汇编语言接口技术第七章输入输出系统
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微机原理和汇编语言 第7章 输入输出和中断.ppt
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。
(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。
数据信息
DB
状态信息
CPU
I/O接口
外设
控制信息
图7.2 CPU与外设交换的信息
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。
CPU
I/O 接口
外设
图7.1 主机与外设的连接
7输入输出系统-2
计算机组成原理
7.3.4
I/O端口与编址方式
1. I/O端口 为使CPU能选择设备并进行数据传送，接口中通常 都具有多个可由CPU进行读或写操作的寄存器或电 路，即I/O端口（Port）。 CPU与I/O接口传递信息的类型主要有数据、状态和 控制信号，对应传送它们的端口分别为数据端口 （I/O）、状态端口（I）和控制端口（O）。 I和O 是相对CPU而言的。 2. I/O端口编址方式 为了CPU便于对I／O设备进行寻址和选择，对端口 进行编址，也就是给每台设备规定一些地址码， 称为设备号。
计算机组成原理
（8）如何获取中断服务程序的入口地址
① 非向量中断 将服务程序入口组织在查询程序中；CPU响应时执行查 询程序，查询中断源，转入相应服务程序。 ② 向量中断 将服务程序入口(中断向量)组织在中断向量表中； CPU响应时由硬件直接产生相应向量地址，按地址查 表，取得服务程序入口，转入相应服务程序。 中断向量： 服务程序入口地址、服务程序状态字 中断向量表：存放中断向量的表（一段存储区） 向量地址： 访问向量表的地址 （指向中断向量的首址）
计算机组成原理
2. 工作流程 （1）CPU执行初始化程序，预 置传送参数。 （2）从外设接口读取状态。 （3）CPU查询状态，直到准备 就绪。 （4）传送一次数据。 （5）修改地址和计数参数。 （6）判断结束。
否 未准备就绪
现行程序 CPU向I/O发 读指令 CPU读I/O状态 出错 检查状态
已准备就绪 从I/O接口中读 一个字到CPU 从CPU向主存 写入一个字 完成否 是
计算机组成原理
7.4.2
程序中断方式
中断的基本概念
1.中断 CPU暂时中止当前程序运行，转去处理 随机出现的情况或有意安排的任务，在 处理结束后能自动恢复原程序的执行。 2.中断源 引起中断产生的事件或发生中断请求的来源。 3.实质 程序切换 方法： 保存断点，保护现场； 恢复现场，返回断点。 时间： 一条指令结束时切换。 保证程序的完整性。
7.3.4
I/O端口与编址方式
1. I/O端口 为使CPU能选择设备并进行数据传送，接口中通常 都具有多个可由CPU进行读或写操作的寄存器或电 路，即I/O端口（Port）。 CPU与I/O接口传递信息的类型主要有数据、状态和 控制信号，对应传送它们的端口分别为数据端口 （I/O）、状态端口（I）和控制端口（O）。 I和O 是相对CPU而言的。 2. I/O端口编址方式 为了CPU便于对I／O设备进行寻址和选择，对端口 进行编址，也就是给每台设备规定一些地址码， 称为设备号。
计算机组成原理
（8）如何获取中断服务程序的入口地址
① 非向量中断 将服务程序入口组织在查询程序中；CPU响应时执行查 询程序，查询中断源，转入相应服务程序。 ② 向量中断 将服务程序入口(中断向量)组织在中断向量表中； CPU响应时由硬件直接产生相应向量地址，按地址查 表，取得服务程序入口，转入相应服务程序。 中断向量： 服务程序入口地址、服务程序状态字 中断向量表：存放中断向量的表（一段存储区） 向量地址： 访问向量表的地址 （指向中断向量的首址）
计算机组成原理
2. 工作流程 （1）CPU执行初始化程序，预 置传送参数。 （2）从外设接口读取状态。 （3）CPU查询状态，直到准备 就绪。 （4）传送一次数据。 （5）修改地址和计数参数。 （6）判断结束。
否 未准备就绪
现行程序 CPU向I/O发 读指令 CPU读I/O状态 出错 检查状态
已准备就绪 从I/O接口中读 一个字到CPU 从CPU向主存 写入一个字 完成否 是
计算机组成原理
7.4.2
程序中断方式
中断的基本概念
1.中断 CPU暂时中止当前程序运行，转去处理 随机出现的情况或有意安排的任务，在 处理结束后能自动恢复原程序的执行。 2.中断源 引起中断产生的事件或发生中断请求的来源。 3.实质 程序切换 方法： 保存断点，保护现场； 恢复现场，返回断点。 时间： 一条指令结束时切换。 保证程序的完整性。
第7章控制系统接口技术输入输出通道ppt课件全
2. DAC1210芯片及接口电路（续）
DAC1210与计算机总线的连接如图7.17所示，由于片内有两级缓冲锁
存器，直接与计算机总线连接。高8位数据输入线DI4～DI11连接数据总线的 D0～D7；低4位数据输入线DI0～DI3连接数据总线的D4～D7。电流型输出接
运放A1，输出负极性电压，经运算放大器A2进行反相，输出正极性电压。
PC 总
接
采样
保持器 多
V/I变换器
通道1
D/A
路
开
线
口
关
采样
保持器
V/I变换器
通道 n
图7.13 共享D/A结构
7.2.2 D/A转换器及其接口 模/数(A/D)和数模(D/A)转换技术是数字测量和 数字控制领域的分支。D/A转换器输入的是数字量， 经转换后输出的是量化的模拟量。有关D/A转换器的 技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性 度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类（ 二进制或BCD码）等。
(MSB)
DI7
13 D Q
DI6
14
DI5 DI4
15 16
8位
