1、第9章 輸入輸出控制技術(shù),學(xué)習(xí)目標(biāo) 輸入/輸出（簡稱I/O）設(shè)備是計(jì)算機(jī)的主要組成部分。I/O接口是CPU同輸入/輸出設(shè)備之間進(jìn)行信息交換的重要樞紐。 本章首先介紹輸入輸出接口基本概念、CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式。然后，重點(diǎn)討論中斷與計(jì)數(shù)/定時(shí)控制技術(shù)。,第9章 輸入輸出控制技術(shù),學(xué)習(xí)要求 著重理解接口基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 掌握CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)的傳送方式與控制方式。 正確理解中斷源、向量中斷、中斷優(yōu)先權(quán)等基本概念。 重點(diǎn)掌握8086/8088中斷系統(tǒng)及其用戶定義的內(nèi)部中斷處理方法。能正確理解和靈活運(yùn)用中斷向量表。 掌握8259A內(nèi)部8個(gè)部件的功能及其關(guān)系。 重點(diǎn)掌握8259A初始化編程。 掌握

2、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253-5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和進(jìn)行計(jì)數(shù)/定時(shí)控制的原理。 掌握8253-5的方式控制字格式的設(shè)置，能夠理解各計(jì)數(shù)器有6種可供選擇的工作方式，并完成定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。,9.1 輸入輸出接口概述,1CPU與外設(shè)間的連接 CPU與外設(shè)的連接須通過各自的專用接口電路（或接口芯片）來實(shí)現(xiàn)，這些接口電路簡稱為I/O接口。 2接口電路的基本結(jié)構(gòu) 接口電路的基本結(jié)構(gòu)同它傳送的信息種類有關(guān)。信息可分為3類：數(shù)據(jù)信息；狀態(tài)信息；控制信息。,9.2 CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的方式,9.2.1程序傳送 程序傳送:在程序控制（即IN或OUT指令控制）下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，是CPU與外設(shè)間最簡單的

3、一種數(shù)據(jù)傳送方式。它可分為無條件傳送方式和有條件傳送方式兩種。 1無條件傳送（又稱同步傳送） 無條件傳送方式對(duì)少量數(shù)據(jù)傳送來說， 是最省時(shí)間的一種傳送方法，適用于 各類巡回檢測(cè)和過程控制。,2程序查詢傳送（條件傳送異步傳送）,程序查詢傳送是有條件的異步傳送。 1）程序查詢輸入 查詢輸入部分的程序： POLL：IN AL，STATUS_PORT；讀狀態(tài)端口的信息 TEST AL，80H ；設(shè)“準(zhǔn)備就緒”（READY）信息在D7位 JE POLL；未“準(zhǔn)備就緒”，則循環(huán)再查 IN AL，DATA_PORT ；已“準(zhǔn)備就緒”（READY=1），則讀入數(shù)據(jù),2程序查詢傳送（條件傳送異步傳送）,2）程序

4、查詢輸出 查詢輸出部分的程序： POLL：INAL，STATUS_PORT；查狀態(tài)端口中的狀態(tài)信息D7 TESTAL，80H JNE POLL ；D71即忙線1，則循環(huán)再查 MOV AL，STORE；否則，外設(shè)空閑，則由內(nèi)存讀取數(shù)據(jù) OUT DATA_PORT，AL；輸出到DATA地址端口單元 ATATUS和DATA分別為狀態(tài)端口 和數(shù)據(jù)端口的符號(hào)地址； STORE為待輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元 的符號(hào)地址。,2程序查詢傳送（條件傳送異步傳送）,3）一個(gè)采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) START：MOV DL，0F8H；設(shè)置啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，且低3位選通多路開關(guān)通道 MOV AX，SEG DSTOR；設(shè)

5、置輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址指針 MOV ES，AX LEA DI，DSTOR AGAIN：MOV AL，DL AND AL，0EFH；使D40 OUT 04，AL；停止A/D轉(zhuǎn)換 CALL DELAY；等待停止A/D轉(zhuǎn)換操作的完成 MOV AL，DL OUT 04，AL；選輸入通道并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,3）一個(gè)采用查詢方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),POLL： IN AL，02；輸入狀態(tài)信息 SHR AL，1；查AL的D0 JNC POLL；判READY1？若D00，未準(zhǔn)備好，則循環(huán)再查 IN AL，03；若已準(zhǔn)備就緒，則經(jīng)端口3將采樣數(shù)據(jù)輸入至AL STOSB；輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送內(nèi)存單元 INC DL；輸入模擬量通

