主講人：劉艷醫(yī)學儀器教研室第6章

輸入/輸出接口及中斷技術第6章輸入/輸出接口及中斷技術6.1輸入/輸出接口概述6.2CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送方式6.3中斷技術6.4可編程中斷控制器8259A6.1輸入/輸出接口概述1.接口的必要性2.接口的功能3.信息種類4.I/O編址方式

能夠完成輸入/輸出操作的設備就叫輸入/輸出設備，簡稱外設或I/O設備。什么是I/O設備？什么是I/O接口？I/O接口是把CPU與外設連接起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的中間控制電路。CPU接口電路

I/O設備I/O接口與I/O設備的關系不同的I/O設備對應的I/O接口不同；I/O接口受CPU控制，I/O設備受I/O接口控制；微機應用離不開外設接口設計、選用和連接。(1）微機的外部設備多種多樣；(2）CPU在與I/O設備進行數(shù)據(jù)交換時存在速度不匹配、時序不匹配、信息格式不匹配、信息類型不匹配；(3）它們不能與CPU直接相連，必須經(jīng)過中間電路再與微機系統(tǒng)相連。1.I/O接口的必要性多種多樣的外設工作原理不同機械、電子、機電、電磁……傳送信息類型多樣數(shù)字量、模擬量、開關量傳送速度差別極大傳送方式不盡相同串行、并行編碼方式不同二進制、BCD碼、ASCII碼……返回2.I/O接口的主要功能

為了實現(xiàn)CPU與外設之間的高效、可靠的信息交換，微機接口應具有以下功能：（1）數(shù)據(jù)緩沖功能為了解決高速CPU與低速外設間的速度匹配問題。（2）設備選擇功能CPU在同一時刻只能與一個外設交換信息，而如何在眾多的外設中找到需要操作的外設？這就需要通過接口中的地址譯碼電路對外設進行尋址。I/O接口的主要功能（3）信號轉換功能（4）提供信息交換的握手信號

由于外設的功能，用途不同，因此各外設所提供的數(shù)據(jù)，狀態(tài)和控制信號的電平往往與微機的總線電平不兼容，因此接口電路對信號的轉換是不可避免的。

為了使CPU能與外設間聯(lián)絡，必須在接口電路中提供“空”“滿”，“準備好”，“忙”等狀態(tài)信號，以便CPU可以了解是否能發(fā)送數(shù)據(jù)到外設或從外設讀取數(shù)據(jù)。I/O接口的主要功能（5）中斷管理功能（6）可編程功能

在一些外設需要及時得到CPU響應的情況下，通過在接口芯片中設置中斷控制器，為CPU提供中斷事務。這樣既增加了微機系統(tǒng)對外設隨機事件的處理能力，又使CPU可以與外設并行工作，提高了CPU的利用率。

即工作方式的可選擇性。通過向外設的接口芯片中寫入不同的命令，選擇外設工作于不同的方式之下，增加了接口的靈活性和可擴充性I/O接口的主要功能：（5）中斷管理功能（6）可編程功能（3）信號轉換功能（4）提供信息交換的握手信號（1）數(shù)據(jù)緩沖功能（2）設備選擇功能3.I/O接口信息種類(1)數(shù)據(jù)信息：送入CPU進行加工處理的信息或輸出到外設的運算結果。數(shù)字量（從鍵盤讀入的信息，打印機輸出的信息）模擬量（如溫度、壓力、位移、電流等）開關量（如開關的斷開與閉合）(2)控制信息：是CPU發(fā)出的，用以控制外設的工作方式或外設的啟動和停止。(3)狀態(tài)信息：反映了外設當前所處的工作狀態(tài)，是外設通過接口送給CPU的信號。外設與計算機系統(tǒng)連接的接口模型

數(shù)據(jù)端口提供了外設與計算機系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換的通道，控制端口傳遞CPU發(fā)給外設的控制命令，狀態(tài)端口將外設的工作狀態(tài)反應給CPU。端口（PORT）端口泛指I/O地址，通常對應寄存器。一個接口電路可以具有多個I/O端口，每個端口用來保存和交換不同的信息。數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被稱為數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口和控制端口，用于保存數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息。輸入、輸出端口可以是同一個I/O地址。一定要理解返回4.I/O接口的編址方式（1）存儲器映像方式（統(tǒng)一尋址方式）