DI3 DI2
4 5
输入
DI1 DI0
6 7 寄存器
DQ
(LSB)
ILE 19
1 2 17 18
DQ 8位 DAC 寄存器 DQ
当 当
8
12 8位
11 D/A
VREF IOUT2 IOUT1
寄存器 9
Rfb
3
AGND
Q=D 10 锁存数据
7.3 开关量输入接口技术
在计算机控制系统中，需要处理一些基本 的输入输出信号，即开关量（数字量）信号。 这些信号包括，开关的闭合与断开、继电器或 接触器的吸合与释放、指示灯的亮与灭、阀门 的打开与关闭和电机的启动与停止等。这些信 号都可以用二进制的 “1”和“0”来表示。
输入输出系统概述
1 输入输出系统概述
1 I/O设备的编址及设备控制器的功能 1.什么是接口？ 答：接口是计算机与I/O设备或其他系统之间所设置的逻辑
控制部件，也称I/O控制器。 2.两种I/O设备的编址方式
统一编址方式 独立编址方式
Computer System Organization and Architecture
数据传送配合方式 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。
Computer System Organization and Architecture
7
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输入输出接口的编址方式
1）统一编址方式 (存储器对应I/O方式)
端口统一编址是把每一个端口视为一个存储 器单元，并赋以相应的存储器地址。微处理机 访问端口，如同访问存储器（只是地址不同）， 所有访问存储器指令同样适合于I/O端口。由于 端口地址被映象到存储空间，作为存储空间的 一小部分，因此，也称为“存储器映象编址”。
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Computer System Organization and Architecture
9
2）独立编址方式 (专用I/O方式)
端口独立编址是把所有I/O接口看作一个独立 于存储的I/O空间。在这个I/O空间内，每个 端口都被分配一个地址与之对应。要访问独 立于存储空间的端口，必须用专门的I/O指令 （IN和OUT）。
12
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程序员试题
若某个计算机系统中，内存地址与I/O地址统一编 址，访问内存单元和I/O是靠___B__来区分。
A.数据总线上输出的数据 B.不同的地址代码 C.内存与I/O使用不同的地址总线 D.不同的指令
1 I/O设备的编址及设备控制器的功能 1.什么是接口？ 答：接口是计算机与I/O设备或其他系统之间所设置的逻辑
控制部件，也称I/O控制器。 2.两种I/O设备的编址方式
统一编址方式 独立编址方式
Computer System Organization and Architecture
数据传送配合方式 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。
Computer System Organization and Architecture
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输入输出接口的编址方式
1）统一编址方式 (存储器对应I/O方式)
端口统一编址是把每一个端口视为一个存储 器单元，并赋以相应的存储器地址。微处理机 访问端口，如同访问存储器（只是地址不同）， 所有访问存储器指令同样适合于I/O端口。由于 端口地址被映象到存储空间，作为存储空间的 一小部分，因此，也称为“存储器映象编址”。
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Computer System Organization and Architecture
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2）独立编址方式 (专用I/O方式)
端口独立编址是把所有I/O接口看作一个独立 于存储的I/O空间。在这个I/O空间内，每个 端口都被分配一个地址与之对应。要访问独 立于存储空间的端口，必须用专门的I/O指令 （IN和OUT）。
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程序员试题
若某个计算机系统中，内存地址与I/O地址统一编 址，访问内存单元和I/O是靠___B__来区分。
A.数据总线上输出的数据 B.不同的地址代码 C.内存与I/O使用不同的地址总线 D.不同的指令
微机原理、汇编语言与接口技术 第七章 习题答案 人民邮电出版社(周杰英 张萍 郭雪梅 著)
第7章输入/输出接口习题与参考答案这一章的习题与参考答案分为两大部分，一部分是输入输出概述及DMA控制器的习题与参考答案；另一部分是中断及中断控制器部分的习题与参考答案。
一、输入输出概述及DMA控制器的习题与参考答案1、请说明为什么输入接口的数据缓冲寄存器必须有三态输出功能而输出接口却不需要的原因。
解：输入接口的数据缓冲寄存器的输出端是直接接在数据总线上的，如果数据寄存器没有三态输出功能，则无论数据寄存器被寻址选中或未被选中，其数据都会被送上数据总线，若此时总线上真正要传送的数据与该输入缓存器的内容不一致时，就会发生总线冲突。
所以，输入接口的数据缓冲器必须有三态输出功能，以便当接口未被寻址选中时，其输出端处于高阻态，从而与总线隔离。
对于输出接口来说，是输入端与数据总线相连，而输出端是与外设相连，因此其输出不影响总线状态；另外，一个外设一般只与一个输出数据缓存器相连，因此输出接口的数据缓存器无须有三态输出功能。
2、8086/8088CPU中哪些寄存器可以用于I/O寻址？若I/O端口地址分别是10H和100H，分别写出向这两个端口写入73H的程序段。
