微机原理与接口技术_06IO接口与中断.ppt

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1、第6章I/O接口与中断2021/7/291本章主要内容6.1I/O接口概念6.2I/O端口编址方式6.3CPU与I/O接口之间数据传送方式6.4中　　断6.58086中断系统2021/7/2926.1I/O接口概念2021/7/2936.1.1I/O接口的基本功能为了协调CPU与外设之间的数据读写矛盾，实现CPU和外设之间高效可靠的信息交换，I/O接口应具备以下功能。1．数据缓冲功能2．信号转换功能3．端口选择功能4．接收和执行CPU命令的功能5．中断管理功能6．可编程功能2021/7/2946.1.2I/O接口的基本组成I/O接口的基本结构如下图所示。2021/7/2951．CPU和I/

2、O设备之间交换的信息有数据信息、状态信息和控制信息1）数据信息CPU与外设交换的基本信息是数据信息（data），大致可以分为下面三种类型。（1）数字量（2）模拟量（3）开关量2021/7/2962）状态信息状态信息（status）反映的是当前外设所处的工作状态，外设通过I/O接口将状态信息送往CPU，CPU接收到这些信息就可以了解到外设的工作情况，从而准确适时地进行数据的传送。3）控制信息控制信息（control）是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信息来控制外设的暂停，启动等。2021/7/2972．端口地址译码地址译码是I/O接口的基本功能之一，微处理器在执行输入/输出指令

3、时需要向地址总线发送外部设备的端口地址，译码电路收到与本接口有关的地址后产生相应的选通信号，对相关端口进行数据、命令或状态的传输，完成一次I/O操作。3．数据缓冲/锁存器在CPU与I/O设备之间进行输入/输出操作时，输入需要缓冲，输出需要锁存。2021/7/2986.2I/O端口编址方式2021/7/2996.2.1统一编址这种编址方式又称为存储器映射编址方式，是从存储器空间划出一部分地址给I/O端口，即把每个I/O端口当作一个存储单元，I/O端口与内存单元被安排在同一个地址空间中，CPU与外设的数据交换，相当于对存储器的读/写操作，不设置专门的I/O指令。2021/7/2910使用这种编

4、址方式的优点如下。（1）可以用访问内存的方式来访问I/O端口。（2）外设数目或I/O寄存器数目几乎不受限制。（3）微机系统读写控制逻辑较简单。使用这种编址方式的缺点如下。（1）I/O端口占用部分内存空间，减少了内存可用的地址范围，因此对内存容量有影响。（2）访问I/O端口和访问内存一样，由于访问内存时地址较长，指令的机器码也长，执行时间显然会增加。（3）从指令上不易区分当前是对内存进行操作还是对外设进行操作。2021/7/29116.2.2独立编址这种编址方式称为I/O映射编址方式，内存和I/O端口有各自独立的地址空间。使用这种编址方式的优点如下。（1）内存地址空间不受I/O端口地址空间影

5、响。（2）地址译码简单，速度较快。（3）I/O指令简短，执行速度快。（4）使用专用I/O命令，与内存访问命令有明显区别，便于理解和检查。2021/7/29126.3CPU与I/O接口之间数据传送方式2021/7/29136.3.1程序控制方式1．无条件传送方式在该方式中，外设总被认为已处于准备就绪或准备接收状态，程序不必查询外设的状态，当需要与之交换数据时，直接执行输入、输出指令，就开始发送或接收数据。2．条件传送方式条件传送方式也称为程序查询方式，在传送数据之前，CPU要执行查询程序去查询外设的当前状态，只有当外设处于准备就绪（输入设备）或空闲状态（输出设备）时，才执行输入或输出指令进行

6、数据传送，否则，CPU循环等待，直到外设准备就绪为止。2021/7/29146.3.2中断控制方式中断传送方式的特点是，改CPU的主动查询为被动响应，当输入设备准备好数据或输出设备处于空闲时向CPU发出中断申请信号，请求CPU为它们服务（输出数据或从接口读取数据）。这时，CPU暂时中断当前正在执行的程序（即主程序）转去执行为输入/输出设备服务的中断处理程序，服务完毕，又返回到被中断的程序处继续执行。这样，CPU就不用花大量时间查询外设状态，而使CPU和外设并行工作，只是当外设状态就绪或准备好时，用很短时间去处理一下，处理完毕又继续回到主程序执行，大大提高了CPU的工作效率。2021/7/2

7、9156.3.3DMA方式该方法的基本思路是：外设与内存间的数据传送不经过CPU，传送过程也不需要CPU干预，在外设和内存间开设直接通道，由一个专门的硬件控制电路来直接控制外设与内存间的数据交换，从而提高传送速度和CPU的效率。2021/7/29161．DMA控制器的基本功能及组成DMA控制器应具有以下基本功能。（1）能接收外设的DMA请求，并向CPU发出总线请求，以便取得总线使用权。（2）能接收CPU的总线允许信号，控