6、道增1 JNE AGAIN；8個(gè)模擬量未輸入完則循環(huán) ；輸入完畢，則執(zhí)行別的程序,9.2.2中斷傳送,中斷是外設(shè)或其他中斷源中止CPU當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)向?yàn)樵撏庠O(shè)服務(wù)（如完成它與CPU之間傳送一個(gè)數(shù)據(jù)）的程序，一旦服務(wù)結(jié)束，又返回原程序繼續(xù)工作。這樣，外設(shè)處理數(shù)據(jù)期間，CPU就不必浪費(fèi)大量時(shí)間去查詢它們的狀態(tài)，只待外設(shè)處理完畢主動(dòng)向CPU提出請(qǐng)求（向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)），而CPU在每一條指令執(zhí)行的結(jié)尾階段，均查詢是否有中斷請(qǐng)求信號(hào)（這種查詢是由硬件完成的，不占用CPU的工作時(shí)間），若有，則暫停執(zhí)行現(xiàn)行的程序，轉(zhuǎn)去為申請(qǐng)中斷的某個(gè)外設(shè)服務(wù)，以完成數(shù)據(jù)傳送。 中斷傳送方式的好處是：大大提高

7、了CPU的工作效率。,9.2.3直接存儲(chǔ)器存取傳送,直接存儲(chǔ)器存取傳送DMA（direct memory access ）方式或稱為數(shù)據(jù)通道方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O交換的 傳送方式，它讓外設(shè)接口可直接與 內(nèi)存進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送，而不必 經(jīng)過CPU，可實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器的直接 存取。,9.3中斷技術(shù),9.3.1中斷概述 1中斷與中斷源 中斷:使CPU暫停運(yùn)行原來的程序而應(yīng)更為急迫事件的需要轉(zhuǎn)向去執(zhí)行為中斷源服務(wù)的程序（稱為中斷服務(wù)程序），待該程序處理完后，再返回運(yùn)行原程序，此即中斷（或中斷技術(shù)）。 中斷源，即引起中斷的事件或原因，或發(fā)出中斷申請(qǐng)的來源。通常中斷源有以下幾種：外部設(shè)備；實(shí)時(shí)時(shí)

8、鐘；故障源。 以上3種屬于隨機(jī)中斷源。由隨機(jī)引起的中斷，稱為強(qiáng)迫中斷。 還有一種為調(diào)試程序設(shè)置的中斷源。這是指CPU執(zhí)行了特殊指令（自陷指令）或由硬件電路引起的中斷，主要是供用戶調(diào)試程序時(shí)而采取的檢查手段。如斷點(diǎn)設(shè)置、單步調(diào)試等。這些都要由中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。一般稱這種中斷為自愿中斷。,9.3.1中斷概述,2中斷系統(tǒng)及其功能 中斷系統(tǒng):為實(shí)現(xiàn)中斷而設(shè)置的各種硬件與軟件，包括中斷控制邏輯及相應(yīng)管理中斷的指令。 中斷系統(tǒng)具有下列功能： 1）能響應(yīng)中斷、處理中斷與返回 2）能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì) 3）高級(jí)中斷源能中斷低級(jí)的中斷 處理中斷嵌套的技術(shù)。,9.3.2單個(gè)中斷源的中斷,簡單的中斷過程應(yīng)包括：中斷請(qǐng)求、中

9、斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回等環(huán)節(jié)。 1.中斷源向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)的條件 中斷源是通過其接口電路 向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)的， 該信號(hào)能否發(fā)給CPU，應(yīng) 滿足下列兩個(gè)條件： 1）設(shè)置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 2）設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器,9.3.2單個(gè)中斷源的中斷,2. CPU響應(yīng)中斷的條件 當(dāng)中斷源向CPU發(fā)出INTR信號(hào)后，CPU若要響應(yīng)它，還應(yīng)滿足下列條件。 1）CPU開放中斷 2）CPU在現(xiàn)行指令結(jié)束后響應(yīng)中斷,9.3.2單個(gè)中斷源的中斷,3. CPU響應(yīng)中斷及處理過程 1）關(guān)中斷 2）保留斷點(diǎn) CPU響應(yīng)中斷后，立即封鎖斷點(diǎn)地址，且把此值壓棧保護(hù)，以備在中斷處理完畢后，CPU能返回?cái)帱c(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行主程

10、序。 3）保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 4）給出中斷入口（地址），轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序 8086/8088是由中斷源提供中斷類型號(hào)，并根據(jù) 中斷類型號(hào)在中斷向量表中取得中斷服務(wù)程序 的起始地址。 5）恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 這個(gè)操作是在中斷服務(wù)程序中用POP指令來完成的。 6）開中斷與返回,9.3.3向量中斷 向量中斷（Vectored Interrupt），是指通過中斷向量進(jìn)入中斷服務(wù)程序的一種方法；而中斷向量則是用來提供中斷入口地址的一個(gè)地址指針（即CS：IP）。 例如8086/8088 CPU的中斷系統(tǒng)就是采用這種向量中斷。 9.3.4中斷優(yōu)先權(quán) 在實(shí)際的系統(tǒng)中，具有多個(gè)中斷源，而CPU的可屏蔽中斷請(qǐng)求線往往只有一條。