解：8086/8088CPU内可以用于I/O寻址的寄存器为AL、AX和DX。
向端口10H写入73H的程序段为： MOV AL，73HOUT 10H，AL向端口10H写入73H的程序段为： MOV AL，73HMOV DX，100HOUT DX，AL3、图为7段显示器接口，显示器采用共阳极接法，试编写程序段，使AL中的一位十六进制数显示于显示器上。
输出锁存器地址为40H。
解：TABLE DB 3FH，06H，5BH，4FHDB 66H，6DH，7DH，07HDB 7FH，67H，77H，7CH，DB 39H，5EH，79H，71HLEA BX，TABLEXLATOUT 40H，AL4、PC/XT机有哪些输入输出方式？各自的特点如何？DMA控制器应具备哪些功能？解：无条件方式：需要外设处于就绪状态，硬件简单；查询方式：CPU需要不断地查询外设是否就绪，浪费CPU时间，硬件较简单；中断方式：外设准备好后，向CPU发中断请求，请求CPU完成数据传输，外设与CPU并行；硬件又比前两者复杂。
微机原理与接口技术_ 第7章 微型计算机汇编语言及汇编程序
2.常用的系统功能调用：
（1）键盘输入单字符
这是1号系统功能调用，使用格式如下所示： MOV AH,1 INT 21H 它没有入口参数，执行1号系统功能调用时，系统等待键盘输入，待程序员按 下任何一键，系统先检查是否Ctrl-Break键，如果是则退出，否则将键入字 符的ASCII码置入AL寄存器中，并在屏幕上显示该字符。
9号系统功能调用的使用格式如下所示：
…… BUF DB ′good bye ＄′ …… MOV DX，OFFSET BUF MOV AH，9 INT 21H …… 执行9号系统功能调用时，将内存缓冲区BUF中存放的字 符串(以‚＄‛字符为结束)送屏幕显示输出(或送打印 机打印输出)。
2.常用的系统功能调用： （5）无回显键盘输入单字符
汇编运算符的优先级：
见表7.2(见书第160页)所示。
7.2 伪指令
1.符号定义伪指令（赋值语句）：
（1）<名字> EQU <表达式> （2）<名字> = <表达式> 该语句把表达式的值赋给符号名，在同一程序中，用EQU语句 赋值的符号名不能被重新赋值，但被‚=”赋值的符号名可以 被重新赋值。
7.2 伪指令
(5) 10字节定义伪指令 ［名字］DT〈表达式或数据项表〉
3.段定义伪指令
存储器在逻辑上是分段的，各段的定义由伪指令实现。 格式：〈段名〉SEGMENT［定位方式］［连接方式］［‘类别 名’］ … 〈段名〉ENDS 段定义伪指令为程序的汇编和连接说明了段名、分段的各种属性 以及分段的开始和结束。段名是自定义符，开始的段名与结束的 段名必须相同。段的长度不超过64KB。SEGMENT后面的参数是可 选项。
6.模块开始伪指令
汇编第07章输入输出程序设计
.3 中断概述 一、基本概念
1、 中断 在CPU执行程序的过程中 ，由于出现了某个事件 ， CPU暂停当前程序，而转去执行处理该事件的程序，处理 完后，返回被暂停的程序处继续执行，这个过程称为中断。 2、中断源 引起中断的事件称作中断源
存储器
HLDA 发存储器地址
传送数据
修改地址指针
传送结束？
DMA结束
传送方式的比较
• 无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步 • 查询传送： 简单实用，效率较低 • 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作， 但每次传送需要大量额外时间开销 • DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储 器进行数据传送，适合大量、快速数据传送
第六章 输入/输出及中断系统
6.1 I/O接口概述
• 为什么需要I/O接口（电路）？ – 微机的外部设备多种多样 – 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面 彼此差别很大 – 它们不能与CPU直接相连 – 必须经过中间电路再与系统相连 – 这部分电路被称为I/O接口电路
• 什么是I/O接口（电路）？
3、中断传送方式
• CPU在执行程序 中，被内部或外 部的事件所打断， 转去执行一段预 先安排好的中断 服务程序； • 服务结束后，又 返回原来的断点， 继续执行原来的 程序
主程序
中断服务程序 入口
提 为 供 外 服 设 务
中断请求 程序 断点
继 续 执 行
返回断点
中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的
I/O端口单独编址
• 优点：
– I/O端口的地址空间独立 – 控制和地址译码电路相对 简单 – 专门的I/O指令使程序清晰 易读
微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路
编程并行接口芯片8255A
二、 8255的内部结构
编程并行接口芯片8255A
三、8255的引脚功能
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
8251可编程通信接口
二、8251的结构和引脚特性
数据总线缓冲器
状态 缓冲器
发送数据/命 令缓冲器
接收数 据缓冲 器
RESET CLK C/D RD WR CS DTR DSR RTS CTS
读/写 控制电 路
发送器 P S
TxD
发送 控制 接收 控制 接收器 S P
TxRDY TxE TxC RxRDY SYN DET RxC RxD
输入/输出接口概述
五、 I/O接口的分类 通用接口 专用接口 串行接口 并行接口
编程并行接口芯片8255A
一、 8255A的主要特性
