关K1，发光二极管以L7、L6、L5、……L0顺序依次点亮，每个也维持200ms，并不断重复，直到有其他按键操作；其他开关组合均不发光，单独按下开关K7，则退出控制程序。
延时200ms可以直接调用子程序DELAY实现。
〔解答〕again: mov dx,6000hmov al,0ffhout dx,al ;全不亮again1: in al,dxcmp al,7fh ;D7~D0＝0111111B ？jz done ;单独按下K7，退出cmp al,0feh ;D7~D0＝11111110B ？jz next1 ;单独按下K0，转移到next1cmp al,0fdh ;D7~D0＝11111101B ？jz next2 ;单独按下K1，转移到next2jmp again ;其它情况不点亮next1: mov cx,8mov al,1 ;从K0开始next11: out dx,al ;某个LED电亮call delay ;延时200msshl al,1 ;rol al,1loop next11jmp again1next2: mov cx,8mov al,80h ;从K7开始next21: out dx,al ;某个LED电亮call delay ;延时200msshr al,1 ;ror al,1loop next21jmp again1done: mov al,0ffhout dx,al ;全不亮〔习题6.5〕有一个查询输入接口电路类似图6-9，但其数据端口为8F40H、状态端口为8F42H。
汇编语言第六章
三．中断向量表
3. 设置或取出中断向量指令 (1) 设置中断向量指令 功能：把由AL指定的中断类型的中断向量DS：DX放入中
断向量表中。
（AH）= 25H
（AL）= 中断类型号
DS：DX = 中断向量 INT 21H
三．中断向量表
(2) 取出中断向量指令
功能：把AL中指定的中断类型的中断向量从中断
一、 WIN32编程基础
（2） 循环控制伪指令
格式：.WHILE 条件表达式 循环体 .ENDW 格式：.REPEAT 循环体 .UNTIL 条件表达式 格式：.CONTINUE 功能：终止本次循环， 开始下一次循环 格式：.BREAK 功能：退出当前循环
功能：实现循环结构
一、 WIN32编程基础
内中断的处理特点： ①中断类型号一般在指令中； ② 不受中断允许标志位IF的影响。
二、 中断源
2. 外中断 由外设控制器、协处理器等CPU以外的事件引起的中断， 称为外中断。 外中断的处理特点： ① 中断类型号由8259A提供，或由自制电路来提供；
② 受中断允许标志位IF的影响（IF=1，响应中断）。
个字节。
三．中断向量表
如：INT 4AH
中断向量地址 = 4AH*4 = 128H
DEBUG执行后， 用D命令查看： ―D0：0↙ … 执行INT 4AH时： IP=1805H CS=F000H IP F000： 1805 中断处理
0:128H
0:129H
05 18
0:12AH
0:12BH
00
F0 …
外设
二、 外设与主机传送的接口与信息
接口的组成：设备状态寄存器、设备控制寄存 器、数据寄存器。 I/O端口的地址空间：允许设置64K个8位端口 或32K个16位端口。 如：40H～43H时钟/定时器，60H～63H为 8255通讯芯片的接口。
微机原理6
接口技术
2
接口技术
1．外设的特点 ． （1）外设品种多 ） （2）外设的工作速度慢且分布范围广 ） （3）外设的信号类型与信号电平种类多 ） （4）外设传输的信息结构格式复杂 ）
3
接口技术
2．I/O接口的功能 ． 接口的功能 （1）数据缓冲和锁存 ） （2）提供联络信息 ） （3）信号与信息格式的转换 ） （4）设备选择 ） （5）中断管理 ） （6）可编程功能 ） （7）具备时序控制 ）
14
接口技术
4．DMA（直接存储器存取）方式 直接存储器存取） 是外设与内存之间直接进行交换数据 的方式。 的方式。它不需要CPU的干预，也不 的干预， 需要软件介入 ， 而是由专用的硬件 （ DMA 控制器 ） 来完成这种高速的 控制器） 数据传送。 数据传送。
15
6.3 简单的并行I/O接口 简单的并行I/O接口
5
CPU
外 设
4．I/O端口的编址 ． 端口的编址 常用有两种编址方法： 常用有两种编址方法：
接口技术
（ 1）和存储器统一编址方式 ， 也称存储器 ） 和存储器统一编址方式， 映像方式； 映像方式； （2）和存储器分开，单独编址，也称 ）和存储器分开，单独编址，也称I/O 映像方式。 映像方式。
6
4
接口技术
3．I/O接口的基本结构 ． 接口的基本结构
