微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,本章重點：1）簡單I/O電路2）中斷控制接口芯片8259功能及應(yīng)用3）計數(shù)計時接口芯片8253功能及應(yīng)用4）并行接口芯片8255A功能及應(yīng)用5）以上三個芯片的實驗,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.1概述5.1.1I/O信號的形式（1）開關(guān)量開關(guān)量可表示兩個狀態(tài)，如開關(guān)的斷開和閉合，機器的運轉(zhuǎn)與停止，閥門的打開與關(guān)閉等。這些開關(guān)量通常要經(jīng)過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換才能與計算機連接。開關(guān)量只要用一位二進制數(shù)即可表示。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,（2）數(shù)字量數(shù)字量是計算機可以直接發(fā)送、接收和處理的數(shù)據(jù)。例如，由鍵盤、顯示器、打印機及磁盤等I/O外設(shè)與CPU交換的信息，它們是以二進制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)符。（3）脈沖量這一類信號的穩(wěn)定狀態(tài)雖然也只有0、1兩種，但更被關(guān)注的是其兩個穩(wěn)態(tài)之間的變化，例如由“0”變到“1”，稱為信號發(fā)生正跳變（或信號的上升沿）。在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換或數(shù)據(jù)選通過程中，往往是其他信號都準備好以后，用某個脈沖量的跳變來最后確定動作的時間；有些場合也用脈沖量進行計數(shù)。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,（4）模擬量當計算機應(yīng)用于控制系統(tǒng)中時，輸入的信息一般為來自現(xiàn)場的連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、流量、位移、濕度等，這些物理量通過傳感器并經(jīng)放大處理得到模擬電壓或電流，這些模擬量必須先經(jīng)過模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)后才能輸入計算機。反過來，計算機輸出的控制信號都是數(shù)字量，也必須先經(jīng)過數(shù)字量向模擬量的轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換)，把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量才能去控制現(xiàn)場。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.1.2I/O接口接口是連接計算機和I/O設(shè)備的部件，首先是指接口電路，廣義的接口還包括接口電路的管理驅(qū)動程序。1.I/O接口的功能(1)信號的形式變換(2)電平轉(zhuǎn)換和放大(3)鎖存和緩沖(4)I/O定向(5)并行和串行I/O的轉(zhuǎn)換,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2.I/O的內(nèi)容分類主機與I/O設(shè)備之間交換的信息可分為數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息三類。(1)數(shù)據(jù)信息I/O的內(nèi)容是以數(shù)字信號形式表示的數(shù)值或字符，稱為數(shù)據(jù)信息。例如測量的數(shù)據(jù)結(jié)果，文本文件的內(nèi)容等在傳送過程中都屬于數(shù)據(jù)信息。通常情況下，數(shù)據(jù)信息是I/O的主要內(nèi)容。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,(2)狀態(tài)信息狀態(tài)信息作為CPU與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)時的聯(lián)絡(luò)信息，反映了當前外設(shè)所處的工作狀態(tài)，是外設(shè)通過接口送往CPU的。CPU通過對外設(shè)狀態(tài)信號的讀取，可得知輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)是否準備好、輸出設(shè)備是否空閑等情況。對于輸入設(shè)備，一般用準備好(READY)信號的高低來表明待輸入的數(shù)據(jù)是否準備就緒；對于輸出設(shè)備，則用忙(BUSY)信號的高低表示輸出設(shè)備是否處于空閑狀態(tài)，如為空閑狀態(tài)，則可接收CPU輸出的信息，否則CPU要暫停送數(shù)。