有3个8位并行数据I/O口PA、PB和PC口及1个8位控 制口CWR。 可编程设置方式0、方式1、方式2三种不同的工作方 式，用于无条件传送、查询传送和中断传送。 有两个控制字决定8255A的工作方式，通过编制初始 化程序，使用OUT指令从控制寄存器端口写入。有 一个状态字可供查询，使用IN指令从C端口读出。 提供兼容的TTL电平接口，原则上适用于需并行输入 输出的I/O设备。
汇编语言7-输入输出与中断
第7章
当CPU执行输入指令时，指令译码使
IO/M 为高电平、读信号RD有效，同时 地址译码也有效，此时输入缓冲器被选 中，使外设数据进入数据总线，供CPU 读取。 如果此刻数据没有准备好，则操作就会 出错。
第7章
当CPU执行输出指令时，IO/M＝1、WR
命令有效，同时地址译码也有效，此时 输出锁存器被选中，CPU送出的数据经 数据总线打入锁存器，供外设读取。
第7章
6.中断优先级和中断嵌套
中断优先级 ：多个中断源同时请求中 断时，中断响应的先后次序。
中断嵌套 ：中断服务程序执行过程中， 可以响应较高优先级中断请求，进 入较高级中断的中断服务程序，该 中断处理结束后，继续较低级别的 中断处理，称为中断嵌套 。
第7章
7.2.2 中断处理程序的设计
•
使用中断方式进行输入/输出时，用户需要编制两个程序模 块 ：“主程序” 和“中断服务程序”
输入指令IN
将外设数据传送给CPU内的AL/AX
IN AL,i8 ；字节输入：AL←I/O端口（i8直接寻址）
IN AL,DX ；字节输入：AL←I/O端口（DX间接寻址）
IN AX,i8 ；字输入：AX←I/O端口（i8直接寻址） IN AX,DX ；字输入：AX←I/O端口（DX间接寻址）
第7章
CS IP
断点中断 非屏蔽中断 单步中断
IP
CS IP CS IP C S
专用的中断 （共5个）
类型2 类型1 类型0
除数为 0 中断
IP
第7章
5.中断处理过程 中断发生时，计算机中断机构自动完成如下操作 ： （1）取中断类型号N （2）标志寄存器（FLAGS）内容入栈 （3）当前代码段寄存器（CS）内容入栈 （4）当前指令计数器（IP）内容入栈 （5）禁止外部中断和单步中断（TF=0，IF=0） （6）从中断向量表中取地址4×N的2字节内容 送IP，取地址4×N+2的2字节内容送CS （7）进入中断处理程序。
输入输出系统PPT课件
能够应用于端口 的指令较少
00000H
FFFFFH 0000H
2021/3/7
FFFFH
CHENLI
内存 地址
I/O 地址
13
端口的独立编址
MEMR、MEMW
8 0
A19-A0
存储器
8
6 总
IOR、IOW 、BHE
线
输入/输出
A15-A0
2021/3/7
CHENLI
14Байду номын сангаас
8086的I/O端口编址
2021/3/7
CHENLI
15
三、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址
参加译码的信号：
IOR，IOW，A15 ～ A0
OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
2021/3/7
CHENLI
16
I/O地址的译码
当接口只有一个端口时，16位地址信号 一般应全部参与译码，译码输出直接选择 该端口；当接口具有多个端口时，则16 位地址线的高位参与译码（决定接口的基 地址），而低位则用于确定要访问哪一个 端口。
路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。
2021/3/7
CHENLI
6
I/O接口要解决的问题
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
2021/3/7
2021/3/7
CHENLI
3
一、输入输出系统
将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统
输入输出接口 输入输出设备 输入输出软件
00000H
FFFFFH 0000H
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FFFFH
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内存 地址
I/O 地址
13
端口的独立编址
MEMR、MEMW
8 0
A19-A0
存储器
8
6 总
IOR、IOW 、BHE
线
输入/输出
A15-A0
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14Байду номын сангаас
8086的I/O端口编址
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三、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址
参加译码的信号：
IOR，IOW，A15 ～ A0
OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
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I/O地址的译码
当接口只有一个端口时，16位地址信号 一般应全部参与译码，译码输出直接选择 该端口；当接口具有多个端口时，则16 位地址线的高位参与译码（决定接口的基 地址），而低位则用于确定要访问哪一个 端口。
路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。
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I/O接口要解决的问题
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
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一、输入输出系统