11、如何解決多個(gè)中斷源同時(shí)請(qǐng)求中斷而只有一根中斷請(qǐng)求線的矛盾呢?這就要求CPU按多個(gè)中斷源的優(yōu)先權(quán)由高至低依次來響應(yīng)中斷申請(qǐng)。同時(shí)，當(dāng)CPU正在處理中斷時(shí)，還要能響應(yīng)更高級(jí)的中斷申請(qǐng)，而屏蔽掉同級(jí)或低級(jí)的中斷申請(qǐng)。CPU可以通過軟件查詢技術(shù)或硬件排隊(duì)電路兩種方法來實(shí)現(xiàn)按中斷優(yōu)先權(quán)對(duì)多個(gè)中斷源的管理，也有專門用于協(xié)助CPU按中斷優(yōu)先權(quán)處理多個(gè)中斷源的中斷控制芯片，如8259A芯片。,9.4 8086/8088的中斷系統(tǒng)和中斷處理,9.4.1 8086/8088的中斷系統(tǒng) 8086/8088的中斷系統(tǒng)采用中斷向量結(jié)構(gòu)，可以處理多達(dá)256種類型的中斷。,9.4.1 8086/8088的中斷系統(tǒng),1外部中

12、斷 8086/8088 CPU有兩條引腳供外部中斷源請(qǐng)求中斷：一條是高電平有效的可屏蔽中斷INTR；另一條是正跳變有效的非屏蔽中斷NMI。 1）可屏蔽中斷 可屏蔽中斷是由用戶定義的外部硬件中斷。當(dāng)8086/8088 CPU的INTR引腳上出現(xiàn)一高電平有效請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，它必須保持到當(dāng)前指令的結(jié)束。若IF=0，此時(shí)CPU是處于關(guān)中斷狀態(tài)，則不響應(yīng)INTR；若IF=1，則CPU是處于開中斷狀態(tài)，將響應(yīng)INTR，并通過引腳向產(chǎn)生INTR的設(shè)備接口（中斷源）發(fā)回響應(yīng)信號(hào)，啟動(dòng)中斷過程。 8086/8088 CPU在發(fā)回第2個(gè)中斷響應(yīng)信號(hào)時(shí)，將使發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的接口把1字節(jié)的中斷類型號(hào)通過數(shù)據(jù)總線傳送給C

13、PU。由該中斷類型號(hào)指定了中斷服務(wù)程序入口地址在中斷向量表中的位置。 中斷允許標(biāo)志IF位的狀態(tài)可用指令STI使其置位，即開中斷；也可用CLI指令使其復(fù)位，即關(guān)中斷。,1外部中斷,1）可屏蔽中斷 2）非屏蔽中斷 當(dāng)8086/8088 CPU的NMI引腳上出現(xiàn)一上升沿的邊沿觸發(fā)有效請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，它將由CPU內(nèi)部的鎖存器將其鎖存起來。8086/8088要求NMI上的請(qǐng)求脈沖的有效寬度（高電平的持續(xù)時(shí)間）大于兩個(gè)時(shí)鐘周期。一旦此中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生，不管標(biāo)志位IF的狀態(tài)如何，即使在關(guān)中斷（IF=0）的情況下，CPU也能響應(yīng)它。,9.4.1 8086/8088的中斷系統(tǒng),2. 內(nèi)部中斷 8086/8088的內(nèi)

14、部中斷又叫軟件中斷，它包括以下幾種內(nèi)部中斷：除法出錯(cuò)中斷類型0；溢出中斷類型4；單步中斷類型1；斷點(diǎn)中斷類型3；用戶定義的軟件中斷類型n。 應(yīng)著重掌握用戶定義的軟件中斷類型n。它是一個(gè)可由用戶定義的雙字節(jié)的中斷指令I(lǐng)NT n，其第1個(gè)字節(jié)為INT的操作碼，第2個(gè)字節(jié)n是它的中斷類型號(hào)。中斷類型號(hào)n由程序員編程時(shí)給定，用它指出中斷服務(wù)程序的入口地址。,3內(nèi)部中斷的特點(diǎn),1） 內(nèi)部中斷由一條INT n指令直接產(chǎn)生。 2） 除單步中斷以外，所有內(nèi)部中斷都不能被屏蔽。 3） 所有內(nèi)部中斷都沒有中斷響應(yīng)機(jī)器總線周期。 4） 8086/8088中斷系統(tǒng)規(guī)定了硬、軟中斷的優(yōu)先級(jí)排隊(duì)。 5） 作為軟件調(diào)試手段

15、，單步中斷是逐條地跟蹤調(diào)試，而斷點(diǎn)中斷（INT 3）是逐段地調(diào)試，它們均可用中斷服務(wù)程序在屏幕上顯示有關(guān)的各種信息。 6） 為了避開由外設(shè)硬件產(chǎn)生INTR中斷請(qǐng)求信號(hào)和提供中斷類型號(hào)的麻煩，可以用軟件中斷指令I(lǐng)NT nn來模擬外設(shè)提供的硬件中斷。,4中斷向量表,8086/8088中斷系統(tǒng)的中斷向量表中給出了與中斷類型對(duì)應(yīng)的256個(gè)中斷向量，每個(gè)向量包含4個(gè)字節(jié)，2個(gè)低地址字節(jié)是IP偏移量， 2個(gè)高地址字節(jié)是CS段地址。用來存放256 個(gè)向量的中斷向量表需要占用1K字節(jié)的存 儲(chǔ)空間，且設(shè)置在存儲(chǔ)器的最低端（000H 3FFH）。這樣，每個(gè)中斷都可轉(zhuǎn)到1MB空 間的任何地方。,4中斷向量表,當(dāng)CP