I/O接口有两个接口面， 一个I/O接口可能包含多个I/O I/O接口有两个接口面，一个I/O接口可能包含多个I/O 接口有两个接口面 I/O接口可能包含多个 端口，每个每个I/O端口需要一个地址。 输入输出 AB DB CB 数据寄存器 控制寄存器 状态寄存器 I/O接口的基本结构 接口的基本结构
《输入输出接口》课件
DVI接口
DVI（数字视频接口）是一种用 于传输数字视频信号的接口， 常用于连接显示器和计算显 卡。
VGA接口
VGA（视频图形阵列）是一种 用于传输模拟视频信号的接口 ，常用于连接显示器和计算机 显卡。
其他接口介绍
还有许多其他类型的输入输出 接口，如音频接口、网口、雷 电接口等。
总结
课件总结了输入输出接口的重要性、各种接口的特点以及如何选择合适的接 口来满足不同的需求。
《输入输出接口》PPT课 件
输入输出接口是计算机系统与外部设备之间传输数据的通道。本课件将介绍 输入输出接口的作用、分类、具体应用以及常见接口。
简介
输入输出接口是计算机系统与外部设备之间传输数据的通道。课件将详细介 绍输入输出接口的概念、作用以及重要性。
输入接口
输入接口是用于接收来自外部设备输入的数据的接口。课件将介绍输入接口 的概念、分类、以及一些具体的应用。
输出接口
输出接口是用于将计算机内部数据输出至外部设备的接口。课件将介绍输出 接口的概念、分类以及一些常见的使用场景。
常见输入输出接口
USB接口
HDMI接口
USB是一种通用的串行总线接口， 用于连接各类外部设备，如打 印机、键盘和鼠标。
H D M I（高清多媒体接口）是 一种用于传输高质量音频和视 频信号的接口，常用于连接电 视和音响设备。
微机原理第六章 输入输出和中断技术 part 2 (2)
中断处理的一般过程
6.4.3 8088/8086中断系统
8086/8088为每个中断源分配 一个中断类型码（中断向量码），其取值范围为 0~255，实际可处理56种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断，已经开放 给用户使用的中断。所有中断又可分为两大类：内部中断和外部中断。
内部中断
6.4.2 中断处理的一般过程
1. 中断请求 2. 中断源识别及中断判优 3. 中断响应 4. 中断处理（服务） 5. 中断返回
1. 中断请求 ➢ INTR中断请求信号应保持到中断被处理为止 ➢ CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销
2. 中断源识别 ➢ 软件判优：由软件来安排中断源的优先级别。顺序查询中断请求，先查询的
➢ （4）能向存储器或外设发出读/写命令。 ➢ （5）能决定传送的字节数，并判断DMA传送是否结束。 ➢ （6）在DMA过程结束后，能向CPU发出DMA结束信号，将总线控制权交
还给CPU。
2. DMA控制器的工作过程 ➢ （1）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出
“DMA传送请求”信号DRQ ➢ （2）DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD ➢ （3）CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA信号，对HOLD信号进
➢ （2）单步中断——1型中断，标志寄存器中有一位陷阱标志TF。 ➢ （3）断点中断——3型中断，专用于设置断点的指令INT 3，用于程序中设
置断点来调试程序。
➢ （4）溢出中断——4型中断，在算数指令的执行过程发出溢出 ➢ （5）用户自定义的软件中断——n型中断，执行中断指令INT n引起内部中
断。
需要时，CPU回到原来被中断的地方继续执行自己的程序。 优点： ➢ CPU效率高，实时性好 缺点 ➢ 程序编制相对较为复杂
微机原理第6章_3学分
第六章输入/输出方式与接口芯片第一节输入/输出方式第二节中断第三节可编程定时/计数器8254及其应用第四节可编程并行I/O接口芯片8255A及其应用第五节可编程中断控制器8259及其应用第一节输入/输出方式●教学目标介绍I/O 接口的基本概念介绍I/O端口的编址方式介绍CPU与外设间的数据传送关系●学习要求掌握I/O接口的基本功能，了解接口的一般结构熟悉I/O端口的编址方式，了解IN/OUT指令的执行过程掌握微机与外设的各种传送方式，了解DMA传送过程一、I/O接口1）I/O接口的基本概念I/O接口是连接CPU与外设的逻辑控制部件，它主要在CPU与外设间起着传输状态与命令信息，实现数据的缓冲、数据格式转换等作用。