将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统
输入输出接口 输入输出设备 输入输出软件
微机原理与接口技术第7章输入输出系统课件
进制数，而串行通信是在一根通信线上传送一位二进制数，所以，在其 他因素都相同的条件下，并行通信的速度远高于串行通信。
⑶ 在通信成本方面，由于集成电路的快速发展，使接口芯片的成本很低， 通信系统的硬件成本主要是通信线路，因此，并行通信系统的硬件成本 远高于串行通信。
⑷ 在抗干扰方面，由于串行通信多用于远距离通信，信息在传送过程中， 会受到各种因素的干扰，例如，电磁场干扰，在雷雨天来自雷电的干扰 等，所以串行通信需要有比并行通信更多地抗干扰措施。
图7-8 同步方式通信的字符格式
同步通信要求进行信息传输的双方必须使用同一个时钟进行协调，正是这个时 钟确定了同步串行传输过程中每1位的起止位置。因此，采用同步方式在传输 数据的同时，还必须传输时钟信号。 异步通信不需要同步字符，也不需要发送的数据流是连续的，两个字符之间的 间隔是任意的，可以准备好一个数据就发送一个，所以，每个字符的前后都要 有一些数位来作为分隔符，即起始位和停止位，用以指示每一个字符的开始和 结束。异步通信的字符格式如图7-9所示。
。大多数可编程串行接口可以检测三种错误——奇偶校验错误、信息帧
格式错误和溢出错误。 ⑴ 奇偶校验错误 接收端按照事先约定的方式进行奇偶效验，然后将奇偶效验的期望值与
实际值进行比较，如果两者不一致，便把奇偶状态位置位，供其他设备 查询。 ⑵ 信息帧格式错误 以起始位开头停止位结束的二进制序列称为一帧。当接收器应该接收到 停止位而未接收到停止位时，便发生了信息帧格式错误，于是接收器的 帧状态位置位。产生信息帧格式错误的原因可能是接收器或发送器的问 题、传输线路的干扰以及接收器时钟误差超出允许值等造成的。 ⑶ 溢出错误 在接收数据的过程中，当接收移位寄存器接收到一个正确的字符数据时， 会把串行数据经移位后并行装入接收数据寄存器，并要求CPU及时读取该 数据，如果CPU未能及时读取数据，下一个数据就无法进入接收数据寄存 器，而占用接收移位寄存器，当再下一个数据进入接收移位寄存器时， 就会把原接收移位寄存器中的数据冲掉，这就发生了溢出错误，溢出错 误常被称为覆盖错误。
第七章输入与输出接口技术PPT课件
第一节 接口技术的基本概念
一、接口的概念与功能
连接系统总线与外部设备的逻辑部件（或称电路）。
▪
各类设备都是通过接口电路接到系统总线上。
▪ 分类：数字接口与模拟接口 串行接口与并行接口
高速与低速接口
▪ 接口应具备的功能：
1.数据的锁存和缓冲功能 2.地址设置功能
3.信号转换功能 4.对外设的控制和监测功能
A
Y0BBiblioteka Y1CY2Y3
G2A Y4
G2B Y5
G1
Y6
Y7
340H 341H 342H 343H 344H 345H 346H 347H
表5-3 3-8译码器 74LS138 真值表
G1 G2A G2B C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
10 10 10 10 10 10 10 10
第七章 输入与输出接口技术
第四节 可编程并行输入输出接口芯片8255A 一、8255A的结构 二、 8255A的引脚 三、8255A的控制字与状态字 四、 8255A的工作方式与操作时序 五、学习接口电路的要点
第五节 可编程定时/计数器芯片8253 一、8253的结构及引脚 二、8253的控制字与状态字 三、 8253的工作方式与操作时序 四、8253 的应用举例
5.中断或DMA 6. 管理功能可编程功能
微机接口系统示意图
系统总线
二、CPU 与I/O设备之间的接口信息
1. 数据信息：计算机中的数据大致分为三种基本类型。 a. 数字量：由键盘、扫描仪等输入的信息，或者 CPU送到显示器、打印机的信息。 b. 模拟量：工业现场的温度、压力、等各种信息。 c. 开关量：开关的开与关，阀门的开与关等，只有 两个状态的量。
第九章输入输出系统
1.I/O接口连接的是I/O设备与总线2.I/O接口包含两个部分：总线接口，内部接口。
总线接口包含：数据缓冲寄存器（DBR），设备状态寄存器（DSR），设备命令寄存器（DCR），地址译码器、数据格式转换逻辑3.I/O接口的编址I/O端口是独立编址时外设的I/O地址4.数据传输的控制方式：●程序控制方式（直接输入输出/程序查询方式）●程序中断控制方式●直接存储器访问方式（DMA方式）5.程序查询分为独占式查询查询和定时轮询6.中断控制下的数据传输缺点是一次中断只传输少量数据，不适合成组传输7.屏蔽码的设置对应位为1设置屏蔽，为0取消屏蔽8.单级中断与多级中断执行流程的差异其中，中断周期（中断隐指令）又叫中断响应，CPU不能执行其它任务9.关中断，硬件/软件均可实现，中断响应阶段的是硬件实现的10.开中断是执行指令实现的，软件实现11.保存断点：将PC和PSW压入堆栈。
内部异常是当前指令地址，外部异常是下一条指令地址。
12.中断识别：向量中断。
每一个中断源有唯一一个中断编号与之对应，称为中断号。
以中断号为索引，去查找表（中断向量表）里找到终端服务程序入口地址。
查出来的就是中断向量（中断服务程序入口地址，程序状态字），然后载入程序计数器PC和条件状态寄存器中。
13.单级中断服务程序的过程：保护现场，中断服务程序，恢复现场，开中断，中断返回14.多级中断服务程序的过程：保护现场，开中断，中断服务程序，关中断，恢复现场和屏蔽字，发送中断结束命令，开中断，中断返回15.外部设备中断的时机是一条指令结束之后，故外部中断保存的断点是下一条指令的地址。
16.解决DMA和CPU内存争用的问题：停止CPU访问内存●交替使用●周期挪用17.DMAC的工作流程⏹准备阶段，初始化DMA和启动设备，CPU参与⏹数据传输阶段，实现设备与内存的交互，CPU不参与⏹DMA结束阶段，CPU执行中断服务程序，CPU参与18.例题19.。
汇编语言接口技术第七章输入输出系统(1).
