第7章I/O接口與中斷技術(shù)7.1I/O接口7.2中斷的基本原理7.38086/8088的中斷系統(tǒng)7.4可編程中斷控制器8259A7.5IBMPC-XT／AT中的外部中斷邏輯7.1I/O接口7.1.1

I/O接口的重要作用輸入和輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)所處理的信息，包括程序與數(shù)據(jù)均要由輸入設(shè)備提供；而處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)，則要送給輸出設(shè)備。

給計(jì)算機(jī)與外設(shè)間交換信息帶來以下一些問題：1．

速度不匹配2．

信號(hào)電平不匹配3．

信號(hào)格式不匹配4．

時(shí)序不匹配圖7.1I/O接口在系統(tǒng)中的位置

圖7.2微機(jī)系統(tǒng)各種I/O接口示意圖

7.1.2

I/O接口的主要功能數(shù)據(jù)緩沖功能設(shè)備選擇功能信號(hào)轉(zhuǎn)換功能對(duì)外設(shè)的控制和監(jiān)測(cè)功能中斷請(qǐng)求與管理功能可編程功能7.1.3

I/O端口的編址方式與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式（存儲(chǔ)器映射方式）I/O單獨(dú)編址方式（I/O映射方式）

7.1.4

CPU與I/O接口之間傳送信息的方式圖7.3無條件傳送的輸入方式

圖7.4查詢輸入的接口電路和輸入程序流程圖

查詢傳送方式下CPU與外設(shè)工作過程示意圖

中斷傳送方式下CPU與外設(shè)工作過程示意圖

圖7.7DMA傳送原理示意圖

7.1.5

I/O端口的地址分配不同的微機(jī)系統(tǒng)對(duì)I/O端口地址的分配是不同的。8086微機(jī)系統(tǒng)本來可尋址I/O地址空間為64K字節(jié)

。7.1.6

I/O端口地址譯碼I/O端口地址譯碼電路的作用是把地址信號(hào)和控制信號(hào)進(jìn)行邏輯組合，從而產(chǎn)生對(duì)接口芯片的選擇信號(hào)。1.利用門電路進(jìn)行地址譯碼

圖7.8（a）I/O端口譯碼電路示意圖圖7.8（b）I/O端口全譯碼電路示意圖2.利用譯碼器進(jìn)行地址譯碼利用譯碼器芯片（例如74LS138譯碼器）對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，譯碼器芯片有2:4，3:8，4:16等各種規(guī)格。

圖7.9利用譯碼器進(jìn)行譯碼的全譯碼電路

3.利用開關(guān)和比較器進(jìn)行地址譯碼

若用戶要求擴(kuò)展板的口地址能夠適應(yīng)不同的地址分配，利用開關(guān)式地址可選譯碼器。圖7.10是一開關(guān)式可選譯碼電路。

圖7.10開關(guān)式可選擇譯碼電路4.利用GAL芯片進(jìn)行地址譯碼

GAL采用電擦除工藝，門陣列的每個(gè)單元可以反復(fù)改寫。GAL中的邏輯關(guān)系還可加密，以防止外人抄襲電路和非法復(fù)制。

7.2中斷的基本原理所謂中斷，就是當(dāng)CPU正常運(yùn)行程序時(shí)，由于隨機(jī)的事件（包括內(nèi)部事件和外部請(qǐng)求），引起CPU暫時(shí)中止正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請(qǐng)求中斷的外設(shè)（或內(nèi)部事件）的中斷服務(wù)程序，中斷服務(wù)結(jié)束后再返回被中止的程序，這一過程稱為中斷。7.2.1中斷請(qǐng)求

外設(shè)需要CPU服務(wù)時(shí)，首先要發(fā)出中斷請(qǐng)求。發(fā)出中斷請(qǐng)求的外設(shè)就是中斷源。廣義地說，中斷源就是能引起CPU產(chǎn)生程序中斷的隨機(jī)事件。外設(shè)及其接口的中斷請(qǐng)求分為邊沿請(qǐng)求和電平請(qǐng)求。

7.2.2

中斷判優(yōu)1．

軟件判優(yōu)軟件判優(yōu)采用軟件查詢方式，將多個(gè)外設(shè)的中斷請(qǐng)求信號(hào)通過或門相“或”后，送到CPU的INTR端，同時(shí)把幾個(gè)外設(shè)的中斷請(qǐng)求狀態(tài)位組成一個(gè)端口，賦予端口號(hào)。

圖7.11軟件判優(yōu)電路

2.硬件判優(yōu)

（1）并行判優(yōu)網(wǎng)絡(luò)（2）鏈?zhǔn)脚袃?yōu)電路圖7.12矢量?jī)?yōu)先級(jí)控制器原理框圖

圖7.13鏈?zhǔn)脚袃?yōu)

7.2.3中斷響應(yīng)