因此，狀態(tài)信息能夠保障CPU與外設(shè)正確地進行數(shù)據(jù)交換。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,(3)控制信息控制信息是CPU通過接口傳送給外設(shè)的，CPU通過發(fā)送控制信息設(shè)置外設(shè)(包括接口)的工作模式、控制外設(shè)的工作。如外設(shè)的啟動信號和停止信號就是常見的控制信息。實際上，控制信息往往隨著外設(shè)的具體工作原理不同而含義不同。雖然數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息含義各不相同，但在微型計算機系統(tǒng)中，CPU通過接口和外設(shè)交換信息時，只能用輸入指令(IN)和輸出指令(OUT)傳送數(shù)據(jù)，所以狀態(tài)信息、控制信息也是被作為數(shù)據(jù)信息來傳送的，即把狀態(tài)信息作為一種輸入數(shù)據(jù)，而把控制信息作為一種輸出數(shù)據(jù)，這樣，狀態(tài)信息和控制信息也通過數(shù)據(jù)總線來傳送。但在接口中，這三種信息是在不同的寄存器中分別存放的。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,3.I/O接口的構(gòu)成I/O接口的基本結(jié)構(gòu)如圖5.1所示。每個接口電路中都包含一組寄存器，CPU與外設(shè)進行信息交換時，各類信息在接口中存入不同的寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口，簡稱為口(Port)。用來保存CPU和外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)(如數(shù)字、字符及某種特定的編碼等)、對輸入/輸出數(shù)據(jù)起緩沖作用的數(shù)據(jù)寄存器稱為數(shù)據(jù)端口；用來存放外設(shè)或者接口部件本身狀態(tài)的狀態(tài)寄存器稱為狀態(tài)端口；用來存放CPU發(fā)給外設(shè)的控制命令的控制寄存器稱為控制端口。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,圖5.1一個典型的I/O接口,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.1.3I/O編址正如每個存儲單元都有一個物理地址一樣，每個端口也有一個地址與之相對應(yīng)，該地址稱為端口地址。有了端口地址，CPU對外設(shè)的輸入/輸出操作實際上就是對I/O接口中各端口的讀/寫操作。數(shù)據(jù)端口可以是單向的也可是雙向的。數(shù)據(jù)是輸入還是輸出，由外設(shè)性質(zhì)決定，對該端口地址進行輸入/輸出操作時，CPU要向接口電路的讀/寫控制信號。由于狀態(tài)端口只做輸入操作，控制端口只做輸出操作，因此，有時為了節(jié)省系統(tǒng)地址空間，在設(shè)計接口時往往將這兩個端口共用一個端口地址，再用讀/寫信號來分別選擇訪問。應(yīng)該指出，輸入/輸出操作所用到的地址總是對端口而言，而不是對接口而言的。接口和端口是兩個不同的概念，若干個端口加上相應(yīng)的控制電路才構(gòu)成接口。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,微型計算機系統(tǒng)中I/O端口編址方式有兩種：存儲器映像編址和I/O端口單獨編址。1存儲器映像編址這種編址方式是對I/O端口和存儲單元按照存儲單元的編址方法統(tǒng)一編排地址號，由I/O端口地址和存儲單元地址共同構(gòu)成一個統(tǒng)一的地址空間。例如，對于一個有16根地址線的微機系統(tǒng)，若采用統(tǒng)一編址方式，其地址空間的結(jié)構(gòu)如下圖所示。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,采用統(tǒng)一編址方式后系統(tǒng)的特點：1）CPU對I/O端口的輸入/輸出操作如同對存儲單元的讀/寫操作一樣，所有訪問內(nèi)存的指令同樣都可用于訪問I/O端口。2）簡化和控制器和指令系統(tǒng)的設(shè)計，無需專門的I/O指令，給使用者提供了很大的方便。3）由于I/O端口占用了一部分存儲器地址空間，因而相對減少了內(nèi)存的地址可用范圍。MCS-51單片機就是采用存儲器映像編址，因此沒有專用的I/O指令，地址線16條，存儲器與I/O端口地址共64K。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2I/O端口單獨編址在這I/O端口單獨編址方式中，系統(tǒng)建立了兩個地址空間，一個為內(nèi)存地址空間，一個為I/O地址空間。內(nèi)存地址空間和I/O地址空間是相對獨立的，通過控制總線來確定CPU到底要訪問內(nèi)存還是I/O端口。為確?？刂瓶偩€發(fā)出正確的信號，除了要有訪問內(nèi)存的指令之外，系統(tǒng)還要提供用于CPU與I/O端口之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮斎?輸出指令。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,80 x86CPU組成的微機系統(tǒng)都采用獨立編址方式。在8086/8088系統(tǒng)中，共有20根地址線對內(nèi)存尋址，內(nèi)存的地址范圍是00000HFFFFFH；用地址總線的低16位對I/O端口尋址，所以I/O端口的地址范圍是0000HFFFFH，如下圖所示。CPU在訪問內(nèi)存和外設(shè)時，使用了不同的控制信號來加以區(qū)分。例如，當8086CPU的M/IO信號為1時，表示地址總線上的地址是一個內(nèi)存地址；為0時，則表示地址總線上的地址是一個端口地址。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,I/O端口與內(nèi)存單元獨立編址,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,采用I/O獨立編址后系統(tǒng)的特點：1）采用獨立編址方式后，存儲器地址空間不受I/O端口地址空間的影響。2）專用的輸入/輸出指令與訪問存儲器指令有明顯區(qū)別，便于理解和檢查。3）CPU需設(shè)計專用I/O指令及控制邏輯，增加了系統(tǒng)的復雜性。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.1.4I/O的控制方式1直接傳送方式微機系統(tǒng)中的一些簡單的外設(shè)，如開關(guān)、繼電器、數(shù)碼管、發(fā)光二極管等，在它們工作時，可以認為輸入設(shè)備已隨時準備好向CPU提供數(shù)據(jù)，而輸出設(shè)備也隨時準備好接收CPU送來的數(shù)據(jù)，這樣，在CPU需要同外設(shè)交換信息時，就能夠用IN或OUT指令直接對這些外設(shè)進行輸入/輸出操作。由于在這種方式下CPU對外設(shè)進行輸入/輸出操作時無需考慮外設(shè)的狀態(tài)，故也稱之為無條件傳送方式。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,對于簡單外設(shè)，若采用直接傳送方式，其接口電路也很簡單。如簡單外設(shè)作為輸入設(shè)備時，輸入數(shù)據(jù)保持時間相對于CPU的處理時間要長得多，所以可直接使用三態(tài)緩沖器和數(shù)據(jù)總線相連，如下圖(a)所示。當執(zhí)行輸入的指令時，讀RD信號有效，選擇信號M/IO處于低電平，因而三態(tài)緩沖器被選通，使其中早已準備好的輸入數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，再到達CPU。所以要求CPU在執(zhí)行輸入指令時，外設(shè)的數(shù)據(jù)是準備好的，即數(shù)據(jù)已經(jīng)存入三態(tài)緩沖器中。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,簡單外設(shè)為輸出設(shè)備時，由于外設(shè)取數(shù)的速度比較慢，要求CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時間，因而一般都需要鎖存器，如上圖(b)所示。CPU執(zhí)行輸出指令時，M/IO和WR信號有效，于是，接口中的輸出鎖存器被選中，CPU輸出的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)總線送入輸出鎖存器中，輸出鎖存器保持這個數(shù)據(jù)，直到外設(shè)取走。無條件傳送方式下，程序設(shè)計和接口電路都很簡單，但是為了保證每一次數(shù)據(jù)傳送時外設(shè)都能處于就緒狀態(tài)，傳送不能太頻繁。對少量的數(shù)據(jù)傳送來說，無條件傳送方式是最經(jīng)濟實用的一種傳送方法。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,程序：MOVDX,218HINAL,DX,直接輸入輸出接口舉例1）簡單輸入接口電路IOR=M/IO+RD,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,例：由上圖K4-K1輸入一個BCD碼存入DATA1單元，同時在顯示器上顯示：解：MOVDX，218HINAL，DXANDAL，0FHCMPAL，0AHJCERRMOVDATA1，ALORAL，30HMOVDL，ALMOVAH，02INT21H:ERR:,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2）簡單輸出接口IOW=M/IO+WRMOVDX,219HOUTDX,AL,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,例：從上圖（8位）循環(huán)移位顯示初值01或80和，每顯示一次延時1S。MOVDX，219HMOVAL，01NEXT：OUTDX，ALCALLDELAY；（延時程序中DX，AL不得改變？