查询输出的程序段如下：
SCAN：IN AL，状态口地址 ；取状态信息
TEST AL，01H ；
JNZ SCAN
MOV AL， OUT 数据口地址，AL
； 忙，
；空闲，输出数据
查询方式的数据传送过程可概括如下： （1）CPU从状态端口读取状态字。
（ 2 ） CPU 判断状态位是否“准备就绪”，如果 没准备好，就返回上一步，继续读取状态字。 （3）如果准备好，则执行数据传送操作。
IR 0 IR 1 IR 2 IR 3 IR 4 IR 5 IR 6 IR 7
中 断 屏 蔽 寄 存 器 (IMR)
8259A的内部结构框图
其内部各组成模块有如下功能：
1) 中断请求寄存器IRR
8259A有8条外部中断请求输入信号线 IR0-IR7，每 一条请求线上有一个相应的触发器来保存请求信号， 当第 i个 IR 端有中断请求时， IRR中的相应位置“ 1”； 当中断请求响应时， IRR中的相应位置“0”。
中断控制的输入和输出方式，也称中断传送 方式，即当外设的输入数据准备好或接收数据
的锁存器为空时，主动向CPU发出中断请求，使
CPU中断原来执行的程序(主程序)，转去执行为
外设服务的输入或输出操作，服务完毕，CPU再
继续执行原来的程序。
中断传送过程可概括为以下五步： （1）I/O事件发出中断请求； （2）CPU暂停主程序，实现程序的转移，即 中断响应； （3）保护现场，即保护有关寄存器的内容； （4）执行I/O操作，并实现内存到累加器再 到端口之间的传送； （5）中断返回。
中断传送方式要中断主程序每次都要保护断点保护现场进入中断服务子程序中断服务完毕又要恢复现场恢复断点返回主程序这些操作繁多步骤重复对低速外设和数中断传送方式要中断主程序每次都要保护断点保护现场进入中断服务子程序中断服务完毕又要恢复现场恢复断点返回主程序这些操作繁多步骤重复对低速外设和数3dma控制方式据量不大的io操作这些缺点不明显中断传送不失为一种行之有效的传送方式
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时外设总是处于准备好状态，CPU 无需查询其状态 而只根据程序中的输入／输出指令执行相应操作。 但这种方式必须确信外部设备已准备好的状态才可 使用，否则就会出错，故很少使用。
以下外设可采用无条件传送方式：
开关
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)
继电器
3、I/O接口的基本功能 (为什么要用I/O接口电路)
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
总的来说，I/O接口具有下述三方面功能： （1）速度的匹配 （2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D、
D/A转换，电平转换等。 （3）提供主机和外设间传送数据所必须的状
态和控制信息。
4、I/O接口的基本结构
1) 查询式输入
工作过程：当输入设备准备好数据之后，发出选通信
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
号。它一方面把输入数据锁存到数据锁存器中，另一方 面使状态标志触发器置1。状态标志是一位信号，通过 缓冲器后，接到CPU数据总线的某一位上，假设接至D7 位。CPU先读状态口，查询D7是否为1。若D7=1，表示输 入数据已经准备好，再读数据口，取走输入数据，同时 使状态标志触发器复位。
在数据传送之前，程序首先测试外设的状态， 当状态符合规定的条件(比如 汇编语言接口技术第七章输入输出系统 输入设备的下一 个输入数据准备好了，或输出接口已经将前一 个输出的数据送往输出设备)就进行输入或输 出操作，否则就踏步等待或转入其它程序段。
因此，查询传送方式的接口电路中必须有表征 外设工作状态的触发器或寄存器以供CPU查询。
状态信息 外设
控制信息
7．2 CPU与外设数据的 传输控制方式
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
1、程序控制方式
程序控制传送方式以CPU为中心，数据传送的控制 来自CPU，通过执行预先汇编语编言接口制技术第的七章输输入输入出系统/输出程序实现数据 传输。程序传送方式可分为无条件传送和查询传送方 式。 (1）无条件传送方式 无条件传输方式又称同步传送方式。使用这种方式
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
息。假设忙闲标志接至数据线D0位，当D0=0时 ，表示输出设备空闲，CPU再对数据口执行输出 指令。数据口选中信号一方面把输出数据写入 锁存器，一方面使状态标志触发器置1，通知输 出设备。当输出设备取走当前数据后，向接口 发出确认信号ACK，使状态标志触发器清0，表 示输出设备空闲。
②主机在一个时间段内只能询问一台外设的状态，与其交换 数据；因此各个外设在I/O操作完成后也只能串行等待CPU来 询问，进一步降低了系统的效率。