16、U響應(yīng)中斷訪問中斷向量表時(shí)，外設(shè)通過接口將一個(gè)8位的中斷類型編碼n放在數(shù)據(jù)總線上，CPU對(duì)編號(hào)n乘以4得到4n指向該中斷向量的首字節(jié)；4n和4n+1單元中存放的是中斷向量的偏移地址值，其低字節(jié)在4n地址中，高字節(jié)在4n+1地址中；4n+2和4n+3單元中存放的是中斷 向量的段地址值，也是低 字節(jié)在前，高字節(jié)在后。 實(shí)現(xiàn)中斷轉(zhuǎn)移時(shí)，CPU將把 有關(guān)的標(biāo)志位和斷點(diǎn)地址的 CS和IP值入棧，然后通過中 斷向量間接轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程 序。 中斷處理結(jié)束，用返回指令 彈出斷點(diǎn)地址的IP與CS值以 及標(biāo)志位，然后返回被中斷 的程序。,9.4.2 8086/8088的中斷處理過程,8086/8088的中斷處理過

17、程,9.4.2 8086/8088的中斷處理過程,（1）所有中斷處理都包括中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回4個(gè)基本過程。 （2）響應(yīng)順序均按預(yù)先設(shè)計(jì)的中斷優(yōu)先權(quán)來響應(yīng)。優(yōu)先權(quán)由高到低依次為：內(nèi)部中斷；NMI中斷；INTR中斷；單步中斷。 （3）CPU開始響應(yīng)中斷的時(shí)刻，在一般情況下，都要待當(dāng)前指令執(zhí)行完后方可響應(yīng)中斷申請(qǐng)。但有少數(shù)情況是在下一條指令完成之后才響應(yīng)中斷請(qǐng)求。例如，REP（重復(fù)前綴），LOCK（封鎖前綴）和段超越前綴等指令都應(yīng)當(dāng)將前綴看作指令的一部分，在執(zhí)行前綴和指令間不允許中斷。段寄存器的傳送指令MOV和段寄存器的彈出指令POP也是一樣，在執(zhí)行下條指令之前都不能響應(yīng)中斷。

18、（4）在WAIT指令和重復(fù)數(shù)據(jù)串操作指令執(zhí)行的過程中間可以響應(yīng)中斷請(qǐng)求，但必須要等一個(gè)基本操作或一個(gè)等待檢測(cè)周期完成后才能響應(yīng)中斷。 （5）由于NMI引腳上的中斷請(qǐng)求是需要立即處理的，所以在進(jìn)入執(zhí)行任何中斷（包括內(nèi)部中斷）服務(wù)程序之前，都要安排測(cè)試NMI引腳上是否有中斷請(qǐng)求，以保證它實(shí)際上有最高的優(yōu)先權(quán)。這時(shí)要為轉(zhuǎn)入執(zhí)行NMI中斷服務(wù)程序而再次保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)，并在執(zhí)行完NMI中斷服務(wù)程序后返回到所中斷的服務(wù)程序。,9.4.2 8086/8088的中斷處理過程,（6）若在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)時(shí)無NMI中斷發(fā)生，則接著去查看暫存寄存器TEMP的狀態(tài)。若TEMP1，則在中斷前CPU已處于單步工作方式，就

19、和NMI一樣重新保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和斷點(diǎn)，轉(zhuǎn)入單步中斷服務(wù)程序。若TEMP0，也就是在中斷前CPU處于非單步工作方式，則這時(shí)CPU將轉(zhuǎn)去執(zhí)行最先引起中斷的中斷服務(wù)程序。 （7）待中斷處理程序結(jié)束時(shí)，由中斷返回指令將堆棧中存放的IP、CS以及PSW值還原給指令指針I(yè)P、代碼段寄存器CS以及程序狀態(tài)字PSW。 注意：當(dāng)有多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，8086/8088 CPU將根據(jù)各中斷源優(yōu)先權(quán)的高低來處理，首先響應(yīng)優(yōu)先權(quán)較高的中斷請(qǐng)求，等具有較高優(yōu)先權(quán)的中斷請(qǐng)求處理完以后，再去依次響應(yīng)和處理其他中斷申請(qǐng)。,9.4.3可屏蔽中斷的過程,1INTR中斷的全過程 圖中所示的是可屏蔽中斷從中斷發(fā)生到中斷 服務(wù)結(jié)束并返回