為什么？如何保證）ROLAL，1；MOVBL，ALMOVDX，280HINAL，DXTESTAL，10000000BJZSTOPMOVDX，219HMOVAL，BLJMPNEXT若沒有以上紅體部分程序，程序永遠循環(huán)下去，如何停止？（K7合上）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2查詢方式查詢傳送也稱為條件傳送，是指在執(zhí)行輸入指令(IN)或輸出指令(OUT)前，要先查詢相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，當輸入設(shè)備處于準備好狀態(tài)，輸出設(shè)備處于空閑狀態(tài)時，CPU才執(zhí)行輸入/輸出指令與外設(shè)交換信息。為此，接口電路中既要有數(shù)據(jù)端口，還要有狀態(tài)端口。查詢傳送方式的流程圖見下圖。從圖中可以看出，采用查詢方式完成一次數(shù)據(jù)傳送要經(jīng)歷如下過程：(1)CPU從狀態(tài)端口讀取狀態(tài)字。用IN指令(2)CPU檢測相應(yīng)的狀態(tài)位是否滿足“就緒”條件。(3)如果不滿足，則重復(1)、(2)步；若外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài)，則從數(shù)據(jù)端口讀數(shù)據(jù)（IN指令）或向數(shù)據(jù)端口寫數(shù)據(jù)（OUT指令）。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢傳送方式的流程圖,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,下圖給出的是采用查詢傳送方式進行輸入操作的接口電路。輸入設(shè)備在數(shù)據(jù)準備好之后向接口發(fā)選通信號，此信號有兩個作用：一方面將外設(shè)中的數(shù)據(jù)送到接口的鎖存器中；另一方面使接口中的一個D觸發(fā)器輸出“1”，從而使三態(tài)緩沖器的READY位置“1”。CPU輸入數(shù)據(jù)前先用輸入指令讀取狀態(tài)字，測試READY位，若READY位為“1”，說明數(shù)據(jù)已準備就緒，再執(zhí)行輸入指令讀入數(shù)據(jù)。由于在讀入數(shù)據(jù)時信號已將狀態(tài)位READY清0，于是可以開始下一個數(shù)據(jù)輸入過程。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢式輸入的接口電路,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,下圖給出的是采用查詢傳送方式進行輸出操作的接口電路。CPU輸出數(shù)據(jù)時，先用輸入指令讀取接口中的狀態(tài)字，測試BUSY位，若BUSY位為0，表明外設(shè)空閑，此時CPU才執(zhí)行輸出指令，否則CPU必須等待。執(zhí)行輸出指令時由端口選擇信號、M/IO信號和寫信號共同產(chǎn)生的選通信號將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入接口中的數(shù)據(jù)鎖存器，同時將D觸發(fā)器置1。D觸發(fā)器的輸出信號一方面為外設(shè)提供一個聯(lián)絡(luò)信號，通知外設(shè)將鎖存器鎖存的數(shù)據(jù)取走；另一方面使狀態(tài)寄存器的BUSY位置1，告訴CPU當前外設(shè)處于忙狀態(tài)，從而阻止CPU輸出新的數(shù)據(jù)。輸出設(shè)備從接口中取走數(shù)據(jù)后，會送一個回答信號ACK，該信號使接口中的D觸發(fā)器置0，從而使狀態(tài)寄存器中的BUSY位清0，以便開始下一個數(shù)據(jù)輸出過程。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢式輸出的接口電路,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢傳送方式的主要優(yōu)點是能保證主機與外設(shè)之間協(xié)調(diào)同步地工作，且硬件線路比較簡單，程序也容易實現(xiàn)。但是，在這種方式下，CPU花費了很多時間查詢外設(shè)是否準備就緒，在這些時間里CPU不能進行其他的操作；此外，在實時控制系統(tǒng)中，若采用查詢傳送方式，由于一個外設(shè)的輸入/輸出操作未處理完畢就不能處理下一個外設(shè)的輸入/輸出，故不能達到實時處理的要求。因此，查詢傳送方式有兩個突出的缺點：浪費CPU時間，實時性差。所以，查詢傳送方式適用于數(shù)據(jù)輸入/輸出不太頻繁且外設(shè)較少、對實時性要求不高的情況。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢輸入輸出舉例1）查詢輸入,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,例：從上圖電路輸入10個數(shù)據(jù)DATASEGMENTDATA1DB10DUP（？）DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：MOVAX，DATAMOVDS，AXLEASIDATA1MOVCX，10,NEXT1：MOVDX，380HTSTATE：INAL，DXTESTAL，00001000BJZTSTATEINCDXINAL，DXMOVSI，ALINCSILOOPNEXT1CODEENDSENDSTART,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2）查詢輸出,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,例：從上圖電路連續(xù)輸出3個數(shù)據(jù)。DATASEGMENTDATA1DB30H，31H，32HDATAENDSCODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：MOVAX，DATAMOVDS，AXLEASIDATA1MOVCX，3,NEXT1：MOVDX，381HTSTATE：INAL，DXTESTAL，00010000BJNZTSTATEDECDXMOVAL，SIOUTDX，ALMOVSI，ALINCSILOOPNEXT1CODEENDSENDSTART,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,查詢方式雖然能夠準確傳送數(shù)據(jù)，但它效率太低，需要占用CPU的時間來查詢。（CPU主動，I/O被動）3.中斷方式中斷傳送方式是指當外設(shè)需要與CPU進行信息交換時，由外設(shè)向CPU發(fā)出請求信號，使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，CPU再繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,中斷傳送方式的特點是：1）CPU不必查詢等待，工作效率高2）實時性好3）適合于少量的數(shù)據(jù)傳送。4.DMA方式對于大批量數(shù)據(jù)的輸入/輸出，可采用高速的直接存儲器存取方式，即DMA方式。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.2系統(tǒng)總線及接口5.2.1總線概述總線是用來連接各部件的一組通信線，用于部件之間的連接。為在各部件之間實現(xiàn)信息共享和交換，總線由傳送信息的物理介質(zhì)以及一套管理信息傳輸?shù)膮f(xié)議(標準）所構(gòu)成。總線結(jié)構(gòu)有兩個優(yōu)點：1)各部件可通過總線交換信息，相互之間不必直接連線，減少了傳輸線的根數(shù)，從而提高了微機的可靠性；2)擴展微機功能時，只需把要擴展的部件接到總線上即可，使功能擴展十分方便。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,CPU讀存儲器總線周期（指令:如：MOVAX，SI）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,CPU寫存儲器總線周期（指令如：MOVSI，AX）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,CPU讀（輸入）I/O讀總線周期（指令如：INAL，DX）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,CPU寫（輸出）I/O總線周期（OUTDX，AL；8位）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.2.3總線信號與接口的連接1.數(shù)據(jù)信號的連接2.控制信號的連接系統(tǒng)總線中對接口最重要的控制信號有3個：IOR輸入輸出讀信號，低電平有效。IOW輸入輸出寫信號，低電平有效。對于兼有輸入輸出功能的雙向端口，IOR/IOW應(yīng)都能選中，這兩個控制信號是“或”的關(guān)系。AEN是DMAC驅(qū)動的總線信號，高電平有效。AEN=1，表示地址總線上出現(xiàn)的是一個DMA地址；CPU執(zhí)行I/O指令讀寫I/O端口時，AEN=0。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,3.地址信號的連接80 x66CPU用A15-A0管理I/O空間，一般使用I/O尋址A9-A0PC/XT的I/O分配表5.1IBMPC/XT系統(tǒng)中I/O地址的分配及譯碼。IBMPC/XT系統(tǒng)板上有不少接口芯片，其中包括DMA控制器8237A-5，中斷控制器8259A，并行接口8255A-5，計數(shù)器/定時器8253-5。這些接口芯片都是在相應(yīng)的片選信號有效時才能工作。圖5.10就是IBMPC/XT系統(tǒng)中產(chǎn)生片選信號的電路。