中断控制的输入和输出方式，也称中断传送 方式，即当外设的汇输编语言接入口技术数第七章据输入输准出系统备好或接收数据 的锁存器为空时，主动向CPU发出中断请求，使 CPU中断原来执行的程序(主程序)，转去执行为 外设服务的输入或输出操作，服务完毕，CPU再 继续执行原来的程序。
没准备好，就返回上一步，继续读取状态字。 （3）如果准备好，则执行数据传送操作。
2、中断控制的输入/输出方式
查询传送虽然简单可靠，但效率低下。
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
①主机要花费大量时间查询外设状态，等待外设上一次的输 入／输出过程完成。即主机和外设在外设工作的绝大部分时 间内只能串行工作，而外设I/O 操作速度比主机慢得多，使 得CPU利用率和系统效率大大降低。
第7章 输入输出系统
7.1 输入输出系统概述 汇编语言接口技术第七章输入输出系统 7.2 CPU与外设数据的传输控制方式 7.3 中断控制器8259A
7.1 概述
1、引言
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
I/O接口的概念（什么是I/O接口？）
把外围设备同微型计算机连接起来的电路 称为外设接口电路，简称外设接口。
查询输出的程序段如下：
SCAN：IN AL，状态口地址 ；取状态信息
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
TEST AL，01H
；
JNZ SCAN
； 忙，
MOV AL，
OUT 数据口地址，AL
；空闲，输出数据
查询方式的数据传送过程可概括如下： 汇编语言接口技术第七章输入输出系统
（1）CPU从状态端口读取状态字。 （2）CPU判断状态位是否“准备就绪”，如果
2、主机（CPU）和I/O设备之间传送的信息格式
(1)数据信息 数字量（计算机可以直接接收和处理的数据）、模拟量、开 关量等，可以输入，也汇可编语言以接口输技术第出七章。输入输出系统 (2)状态信息 状态信息是CPU与外设之间交换数据时的联络信息。CPU通过 读取外设状态信号，可知外设的工作状态。 例如：对于输入设备的“Ready”；对于输出设备的“Busy” 特点：①CPU外设接口 ②可读（不可写） (3)控制信息 控制信息是设置I/O外设(包括I/O接口)的工作模式、 命令 字的有关信息。 如“启动”、“停止”信息。 特点：①CPU外设接口 ②可写（不可读）
步进电机
优点：软件及接口硬件简单
缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄
（2）查询方式
查询传送即条件传送，CPU与接口之间有一个 应答过程，所以又称异步传送。 汇编语言接口技术第七章输入输出系统
大多数外设数据传送、处理的速度较慢，跟不 上CPU的高速运转，为使传送可靠，程序需要 了解外设的动态情况后才决定是否进行数据传 送。
由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。通常， 每个接口电路包含一组寄存器：数据输入寄存器、数 据输出寄存器、状汇编态语言寄接口技存术第器七章输、入输出控系统制寄存器等。
通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口 有一个端口地址。
DB
AB CPU
CB
数据口 状态口 控制口
数据
相关程序如下：
RPLI: IN AL，PSTATUS ;读入状态 汇编语言接口术第七章输入输出系统
TEST AL，80H
;查状态
JZ RPLI ;未准备好,踏步检查
IN AL，PDATAI
;准备好输入数据
┆
2）查询式输出
输出过程：当前输出设备空闲时，状态标志触 发器清0。CPU在输出数据之前，先读取状态信
以下外设可采用无条件传送方式：
开关
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)
继电器
3、I/O接口的基本功能 (为什么要用I/O接口电路)
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
总的来说，I/O接口具有下述三方面功能： （1）速度的匹配 （2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D、
D/A转换，电平转换等。 （3）提供主机和外设间传送数据所必须的状
态和控制信息。
4、I/O接口的基本结构
1) 查询式输入
工作过程：当输入设备准备好数据之后，发出选通信
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
号。它一方面把输入数据锁存到数据锁存器中，另一方 面使状态标志触发器置1。状态标志是一位信号，通过 缓冲器后，接到CPU数据总线的某一位上，假设接至D7 位。CPU先读状态口，查询D7是否为1。若D7=1，表示输 入数据已经准备好，再读数据口，取走输入数据，同时 使状态标志触发器复位。
在数据传送之前，程序首先测试外设的状态， 当状态符合规定的条件(比如 汇编语言接口技术第七章输入输出系统 输入设备的下一 个输入数据准备好了，或输出接口已经将前一 个输出的数据送往输出设备)就进行输入或输 出操作，否则就踏步等待或转入其它程序段。