它的主要功能有：选择外设对外设进行控制和监视进行数据寄存和缓冲进行数据格式转换进行信号电平转换I/O接口的分类并行I/O接口和串行I/O接口可编程接口和不可编程接口专用接口和通用接口2）I/O接口的基本结构主要包含有数据端口、状态端口和控制端口数据端口用于存放数据信息，包括数据输入寄存器和数据输出寄存器，主要作用是协调CPU和外设之间的数据传输速度。
控制端口用于存放控制信息，控制信息是CPU通过接口传送给外设的，其主要作用是控制外设工作，如控制输入输出装置的启/停等。
状态端口用于存放状态信息，即反映外设当前工作的状态信息，CPU可通过读取这些信息，了解外设当前的工作情况。
3）I/O端口的寻址方式在一个微机系统中既有存储单元地址又有I/O端口地址，根据两者地址的不同安排可分为以下两种寻址方式。
存储器统一编址在这种方式中，把I/O端口作为存储器的一个单元来对待，即每个端口占用一个存储单元地址。
此时，对I/O端口操作可以使用全部的存储器指令，而不必另设专门的I/O指令。
由于该方式是将I/O地址映射到了存储器地址空间，所以也称为存储器映像方式。
I/O端口独立编址在这种方式下，I/O端口与存储器各自独立编址，这样存储器地址和I/O端口地址可以重叠。
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输入/输出指令
❖ IN输入指令
❖ 直接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），PORT ❖操作： （AL字节或AX字）（PORT）
例 取端口61H的内容. IN AL，61H ；取数据 MOV BL，AL ；放入BL中
16
❖ 间接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），DX ❖操作： （AL字节或AX字）（（DX））
❖ I/O端口地址是绝对地址，并不分段。 ❖ I/O指令都不影响标志位。
20
表6-5 PC/XT机系统板配置的端口地址
地址范围 000H~01FH 020H~03FH 040H~05FH 060H~07FH 0A0H~0BFH 080H~09FH
I/O接口名称 DMA控制器 中断控制器 定时器8253/8254 并行接口芯片8255 NMI屏蔽寄存器 DMA页面寄存器
18
❖ 间接端口寻址方式
❖格式： OUT DX，AL（或AX） ❖操作： （（DX）） （AL字节或AX字）
例 将寄存器BL的数据放入异步串行接口（COM1） 的端口3F8H中. MOV DX，3F8H ；取地址 MOV AL，BL ；取数据 OUT DX，AL ；放入BL中
19
I/O指令的使用规则
0D000H~ 0D0FFH
网络接口控制器（NIC）
计算机的端口地址
22
AEN
A3 A4 A5 A6 A7 A9
A8
74LS04
74LS30
CS
O J10 O O J12 O
图 6-5 可选式译码电路
23
J10通 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
1011111000
~
1011111 111
❖ 缺点是：外设占用了内存单元，使内存容量减少。
13
端口寻址的输入输出方式
❖ 外设端口所在空间与存储器空间各自独立。 ❖ 特点：
❖ CPU有专门的I/O指令，用地址来区分不同的外设； ❖ 一个外设往往有多个端口； ❖ 在硬件上，必须用控制线来区分是寻址内存还是外
设。
14
❖ 3. 8086的端口访问 8086/8088采用IN和OUT指令访问端口。
21
地址范围
I/O接口名称
0000H~000FH
DMA控制器
0020H~0021H 0040H~0043H
可编程中断控制器（Programmer
Interrupt Controller) 系统定时器（System Timer )
03F8H~03FFH 0778H~077BH
串行接口1（COM1） 并行接口1（LPT1）
地址为：2F8H-2FFH
24
计算机的输入输出是通过I/O接口来实现的。 ❖ 为什么需要I/O接口？
❖ 各种外设的操作方法不同，由CPU统一控制 不切合实际。
❖ 外设的数据传输速率比存储器和CPU慢，使 得高速总线不能直接与外设相连。
❖ 外设所使用的数据格式、时序等不一致。
3
I/O模块
外部设备
4
I/O模块的一般结构
系统接口
数据线
备 控
外设
←———→ 制
控制联络 器
←———→
6
❖ I/O接口的基本功能
❖ (1)实现主机和外围设备之间的数据传送控制.