,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,IBMPC/XT系統(tǒng)中，各接口芯片的對應(yīng)端口地址如下表所示：,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,5.3.1中斷的基本概念1中斷的定義在CPU執(zhí)行程序的過程中，出現(xiàn)了某種緊急或異常的事件(中斷請求)，CPU需暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去處理該事件(執(zhí)行中斷服務(wù)程序)，并在處理完畢后返回斷點處繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序，這一過程稱為中斷。（硬中斷）。為實現(xiàn)中斷功能而設(shè)置的硬件電路和與之相應(yīng)的軟件，稱為中斷系統(tǒng)。中斷最初是作為處理器與外部設(shè)備交換信息的一種控制方式提出的。由此，最初的中斷全部是對外部設(shè)備而言的，稱為外部中斷或硬件中斷。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，中斷的范圍也隨之擴大，出現(xiàn)了內(nèi)部軟件中斷的概念，它是為解決機器內(nèi)部運行時出現(xiàn)的異常以及為編程方便而提出的。外部中斷或硬件中斷通常稱為中斷，軟件中斷或異常中斷通常稱為異常(Exception),微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,外部中斷處理圖解：,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,2.中斷的優(yōu)點1)解決CPU快，外設(shè)慢的矛盾，提高整個系統(tǒng)的工作效率。2）實時處理（計時、采集系統(tǒng)）3）故障錯誤處理（掉電，溢出）中斷源任何能夠引發(fā)中斷的事件都稱為中斷源，可分為硬件中斷源和軟件中斷源兩類。I/O設(shè)備(鍵盤、打印機）數(shù)據(jù)通道（磁盤、磁帶）實時時鐘，現(xiàn)場鍵盤（狀態(tài)）故障源調(diào)試程序（斷點）,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,4.中斷系統(tǒng)的功能1）可接收外設(shè)發(fā)來的中斷請求信號2）自動轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序入口（如同CPU產(chǎn)生一條INTn指令），由中斷源提供n，CPU根據(jù)n轉(zhuǎn)向入口。3）暫停主程序，執(zhí)行服務(wù)程序后自動返回（IRET指令）斷點的保護（IP、CS、FLAGS壓棧，與出棧）其他現(xiàn)場的保護與恢復4）能實現(xiàn)中斷優(yōu)先排隊5）高級中斷可中斷低級中斷（中斷嵌套）5.IBMPC/XT機中斷類型PC系列微機最多可以支持256種中斷，它們被分為2種類型：內(nèi)部中斷(軟件中斷)外部中斷(硬中斷),微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,1)內(nèi)部中斷為處理器執(zhí)行某些操作而引起的中斷，包括除法錯誤異常、單步調(diào)試中斷、斷點中斷等(1)INT0被0除中斷(2)單步中斷(3)INTO(INT4)溢出中斷(4)INTn2)外部中斷(1)非屏蔽中斷在CPU的NMI引腳收到寬度2T的正跳變信號則產(chǎn)生非屏蔽中斷,它不受狀態(tài)位IF的影響(相當于執(zhí)行INT2指令)(2)屏蔽中斷在CPU的INTR為高電平且IF=1時,產(chǎn)生正跳變信號則產(chǎn)生屏蔽中斷,否則CPU不響應(yīng)中斷,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,6、中斷過程可屏蔽中斷的響應(yīng)過程：1）I/O接口發(fā)中斷請求信號（由外設(shè)完成）2）當前指令執(zhí)行結(jié)束后且IF=1，CPU中斷響應(yīng)3）I/O接口將中斷類型號（矢量）n通過DB自動送CPU4）FLAGS、CS、IP自動壓棧，（棧頂?shù)淖兓?）清IF、TF允許更高級中斷6）中斷服務(wù)程序入口偏移地址（4*n）送IP，段地址（4*n+2）送CS以上2）6）動作由CPU的自動完成7）轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序,微型計算機原理及接口技術(shù),第5章數(shù)字量輸入輸出,7、中斷服務(wù)程序要做的事情1）用PUSH指令保護必要的現(xiàn)場（寄存器內(nèi)容）2）需要的話，用CLI清IF，關(guān)中斷3）中斷服務(wù)4）用POP指令恢復現(xiàn)場5）用IERT指令中斷返回中斷服務(wù)程序入口地址的形成軟中斷由INTn由n得到；硬中斷由中斷源送出n給CPU得到。8、中斷服務(wù)程序與子程序的區(qū)別軟中斷與子程序的區(qū)別：多壓FLAGS，入口方式不同硬中斷與子程序的區(qū)別：除上以外，斷點的隨機性（不確定）。不由指令產(chǎn)生。,