20、的整個(gè)操作過程。 CPU響應(yīng)NMI或內(nèi)部中斷請(qǐng)求時(shí)的操作順序 基本上與上述過程相同，只是不需要前3步 操作和讀取中斷類型碼。一旦CPU接到NMI 引腳上的中斷請(qǐng)求或內(nèi)部中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU 就會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向它們各自的中斷服務(wù)程序。,9.4.3可屏蔽中斷的過程,2中斷類型號(hào)的獲得 獲得中斷類型號(hào)有3個(gè)途徑： （1） 除法錯(cuò)誤，單步中斷，非屏蔽中斷，斷點(diǎn)中斷和溢出中斷分別由CPU芯片內(nèi)的硬件自動(dòng)提供類型號(hào)04。 （2） 軟件中斷則是從INT n指令流中，即在第2個(gè)字節(jié)中讀得中斷類型號(hào)n。 （3） 外部中斷INTR可以用不同的方法獲得中斷類型號(hào)。例如，在PC系列微機(jī)中，可以由Intel 8259A芯片或

21、集成了8259A的超大規(guī)模集成外圍芯片來提供中斷類型號(hào)。,9.4.4中斷響應(yīng)時(shí)序,了解中斷響應(yīng)時(shí)序的組成以及中斷類型號(hào)的獲取方法與時(shí)間。,9.5可編程中斷控制器8259A,9.5.1 8259A的引腳與功能結(jié)構(gòu) 8259A是一個(gè)28引腳的雙列直插式芯片。要了解引腳的功能，較好地理解CAS0CAS2這3根級(jí)聯(lián)控制信號(hào)。,9.5.2 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和中斷工作過程,18259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 8259A中斷控制器包括8個(gè)主要功能部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 8259A內(nèi)部除上述幾個(gè)處理8級(jí)中斷請(qǐng)求（IR0IR7）的功能部件IRR、ISR與PR之外，還有一組用于寄存控制命令字的8位寄存器。,9

22、.5.2 8259A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和中斷工作過程,28259A的中斷工作過程 8259A的8個(gè)功能部件組成一個(gè)有機(jī)的整體，共同協(xié)調(diào)處理其中斷工作過程。 難點(diǎn)：當(dāng)CPU對(duì)某個(gè)中斷請(qǐng)求做出的中斷響應(yīng)結(jié)束后，8259A將如何根據(jù)一個(gè)名為方式控制器的結(jié)束方式位的不同設(shè)置，在不同時(shí)刻將ISR中置1“的中斷請(qǐng)求位復(fù)“0”。實(shí)際情況是：在自動(dòng)結(jié)束中斷（AEOI）方式下，8259A會(huì)將ISR中原來在第1個(gè)負(fù)脈沖到來時(shí)設(shè)置的“1”（即響應(yīng)此中斷請(qǐng)求位）在第2個(gè)脈沖結(jié)束時(shí)，自行復(fù)位成“0”。若是非自動(dòng)結(jié)束中斷方式（EOI），則ISR中該位的“1”狀態(tài)將一直保持到中斷過程結(jié)束，由CPU發(fā)EOI命令才能復(fù)位成“0”。

23、8級(jí)中斷請(qǐng)求信號(hào)所對(duì)應(yīng)的中斷類型碼（或中斷向量）規(guī)定：其前5位T7T3由用戶在8259A初始化編程時(shí)選擇的，后3位則由8259A自動(dòng)插入的。,9.5.3 8259的控制字格式,8259A的中斷處理功能和各種工作方式，都是通過編程設(shè)置的。即對(duì)8259A內(nèi)部有關(guān)寄存器寫入控制命令字來實(shí)現(xiàn)控制的。 按照控制字功能及設(shè)置的要求不同，可分為兩種 類型的命令字： （1）初始化命令字ICW：ICW1ICW4，它們必須在 初始化時(shí)分別寫入4個(gè)相應(yīng)的寄存器。并且，一旦 寫入，一般在系統(tǒng)運(yùn)行過程中就不再改變。 （2）工作方式命令字或操作命令字OCW:OCW1OCW3， 它們必須在設(shè)置初始化命令后方能分別寫入3個(gè)相

24、應(yīng) 的寄存器。它們用來對(duì)中斷處理過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的操作 與控制。在一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，操作命令字可以 被多次設(shè)置。,1初始化命令字,1） ICW1 ICW1叫芯片控制初始化命令字，用于啟動(dòng)8259A中的初始化順序。該字寫入8位的芯片控制寄存器。寫ICW1的標(biāo)記為：A00，D41。,1初始化命令字,2） ICW2 ICW2是設(shè)置中斷類型碼的初始化命令字。該字寫入8位的中斷類型寄存器。 寫ICW2的標(biāo)記為：A01。,1初始化命令字,3） ICW3 ICW3是標(biāo)志主片/從片的初始化命令字，該字寫入8位的主/從標(biāo)志寄存器，它只用于級(jí)聯(lián)方式。寫ICW3的標(biāo)記為：A01。,1初始化命令字 3） ICW3 在I