把一個I/O端口看作是一個存儲單元，內(nèi)存與外設占用同一個地址空間。優(yōu)點：操作I/O端口與操作存儲器使用相同的指令，從而減少了指令。缺點：對I/O端口操作速度慢，內(nèi)存空間相對減少。（2）I/O映像方式（獨立尋址方式）I/O端口與存儲器在兩個相互獨立的地址空間中。優(yōu)點：訪問I/O速度快，不占用計算機的有效內(nèi)存。缺點：使用專門的I/O指令，增加了指令數(shù)。存儲器映像編址存儲單元I/O端口2201M內(nèi)存單元21664KI/O端口獨立編址方式I/O端口的尋址方式第6章輸入/輸出接口及中斷技術6.1輸入/輸出接口概述6.2CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送方式6.3中斷技術6.4可編程中斷控制器8259A6.2CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送方式1.程序控制方式（1）無條件傳送方式（2）查詢傳送方式3.DMA方式2.中斷控制方式1.程序控制方式通過CPU執(zhí)行程序中的I/O指令來完成傳送。（2）查詢傳送（1）無條件傳送在CPU與慢速變化的設備交換數(shù)據(jù)時，可以認為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時可以進行數(shù)據(jù)傳送，這就是無條件傳送，或稱立即傳送、同步傳送；適合于簡單設備，如LED數(shù)碼管、按鍵或按鈕等；無條件傳送的接口和操作均十分簡單，但前提是：外設必須隨時就緒。(1)無條件傳送方式及其接口無條件傳送：輸入示例無條件傳送：輸入實例74LS244+5V10Kx8G1G2數(shù)據(jù)總線160HRD無條件傳送：輸出示例無條件傳送：輸出實例+5V74LS373300

x8LEOE數(shù)據(jù)總線160HWR(2)查詢傳送方式及其接口CPU需要先了解（查詢）外設的工作狀態(tài)，然后在外設可以交換信息的情況下（就緒）實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出；對多個外設的情況，則CPU按一定順序依次查詢。先查詢的外設將優(yōu)先進行數(shù)據(jù)交換；查詢傳送的特點是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低。查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN⑴查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒⑵傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)6.2CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送方式1.程序控制方式（1）無條件傳送方式（2）查詢傳送方式3.DMA方式2.中斷控制方式2.中斷控制方式

使用查詢方式，CPU必須檢測接口電路的狀態(tài)寄存器，如果設備未準備好，CPU就要不斷地查詢，降低了CPU的運行效率。中斷方式：當外設作好傳送準備后，主動向CPU請求中斷，CPU響應中斷后在中斷處理程序中與外設交換數(shù)據(jù)。若外設未準備好，CPU可以執(zhí)行其它程序，提高了CPU的利用率。斷點主程序中斷服務程序中斷請求對外設進行處理繼續(xù)執(zhí)行返回斷點CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉去執(zhí)行一段預先安排好的中斷服務程序；服務結束后，又返回原來的斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷控制方式6.2CPU與外設間的數(shù)據(jù)傳送方式1.程序控制方式（1）無條件傳送方式（2）查詢傳送方式3.DMA方式2.中斷控制方式DMA：直接存儲器存取DMA方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O的數(shù)據(jù)傳送方式，它可以讓外設接口直接與內(nèi)存進行高速的數(shù)據(jù)傳送，而不必經(jīng)過CPU。這種專門的硬件電路稱為DMA控制器，簡稱DMAC。3.DMA傳送方式

對于高速外設（如磁盤、高速A/D），中斷方式不能滿足數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。DMA傳送方式克服程序控制傳送的不足：外設→CPU→存儲器外設←CPU←存儲器直接存儲器存取DMA：外設→存儲器外設←存儲器CPU釋放總線，由DMA控制器管理。4.傳送方式比較無條件傳送：慢速外設需與CPU保持同步；查詢傳送：簡單實用，效率較低