因此，查询传送方式的接口电路中必须有表征 外设工作状态的触发器或寄存器以供CPU查询。
状态信息 外设
控制信息
7．2 CPU与外设数据的 传输控制方式
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
1、程序控制方式
程序控制传送方式以CPU为中心，数据传送的控制 来自CPU，通过执行预先汇编语编言接口制技术第的七章输输入输入出系统/输出程序实现数据 传输。程序传送方式可分为无条件传送和查询传送方 式。 (1）无条件传送方式 无条件传输方式又称同步传送方式。使用这种方式
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
息。假设忙闲标志接至数据线D0位，当D0=0时 ，表示输出设备空闲，CPU再对数据口执行输出 指令。数据口选中信号一方面把输出数据写入 锁存器，一方面使状态标志触发器置1，通知输 出设备。当输出设备取走当前数据后，向接口 发出确认信号ACK，使状态标志触发器清0，表 示输出设备空闲。
②主机在一个时间段内只能询问一台外设的状态，与其交换 数据；因此各个外设在I/O操作完成后也只能串行等待CPU来 询问，进一步降低了系统的效率。
中断控制的输入和输出方式，也称中断传送 方式，即当外设的汇输编语言接入口技术数第七章据输入输准出系统备好或接收数据 的锁存器为空时，主动向CPU发出中断请求，使 CPU中断原来执行的程序(主程序)，转去执行为 外设服务的输入或输出操作，服务完毕，CPU再 继续执行原来的程序。
没准备好，就返回上一步，继续读取状态字。 （3）如果准备好，则执行数据传送操作。
2、中断控制的输入/输出方式
查询传送虽然简单可靠，但效率低下。
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
①主机要花费大量时间查询外设状态，等待外设上一次的输 入／输出过程完成。即主机和外设在外设工作的绝大部分时 间内只能串行工作，而外设I/O 操作速度比主机慢得多，使 得CPU利用率和系统效率大大降低。
第7章 输入输出系统
7.1 输入输出系统概述 汇编语言接口技术第七章输入输出系统 7.2 CPU与外设数据的传输控制方式 7.3 中断控制器8259A
7.1 概述
1、引言
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
I/O接口的概念（什么是I/O接口？）
把外围设备同微型计算机连接起来的电路 称为外设接口电路，简称外设接口。
查询输出的程序段如下：
SCAN：IN AL，状态口地址 ；取状态信息
汇编语言接口技术第七章输入输出系统
TEST AL，01H
；
JNZ SCAN
； 忙，
MOV AL，
OUT 数据口地址，AL
；空闲，输出数据
查询方式的数据传送过程可概括如下： 汇编语言接口技术第七章输入输出系统
（1）CPU从状态端口读取状态字。 （2）CPU判断状态位是否“准备就绪”，如果
2、主机（CPU）和I/O设备之间传送的信息格式
(1)数据信息 数字量（计算机可以直接接收和处理的数据）、模拟量、开 关量等，可以输入，也汇可编语言以接口输技术第出七章。输入输出系统 (2)状态信息 状态信息是CPU与外设之间交换数据时的联络信息。CPU通过 读取外设状态信号，可知外设的工作状态。 例如：对于输入设备的“Ready”；对于输出设备的“Busy” 特点：①CPU外设接口 ②可读（不可写） (3)控制信息 控制信息是设置I/O外设(包括I/O接口)的工作模式、 命令 字的有关信息。 如“启动”、“停止”信息。 特点：①CPU外设接口 ②可写（不可读）
步进电机
优点：软件及接口硬件简单
缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄
（2）查询方式
查询传送即条件传送，CPU与接口之间有一个 应答过程，所以又称异步传送。 汇编语言接口技术第七章输入输出系统
大多数外设数据传送、处理的速度较慢，跟不 上CPU的高速运转，为使传送可靠，程序需要 了解外设的动态情况后才决定是否进行数据传 送。
由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。通常， 每个接口电路包含一组寄存器：数据输入寄存器、数 据输出寄存器、状汇编态语言寄接口技存术第器七章输、入输出控系统制寄存器等。
通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口 有一个端口地址。
DB
AB CPU
CB
数据口 状态口 控制口
数据
相关程序如下：
RPLI: IN AL，PSTATUS ;读入状态 汇编语言接口术第七章输入输出系统
TEST AL，80H
;查状态
JZ RPLI ;未准备好,踏步检查
IN AL，PDATAI
;准备好输入数据
┆
2）查询式输出
输出过程：当前输出设备空闲时，状态标志触 发器清0。CPU在输出数据之前，先读取状态信