25、BM PC/XT機(jī)中，僅用1片8259A，能提供8級(jí)中斷請(qǐng)求。在IBM PC/AT機(jī)中用2片8259A組成級(jí)聯(lián)方式，最多可以提供15級(jí)中斷請(qǐng)求。,1初始化命令字 4）ICW4 ICW4叫方式控制初始化命令字。該字寫入8位的方式控制寄存器。寫ICW4控制字標(biāo)記為：A01。,2操作命令字,當(dāng)8259A經(jīng)預(yù)置ICWi后已進(jìn)入初始化狀態(tài)，便可接收來IRi端的中斷請(qǐng)求。然后自動(dòng)進(jìn)入操作命令狀態(tài)，準(zhǔn)備接收由CPU寫入8259A的操作命令字OCWi。 1） OCW1 寫OCW1的標(biāo)記為：01。OCW1用來寫入IMR寄存器。,2操作命令字,2） OCW2 OCW2是用來設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)循環(huán)方式和中斷結(jié)束方式的操

26、作命令字。 寫OCW2的標(biāo)記為：A00、D3D40,OCW2的編碼及功能說明,2操作命令字,3） OCW3 OCW3叫多功能操作命令字。 寫OCW3的標(biāo)記為：A00、D7D40、D21。該命令字有項(xiàng)功能：一是設(shè)置和撤消特殊屏蔽方式；二是設(shè)置中斷查詢方式；三是設(shè)置對(duì)8259A內(nèi)部寄存器的讀出命令。,9.5.4 8259A應(yīng)用舉例,在IBM PC/XT機(jī)中，只采用了1片8259A中斷控制器來提供8級(jí)中斷請(qǐng)求，其中IR0優(yōu)先級(jí)最高，IR7優(yōu)先級(jí)最低。它們分別用于日歷時(shí)鐘中斷、鍵盤中斷、保留、網(wǎng)絡(luò)通信、異步通信中斷、硬盤中斷、軟盤中斷及打印機(jī)中斷。8259A片選地址設(shè)定為20H、21H。 1初始化 M

27、OVAL，13H；寫ICW1，單片，邊沿觸發(fā)，要ICW4 OUT20H，AL MOVAL，8；寫ICW2，中斷類型號(hào)從8開始 OUT21H，AL MOVAL，0DH；寫ICW4，緩沖工作方式，8088/8086配置 OUT21H，AL MOVAL，0；寫OCW1，允許IR0IR7全部8級(jí)中斷請(qǐng)求 OUT21H，AL,2送中斷向量入口地址 例如，異步通信中斷IR4，其中斷向量類型號(hào)為8+412（0CH），則中斷入口地址的偏移量（IP值）與段地址（CS）在入口地址表中的存放地址為12448（30H），49（31H），50（32H），51（33H）。其中30H、31H存放指令指針I(yè)P；32H，33H

28、存放指令段碼CS。 3中斷子程序結(jié)束 由于8259A采用中斷工作方式，且ICW4中的1位（即AEOI）為0，這意味著采用正常結(jié)束中斷，因此，在中斷子程序結(jié)束前必須發(fā)EOI命令和IRET命令。 MOVAL，20H；寫OCW2命令，使ISR相應(yīng)位復(fù)位（即發(fā)EOI命令）。 OUT20H，AL IRET；開放中斷允許，并從中斷返回 4中斷嵌套 為了使中斷嵌套，即在中斷響應(yīng)過程中，允許比本中斷優(yōu)先級(jí)高的中斷進(jìn)入，只要在進(jìn)入中斷處理程序后，執(zhí)行開中斷指令STI即可達(dá)到此目的。,9.5.4 8259A應(yīng)用舉例,9.6計(jì)數(shù)/定時(shí)控制技術(shù),在微機(jī)應(yīng)用中，一般常用可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253-5來進(jìn)行計(jì)數(shù)/定時(shí)控

29、制。 9.6.1 8253-5的引腳與功能結(jié)構(gòu) 8253-5是一種24腳封裝的雙列直插式芯片。 功能：計(jì)數(shù)與定時(shí),兩者的工作原理在實(shí)質(zhì)上是一樣的，都是利用計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，減至0發(fā)信號(hào)；兩者的差別只是用途不同。,9.6.28253-5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尋址方式,1內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8253-5的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它有3個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)完全相同的16位計(jì)數(shù)器和1個(gè)8位控制字寄存器。,2尋址方式,8253-5的尋址與相應(yīng)操作,9.6.3 8253-5的6種工作方式及時(shí)序關(guān)系,8253-5的各計(jì)數(shù)器都有6種可供選擇的工作方式，以完成定時(shí)、計(jì)數(shù)或脈沖發(fā)生器等多種功能。,1方式0 計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷,8253-5方式0有以下

