第五章数字量输入输出

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2、 I/O的内容分类
（1）数据信息：数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。 （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。 （3）控制信息：控制信息用来设置I/O外设(包括I/O接口)的工作模式、
命令字等有关信息。如“启动”，“停止”信息。
3、 I/O接口的构成
（1）端口：构成I/O接口的基本单元。 较低地址端口存放较低字节内容，较高端口存放较高字节的内容 （2）端口的分类： ① 数据端口：单向输入、单向输出、双向 ② 状态端口 ③ 控制端口：输入、输出指令
（1）总线信号
（2）总线周期：CPU执行一条指令的时间称为指令周期。
系统的总线周期分为CPU驱动和DMAC驱动
① CPU驱动的总线周期 存储器读总线周期 存储器写总线周期 I/O读总线周期
② DMAC驱动的总线周期 DMA存储器读周期 DMA存储器写周期
I/O写总线周期
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5.3 中断控制系统
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3、中断控制传送方式 中断控制的输入和输出方式，也成中断传送方式。当外设的输入
数据准备好或接受数据的锁存器空时，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。 4、直接存储器访问方式DMA 5、其他方式：如I/O处理机方式
两种方式优缺点互补；
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5.1.4 I/O的控制方式
1. 无条件传送方式 无条件传送方式是假设输入接口数据已经准备好，或者输出设备是
空闲的，此时CPU无需查询状态，直接用IN和OUT指令完成与接口之 间的数据传送。
2. 查询传送方式 利用查询方式输入数据之前，CPU要查询输入数据是否准备好；利
用查询方式输出数据之前，CPU要查询输出设备是否空闲。只有确认外 设已经具备了传送条件后，才能用IN和OUT指令完成数据传送。
方式有： 软件查询：首先读取中断源状态并查询检测，然后根据状态检测情
况作相应的中断处理。 硬件查询1：通过串行顺序链电路端口读取引起中断的最高优先级
中断源的编码，然后根据该编码（计算出入口地址）转入相应的处 理程序。 硬件查询2：中断相应信号-INTA触发从串行顺序链电路中获取终 端类信号。根据类型号转入相应的处理程序（硬件查询2类似矢量 中断）
5.3.1 中断的基本概念
1、中断及返回
所谓“中断”是指CPU在正常执行程 序
的过程中，由于内部/外部事件或由程序 的预先安排，引起CPU暂时中断当前程序 的运行而转去执行为内部/外部事件或预 先安排的事件服务的子程序，待中断服务
子程序执行完毕后，CPU再返回到暂停处 （断点）继续执行原来的程序，这一过程
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4、中断源：能引起中断的设备或事件称为中断源。 （1） 中断源种类 设备中断（硬中断） 指令中断（软中断） 故障中断（状态中断） 实时时钟中断（定时中断） CPU内部运算产生的某些错误所引起的中断
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（2） 中断源识别通常有两种方法：查询中断和矢量中断。
① 查询中断 查询中断时采用软件或硬件查询技术来确定发出中断请求的中断源。 多个中断源共用一个中断服务入口程序，进入中断服务程序后查询
第5章 数字量输入输出
• 5.1 概述 • 5.2 系统总线及接口 • 5.3 中断控制系统 • 5.4 计数定时接口 • 5.5 并行输入输出接口
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5.1 概述
5.1.1 I/O信号的形式
1、开关量：只有两种稳定的信号，可以用两个最基本的逻辑符号表示 2、数字量：多位0和1按一定规则组合所表示的信号 3、脉冲量：两种稳态之间的变化 正跳变：由0变到1 负跳变：由1变到0 4、模拟量：数值和时间上都能连续变化的信号
称为中断，其示意图如图5-1所示。
现
行
程 序
中 断
服
断点
务 程
序
图 5-1 中断过程示意图
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2、中断系统的功能 （1）发出中断请求信号：原始信号、经过管理后输往CPU的信号 （2）定向中断服务程序 （3）主程序的暂停及返回 ① 断点的保护和返回 ② 现场的保护和返回
3、中断技术的优点 （1）并行操作(CPU与外设) （2）实时处理(测控信号) （3）故障处理(掉电保护等) （4）分时操作(多任务或多用户系统)
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5.1.3 I/O编址
两种I/O编址方式：存储器映象和I/O端口寻址 1、存储器映象编址：从存储器地址中分出一部分给I/O端口使用，每个
I/O端口被看成一个存储器单元，用访问存储器的方法访问I/O端口 优点：无须专门的I/O指令和专门的I/O控制信号也能完成I/O； 2、 I/O端口单独编址：使用专门的I/O指令和控制信号进行I/O； 优点：I/O指令和存储器分别编址，各自都有完整的地址空间；
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5.1.2 I/O接口
接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序；
1、 I/O接口的功能
（1）信号的形式变换：非数字信号变换成二进制数字信号； （2）电平转换和放大 （3）锁存及缓冲 （4） I/O定向 （5）并行及串行I/O的转换 并行方式：接口和I/O设备之间以并行方式传送； 串行方式：一位一位地进行传送；
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5.2 系统总线及接口
1、总线的特性
（1）多信号源
5.2.1 总线概述
（2）被分时使用
（3）由主设备控制
2、总线的分级 （1）片内总线 （2）系统Leabharlann Baidu总线：计算机机箱内部，插卡与插卡之间的连接总线； （3）设备级总线：计算机机箱外部，I/O设备和计算机之间的连接总线；
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5.2.2 系统总线标准
1、PC/XT及ISA总线
每个中断源对应一个中断服务入口程序，CPU响应中断时，通过中 断电路获取中断矢量（或中断类型号），根据中断矢量转入该中断源的 中断服务程序。
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② 矢量中断 矢量中断又称向量中断，通常是由中断向量来指示中断服务程序
的入口地址。每个中断源都预先指定一个矢量标志，要求外设在提出中 断请求时提供该中断矢量标志。当CPU响应某个中断源的中断请求时， 控制逻辑就将该中断源的矢量标志送入CPU，CPU根据矢量标志自动指 向相应的中断服务程序的入口地址，转入中断服务程序。