中斷響應(yīng)就是CPU“中斷”現(xiàn)在正在進(jìn)行的處理任務(wù)，轉(zhuǎn)向中斷請(qǐng)求相對(duì)應(yīng)的處理程序的過程。這相當(dāng)于CPU的使用權(quán)（或稱控制權(quán)）由一種任務(wù)（被中斷的程序）轉(zhuǎn)移到另一任務(wù)（相應(yīng)的中斷處理程序）。7.2.4中斷處理中斷處理就是執(zhí)行中斷服務(wù)程序，以完成中斷源提出的處理要求。這實(shí)際上是軟件編程的問題。與子程序的編寫原則差不多。

7.2.5

中斷返回中斷返回就是CPU控制權(quán)由中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)移到被中斷程序的過程。與一般的“返回主程序”指令類似。

7.38086/8088的中斷系統(tǒng)7.3.18086/8088的中斷源

8086/8088的中斷源分為內(nèi)部終端和外部中斷兩種

圖7.148086的中斷源

7.3.2

8086/8088響應(yīng)中斷的過程8086/8088CPU對(duì)INTR、NMI與軟中斷的響應(yīng)過程是不同的，正如前面所介紹的那樣，INTR是可屏蔽中斷請(qǐng)求，受IF標(biāo)志位的影響，而NMI和軟中斷不受IF的影響。

圖7.158086/8088的中斷處理流程7.3.3

中斷向量表與中斷向量號(hào)中斷向量表又稱中斷服務(wù)程序入口地址表。

各個(gè)中斷處理程序的段地址與偏移量按中斷向量號(hào)順序存入中斷向量表中。

圖7.16中斷操作流程

7.3.4

對(duì)中斷請(qǐng)求INTR的響應(yīng)時(shí)序圖7.178086/8088對(duì)INTR的中斷響應(yīng)周期時(shí)序7.3.5

中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序的功能各不相同，用戶根據(jù)外設(shè)或外設(shè)接口需要來編程，但所有的中斷服務(wù)程序都有相同的結(jié)構(gòu)形式。7.4可編程中斷控制器8259A8259A是一種功能強(qiáng)、使用靈活方便的可編程中斷控制器（PIC）。它可以直接與Intel8085或8086/8088CPU相連而不需要附加其他邏輯電路；它可實(shí)現(xiàn)8級(jí)矢量?jī)?yōu)先中斷，并可擴(kuò)展至64級(jí)矢量?jī)?yōu)先中斷而不需附加邏輯。

7.4.1

8259A基本構(gòu)成與引腳信號(hào)8259A是28腳封裝的NMOS芯片，其管腳和內(nèi)部框圖如圖7.18所示。

圖7.188259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖

圖7.198259A級(jí)聯(lián)的15級(jí)中斷連接

8259A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）中斷請(qǐng)求寄存器（IRR）

（2）在服務(wù)（IS：In-service）寄存器

（3）中斷屏蔽寄存器（IMR）

（4）中斷判優(yōu)電路

7.4.2

8259A的工作原理1．中斷矢量8259A可在中斷響應(yīng)中自動(dòng)提供當(dāng)前響應(yīng)的中斷源的矢量字以便把程序自動(dòng)引導(dǎo)到相應(yīng)的服務(wù)程序。根據(jù)8259A所用的處理器的類型，它有兩種不同的處理方式。即8085方式和8086／8088方式。

圖7.20中斷矢量字格式

由IR2提供的矢量號(hào)72H到中斷處理程序入口地址的引導(dǎo)示例2．觸發(fā)方式為了方便用戶將8259A用于各種中斷源，在8259A中對(duì)中斷請(qǐng)求IR0—IR7提供了兩種可供選擇的中斷觸發(fā)方式，沿觸發(fā)方式和電平觸發(fā)方式。3．中斷優(yōu)先方式及中斷嵌套(1)優(yōu)先方式①固定優(yōu)先②循環(huán)優(yōu)先①8259A的EOI命令②特殊全嵌套方式③特殊屏蔽方式④循環(huán)控制方式(2)中斷嵌套4．中斷狀態(tài)及多級(jí)級(jí)聯(lián)查詢方式CPU可以查詢的8259A中斷狀態(tài)寄存器包括：中斷屏蔽寄存器(1MR：InterruptMaskRegister)。中斷請(qǐng)求寄存器(1RR：InterruptRequestRegister)。在服務(wù)寄存器(1SR：In-ServiceRegister)。IMR的內(nèi)容可以在8259A工作中隨時(shí)讀取，但對(duì)于IRR和ISR的讀取，只有向8259A發(fā)出讀寄存器命令后，才可讀取(詳見編程部分OCW3的說明)。此外，8259A提供了一個(gè)專門的查詢命令。

5．緩沖方式若因系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上的負(fù)載很重，以致于8259AD0~D7的驅(qū)動(dòng)能力不夠而需擴(kuò)大總線的驅(qū)動(dòng)能力，8259A提供了緩沖方式，并提供了外加雙向總線驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸出。

圖7.288259A的級(jí)聯(lián)緩沖方式

7.4.38259A編程方法1．8259A內(nèi)部寄存器的尋址(1)ICW1(2)ICW2(3)ICW3(4)ICW4(1)OCWl(IMR編程)(2)OCW2(3)OCW32．初始化命令寄存器3．操作命令