30、特點(diǎn)： （1）當(dāng)寫入控制字后，OUT端輸出低電平作為起始電平，在有兩個(gè)負(fù)脈沖寬度的信號(hào)的上升沿將初值寫入初值寄存器CR， 待計(jì)數(shù)初值裝入計(jì)數(shù)器后，輸出仍 保持低電平。 （2）GATE為計(jì)數(shù)控制門。 （3）計(jì)數(shù)過程中可重新裝入計(jì)數(shù)初值。 8253-5利用方式0既可計(jì)數(shù)，也可定時(shí)。,2方式1可編程單穩(wěn)觸發(fā)器,8253-5方式1有以下特點(diǎn)： （1）當(dāng)寫入控制字后，OUT端將輸出高電平作為起始電平。 （2）工作時(shí)，由GATE輸入觸發(fā)脈沖的上升沿使OUT變?yōu)榈碗娖?，每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，OUT再變?yōu)楦唠娖健?（3）如果在計(jì)數(shù)器未減到0時(shí)，門控端GATE 又來一個(gè)觸發(fā)脈沖，

31、則由下一個(gè)時(shí)鐘脈沖開 始，計(jì)數(shù)器將從原有的初始值（n=4）重新作 減1計(jì)數(shù)。當(dāng)減至0時(shí)，輸出端又變?yōu)楦唠娖健?這樣，使輸出脈沖寬度延長。 （4）若在計(jì)數(shù)過程中，又寫入一個(gè)新的計(jì)數(shù) 初值，它并不影響本次計(jì)數(shù)過程，輸出也 不變。只是在下一次觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)器按新的 輸入初值重新計(jì)數(shù)。,3方式2分頻器（又叫分頻脈沖產(chǎn)生器）,方式2是n分頻計(jì)數(shù)器，n是寫入計(jì)數(shù)器的初值。 當(dāng)計(jì)數(shù)器的控制寄存器寫入控制字后，OUT端輸出高電平作為起始電平。當(dāng)計(jì)數(shù)初值（圖中給出了兩個(gè)初值即n=4或n=3）在信號(hào)的上升沿寫入計(jì)數(shù)器后，從下一個(gè)時(shí)鐘脈沖起，計(jì)數(shù)器開始作減1計(jì)數(shù)。當(dāng)減到1（而不是減 到0）時(shí)，OUT端輸出將變?yōu)榈碗娖?/p>

32、。當(dāng) 計(jì)數(shù)端CLK輸入n個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，在輸出 端OUT輸出一個(gè)n分頻脈沖，其正脈沖寬 度為（n1）個(gè)輸入脈沖時(shí)鐘周期，而 負(fù)脈沖寬度只是一個(gè)輸入脈沖時(shí)鐘周期。 GATE用來控制計(jì)數(shù)，GATE1，允許計(jì)數(shù)； GATE0，停止計(jì)數(shù)。 注意：在方式2下，不但高電平的 門控信號(hào)有效，上升跳變的門控信號(hào) 也是有效的。,4方式3方波頻率發(fā)生器,方式3類似于方式2，也有兩種啟動(dòng)方式，并具有自動(dòng)裝入計(jì)數(shù)初值的功能，但輸出的波形為方波或者為近似對(duì)稱的矩形波。 注意：如果在計(jì)數(shù)過程中，GATE變?yōu)榈碗娖?，則暫停減1計(jì)數(shù)，直到GATE再次表為高電平有效，重新從初值n開始減1計(jì)數(shù)。,5方式4 軟件觸發(fā)選通脈沖,按方式

33、4工作時(shí)，計(jì)數(shù)器寫入控制字后，輸出的OUT信號(hào)變?yōu)楦唠娖健．?dāng)由軟件觸發(fā)寫入初始值n（此例中n=4）經(jīng)過1個(gè)時(shí)鐘周期后，若GATE1,允許計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)器在一個(gè)時(shí)鐘脈沖之后開始作減1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到0時(shí)，在OUT端輸出一個(gè)寬度等于一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期的負(fù)脈沖。若GATE0，則停止計(jì)數(shù)，n保持為4；只有在GATE恢復(fù)高電平之后才重新計(jì)數(shù)，即由n=4開始減1計(jì)數(shù)，直至減至0才發(fā)出一個(gè)選通負(fù)脈沖。 注意：方式4是通過軟件寫入新的計(jì)數(shù)值來使計(jì)數(shù)器重新工作的，故稱為軟件觸發(fā)選通脈沖方式。,6方式5 硬件觸發(fā)選通脈沖,方式5類似于方式4，所不同的是GATE端輸入信號(hào)的作用不同。 按方式5工作時(shí)，由GATE輸入觸

34、發(fā)脈沖，從其上升沿開始，計(jì)數(shù)器作減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，在OUT端輸出一個(gè)寬度等于一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖周期的負(fù)脈沖。在此方式中，計(jì)數(shù)器可重新觸發(fā)。在任何時(shí)刻，當(dāng)GATE觸發(fā)脈沖上升沿到來時(shí)，將把計(jì)數(shù)初值重新送入計(jì)數(shù)器，然后開始計(jì)數(shù)過程。 注意：方式5的選通負(fù)脈沖是通過硬件電路產(chǎn)生的門控信號(hào)GATE上升沿觸發(fā)后得到的，故稱為硬件觸發(fā)選通脈沖方式。,9.6.4 8253應(yīng)用舉例,在IBMPC/XT機(jī)中，8253-5是CPU外圍支持電路之一，為系統(tǒng)電子鐘提供時(shí)間基準(zhǔn)，為動(dòng)態(tài)RAM刷新提供定時(shí)信號(hào)以及作為揚(yáng)聲器的聲源等功能。 從圖可知，8253-5芯片的3個(gè)計(jì)數(shù)器使用相同的時(shí)鐘脈沖。CLK0CLK2的頻率是PC

