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时间:2019-03-04
《《微型计算机原理》(王忠民版)ppt电子课件教案第7章输入输出与中断》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第7章输入/输出与中断7.1I/O接口概述7.2CPU与外设之间数据传送的方式7.3中断技术7.48086/8088中断系统7.5可编程中断控制器Intel8259A7.1I/O接口概述7.1.1I/O接口的作用主机与外界交换信息称为输入/输出(I/O)。主机与外界的信息交换是通过输入/输出设备进行的。一般的输入/输出设备都是机械的或机电相结合的产物,比如常规的外设有键盘、显示器、打印机、扫描仪、磁盘机、鼠标器等,它们相对于高速的中央处理器来说,速度要慢得多。此外,不同外设的信号形式、数据格式也各不相同。因此,外部设备不能与CPU直接相连,需要通过相应的电路来完成
2、它们之间的速度匹配、信号转换,并完成某些控制功能。通常把介于主机和外设之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路,简称I/O接口(Interface),如图7.1所示。对于主机,I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据;对于外部设备,I/O接口记忆了主机送给外设的一切命令和数据,从而使主机与外设之间协调一致地工作。图7.1主机与外设的连接对于微型计算机来说,设计微处理器CPU时,并不设计它与外设之间的接口部分,而是将输入/输出设备的接口电路设计成相对独立的部件,通过它们将各种类型的外设与CPU连接起来,从而构成完整的微型计算机硬件系统。因此,一台微型计算机的输入/输出系
3、统应该包括I/O接口、I/O设备及相关的控制软件。一个微机系统的综合处理能力,系统的可靠性、兼容性、性价比,甚至在某个场合能否使用都和I/O系统有着密切的关系。输入/输出系统是计算机系统的重要组成部分之一,任何一台高性能计算机,如果没有高质量的输入/输出系统与之配合工作,计算机的高性能便无法发挥出来。7.1.2CPU与外设交换的信息主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息三类。1.数据信息数据信息又分为数字量、模拟量和开关量三种形式。1)数字量数字量是计算机可以直接发送、接收和处理的数据。例如,由键盘、显示器、打印机及磁盘等I/O外设与CP
4、U交换的信息,它们是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数符。2)模拟量当计算机应用于控制系统中时,输入的信息一般为来自现场的连续变化的物理量,如温度、压力、流量、位移、湿度等,这些物理量通过传感器并经放大处理得到模拟电压或电流,这些模拟量必须先经过模拟量向数字量的转换(A/D转换)后才能输入计算机。反过来,计算机输出的控制信号都是数字量,也必须先经过数字量向模拟量的转换(D/A转换),把数字量转换成模拟量才能去控制现场。3)开关量开关量可表示两个状态,如开关的断开和闭合,机器的运转与停止,阀门的打开与关闭等。这些开关量通常要经过相应的电平转换才能与计算机连
5、接。开关量只要用一位二进制数即可表示。2.状态信息状态信息作为CPU与外设之间交换数据时的联络信息,反映了当前外设所处的工作状态,是外设通过接口送往CPU的。CPU通过对外设状态信号的读取,可得知输入设备的数据是否准备好、输出设备是否空闲等情况。对于输入设备,一般用准备好(READY)信号的高低来表明待输入的数据是否准备就绪;对于输出设备,则用忙(BUSY)信号的高低表示输出设备是否处于空闲状态,如为空闲状态,则可接收CPU输出的信息,否则CPU要暂停送数。因此,状态信息能够保障CPU与外设正确地进行数据交换。3.控制信息控制信息是CPU通过接口传送给外设的,CP
6、U通过发送控制信息设置外设(包括接口)的工作模式、控制外设的工作。如外设的启动信号和停止信号就是常见的控制信息。实际上,控制信息往往随着外设的具体工作原理不同而含义不同。虽然数据信息、状态信息和控制信息含义各不相同,但在微型计算机系统中,CPU通过接口和外设交换信息时,只能用输入指令(IN)和输出指令(OUT)传送数据,所以状态信息、控制信息也是被作为数据信息来传送的,即把状态信息作为一种输入数据,而把控制信息作为一种输出数据,这样,状态信息和控制信息也通过数据总线来传送。但在接口中,这三种信息是在不同的寄存器中分别存放的。7.1.3I/O接口的基本结构I/O接口
7、的基本结构如图7.2所示。每个接口电路中都包含一组寄存器,CPU与外设进行信息交换时,各类信息在接口中存入不同的寄存器,一般称这些寄存器为I/O端口,简称为口(Port)。用来保存CPU和外设之间传送的数据(如数字、字符及某种特定的编码等)、对输入/输出数据起缓冲作用的数据寄存器称为数据端口;用来存放外设或者接口部件本身状态的状态寄存器称为状态端口;用来存放CPU发往外设的控制命令的控制寄存器称为控制端口。图7.2一个典型的I/O接口正如每个存储单元都有一个物理地址一样,每个端口也有一个地址与之相对应,该地址称为端口地址。有了端口地址,CPU对外设的输入/输出操作
8、实际上就是
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