其中包括同步控制,设备选择和中断控制等.DMA还具有 直接访问存储器功能,并给出存储器地址.
❖ (2)实现主机同外围设备之间的数据缓冲.
在数据传送过程中,先将数据送入数据缓冲寄存器,然后 再送到目的设备(输出)或主机(输入).
例 取异步串行接口（COM1）的端口3F8H的内容. MOV DX，3F8H ；取地址 IN AL，DX ；取数据 MOV BL，AL ；放入BL中
17
❖ OUT输出指令
❖ 直接端口寻址方式
❖格式： OUT PORT，AL（或AX） ❖操作： （PORT） （AL字节或AX字）
例 将寄存器BL的数据放入端口61H中. MOV AL，BL ；取数据 MOV 61H，AL ；放入61H中
❖ ⑵按照数据传送的控制方式可分成程序控制输入输 出接口、程序中断输入输出接口和直接存储器存取 (DMA)接口等。
8
❖ 2. I/O设备的编址方式
❖ I/O设备的编址
❖为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择, 必须给众多的I/O设备进行编址,也就是给 每一台设备规定一些地址码。
9
❖有两种寻址方法Biblioteka ❖ I/O端口与CPU之间的数据通信都是通过这两个指 令实现的。
❖ I/O端口使用16位二进制编址，端口地址从0000H 到FFFFH。
❖ 前256个端口（0000H-00FFH）可以使用直接端口 寻址和间接端口寻址两种方式；当端口号大于255 时（ 0100H-FFFFH）必须使用间接端口寻址方式。
数据寄存器 状态/控制寄存器
地址线 控制线
I/O 逻辑
外设接口
外部设备 界面接口
…...
外部设备 界面接口
数据 状态 控制
数据 状态 控制
5
接口与主机、外设间的连接
主机
系统接口 地址信息 —————→
数据(并) ←————→
控制联络信息 ←————→
接口
外设识别
数据/命令/状态
控制电路
设备接口
设
数据(并/串)
微机接口技术
第六章 输入/输出接口
一个简单的微机系统需要CPU、存储器、 基本的输入／输出系统以及将它们连接在一 起的各种信号线和接口电路。
外部设备通过接口电路和系统总线相联， 接口电路的作用是把计算机输出的信息变成 外设能够识别的信息，把外设输入的信息转 化成计算机所能接受的信息。
2
❖ 1. I/O接口的基本概念
10
输入输出设备 硬盘控制器 软盘控制器 单色显示器/并行打印机 彩色图形显示器 异步通信控制器
占用地址数 地址码(16进制)
16
320~32FH
8
3F0~3F7H
16
3B0~3BFH
16
3D0~3DFH
8
3F8~3FFH
11
FFFFFH
内存空间
供 I/O 接 口使用
FFFFFH
内存空间 1M
I/O 空间 FFFFH
❖ (3)接受主机的命令,提供设备接口的状态,按照主机 的命令控制设备.
❖ (4)设置信号电平、信息转换与提供地址译码电路.
7
❖ I/O接口类型
❖ ⑴按照数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口.
❖ 并行接口中,设备和接口是将一个字节(或字)的所有位同 时传送.
❖ 串行接口中,设备和接口间的数据是一位一位串行传送的, 而接口和主机之间是按字节或字并行传送. 接口要完成数 据格式的串—并变换.
⑴专设I/O指令.
例指令IN完成输入,指令OUT完成输出操作.其地址码 指出I/O设备的设备代码. 这是I/O空间独立于存储器空间 的情况,即设备码的编码和存储器的存储单元的编码是平 行存在的.
⑵利用访问存储器指令完成I/O功能.
使用这种方法时,从主存的地址空间中分出一部分地 址码作为I/O的设备代码,当访问到这些地址时,表示被访 的不是主存储器,而是I/O设备寄存器(例如,设备的数据缓 冲器或设备的状态寄存器). 这时I/O空间和存储器空间是 合在一起的,即I/O设备和存储单元是统一编址的.
00000H
00000H
0000H
（a）存储器映射方式示意图
（b）I/O 映射方式示意图
图6-4 I/O 映射方式和存储器映射方式的示意图
12
存储器对应输入输出方式
❖ 把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待， 故每个外设端口占有存储器的一个地址。
❖ 其优点是：
❖ CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令； ❖ 不需要专门的输出输出指令及控制信号。