35、LK（2.38MHz）的1/2，即1.19MHz，這由U22分頻實(shí)現(xiàn)。8253-5的3個(gè)計(jì)數(shù)器端口地址為：40H、41H、42H?？刂萍拇嫫鞫丝诘刂窞?3H。,3個(gè)計(jì)數(shù)器的用途,1）計(jì)數(shù)器0 向系統(tǒng)日歷時(shí)鐘提供定時(shí)中斷，選用方式3工作，控制字為36H。計(jì)數(shù)器值預(yù)置為0（即65536），GATE0接+5V，允許計(jì)數(shù)。OUT0輸出時(shí)鐘頻率為1.19MHz/6553618.21Hz。它直接接到中斷控制器8259A的中斷請(qǐng)求端IR0，即0級(jí)中斷，每秒出現(xiàn)18.2次。每間隔55ms產(chǎn)生一次0級(jí)中斷請(qǐng)求。每一個(gè)輸出脈沖均以其正跳變產(chǎn)生一次中斷。 2）計(jì)數(shù)器1 向DMA控制器定時(shí)發(fā)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器刷新請(qǐng)求，選用方

36、式2工作，控制字為54H。計(jì)數(shù)器初始值為18，GATE1接+5V，允許計(jì)數(shù)。OUT1輸出分頻脈沖頻率為1.19MHz/1866.1KHz，相當(dāng)于周期為15.1S。計(jì)數(shù)器1每隔15.1s經(jīng)由U21產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)RAM刷新的請(qǐng)求信號(hào)DRQ0。 3）計(jì)數(shù)器2 控制喇叭發(fā)聲音調(diào)，用方式3工作，控制字為B6H，計(jì)數(shù)器的初值置533H（即1331），OUT2輸出方波頻率為1.19MHz/1331894Hz。該計(jì)數(shù)器的工作由主機(jī)板8255A的PB0端控制。當(dāng)PB0輸出的TIME2GATESPK為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器方能工作。OUT2的輸出與8255A PB1端產(chǎn)生的喇叭音響信號(hào)SPKRDATA在U87相與后送到功

37、放驅(qū)動(dòng)芯片75477的輸入端A。,本章小結(jié),輸入/輸出接口是微處理器同外部設(shè)備之間信息交換的重要樞紐。CPU對(duì)外設(shè)的IO操作類似于存儲(chǔ)器的讀寫操作。主存儲(chǔ)器可以與CPU直接連接，而I/O設(shè)備則需要經(jīng)過接口電路（即I/O適配器）與CPU連接。接口電路的基本結(jié)構(gòu)同它傳送的信息種類有關(guān)。 CPU與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的方式有程序傳送、中斷傳送和DMA傳送3種方式。其中，中斷是控制異步數(shù)據(jù)傳送的一種軟硬件相結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)，可以看成是由中斷源引起（即硬件隨機(jī)激發(fā)或軟件激發(fā)）的一次過程調(diào)用。所有中斷過程都是由中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。中斷系統(tǒng)應(yīng)能響應(yīng)中斷、處理中斷與返回；還能能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)；并且能夠?qū)崿F(xiàn)中斷嵌套。 8

38、086/8088的中斷系統(tǒng)采用中斷向量結(jié)構(gòu)，使每個(gè)不同的中斷都可以通過給定一個(gè)特定的中斷類型號(hào)（或中斷類型碼）供CPU識(shí)別，來處理多達(dá)256種類型的中斷。這些中斷可以來自外部，即由硬件產(chǎn)生，也可以來自內(nèi)部，即由軟件（中斷指令）產(chǎn)生，或者滿足某些特定條件（陷阱）后引發(fā)CPU中斷。 8086/8088 CPU有可屏蔽中斷INTR與非屏蔽中斷NMI兩條引腳來接受外部硬件中斷請(qǐng)求。可屏蔽中斷要受標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志位IF的控制，而非屏蔽中斷不受標(biāo)志寄存器的中斷允許標(biāo)志位IF的控制。 8086/8088 CPU內(nèi)部中斷又叫軟件中斷，它包括除法出錯(cuò)中斷（類型0）、溢出中斷（類型4）、單步中斷（類型1）與斷點(diǎn)中斷（類型3）；還有用戶定義的軟件中斷（類型n）。,本章小結(jié),8086/8088 CPU中斷處理的過程比較復(fù)雜。首先要掌握單個(gè)中斷源的基本中斷處理過程，即：中斷請(qǐng)求，中斷響應(yīng)，中斷處理和中斷返回。當(dāng)同時(shí)發(fā)生多個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU將根據(jù)各