5、输入输出系统与接口技术

INTA
中断源8
8086的中断过程
1. 外部设备通过INTR向8086CPU发出中断请求；
2.
8086CPU在执行完当前指令后检测是否有中断，如有中 断则暂停当前程序运行，响应中断，向INTA引脚发出两 个负脉冲； 外设在第二个负脉冲的下降沿之后，将中断矢量发往数 据总线，8086在上升沿读取中断矢量；
74LS244 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
L H L H
1G
2G
接口电路常用芯片
2.
锁存器 74LS373
使能端G 输入D 输出Q
74LS373 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D
读状态字
BUSY 和 ACK均 为 0？ Y
N AL打印字符
数据锁存器 AL
输出 STB脉冲
一行结束？
功能： CPU向打印机 输出一行字符的ASCII码数据。
Y
5.3 中断系统

使用中断的目的：

外设的速度一般慢于CPU，查询方式中CPU需要花 费大量时间等待外设，效率低； 合理的方式是CPU和外设能够并行工作：
段地址低8位 段地址高8位
0000:0004
中断2
偏移地址低8位 …
0000:0008
8086的中断执行过程
a)
将标志寄存器入栈；
b)
c)
将IF和TF清0；
将下一条指令的CS和IP入栈；
d)
利用中断矢量在中断矢量表中查找中断服务程
序的入口地址，将段和偏移地址放入CS:IP，
执行中断服务程序。
8086的中断标志位
2、状态信息：外设的工作状态；
3、控制信息： 控制接口的工作方式，外设的 工作状态。
三、I/O指令和编址方式

I/O端口的编址方式
1.

独立编制方式：
优点：
• I/O端口的地址码较短，译码电路简单，存储器同I/O端口的操作指令不同， 程序比较清晰； • 存储器和I/O端口的控制结构相互独立，可以分别设计；
2.
CPU输出数据至31H：
① ②
3.
CPU产生STB脉冲(32H口)：
① ②
4.
打印机读数据
① ② ③ ④
例4 输出设备接口程序
… MOV OUT MOV IN TEST JNZ MOV INC OUT MOV MOV OUT MOV OUT CMP JNZ
N
STB清0
AWAIT:
AL, 00H 32H, AL SI, OFFSET BUFFER AL, 30H AL, 03H AWAIT AL, [SI] SI 31H, AL AH, AL AL, 80H 32H, AL 产生STB脉冲 AL, 00H 32H, AL AH, 0AH AWAIT
无条件传送与查询传送

无条件传送：同步传送方式，外设必须在微处理
器限定的指令时间内准备就绪，完成数据的接收
或发送。

查询方式传送：异步传送方式，
读取外设状态 外设准备好？ Y 输入或输出数据
N
例3 输入设备接口电路
1.
外设数据准备好：
①
②
③
输入设备发出STB信号； 数据寄存器锁存数据； D触发器置1；

缺点：
• I/O端口占用了内存空间的一部分，影响 了系统的内存容量； • 访问I/O端口也要同访问内存一样，由于 内存地址较长，导致执行时间增加；
8086的输入输出指令

8086的I/O指令
1.
读端口：
IN IN IN IN AL, P8 AX, P16 AL, DX AX, DX P8, AL P16, AX DX, AL DX, AX ：8位地址， 8位数据 ；8位地址，16位数据 ；16位地址，8位数据 ；16位地址，16位数据 ：8位地址，8位数据 ；8位地址，16位数据 ；16位地址，8位数据 ；16位地址，16位数据

缺点：
• 需要有专用的I/O指令，程序设计的灵活性较差；
I/O端口的编址方式
2.
统一编制方式：

优点：
• 不需要专用的I/O指令，任何对存储器数 据进行操作的指令都可用于I/O端口的数 据操作，程序设计比较灵活； • 由于I/O端口的地址空间是内存空间的一 部分，这样，I/O端口的地址空间可大可 小，从而使外设的数量几乎不受限制；
RDY=1？
Y
读数据寄存器
功能： CPU查询等待输入设备的8位数据，读 入数据至[BX]。
保存数据
例4 输出设备接口电路
1.
CPU读状态口30H：
① ②
判断打印机是否忙； 判断打印机是否接收完上一个数据 数据输出锁存器; D触发器(OBF)清0； 先后在D7位输出1和0，产生脉冲； 控制寄存器锁存并在Q端输出1和0； 接收到STB上的脉冲； 读锁存器的数据，ACK输出高电平； 输出ACK低电平，表示读完数据； 接收到换行符(0AH)后开始打印，输出 BUSY高电平，表示正忙；打印完输出 BUSY低电平。

CPU的FLAG寄存器中有一位IF，该位不控制NMI
和软件中断。

当IF置0时，所有外部可屏蔽中断被禁止； 当IF置1时，所有外部可屏蔽中断被允许。

汇编语言对该位的操作指令：


CLI：关中断
STI：开中断
设置中断服务程序入口

设置35H号中断的中断矢量，中断服务程序名为INTP35 … MOV ES, 0 MOV AX, OFFSET INTP35 MOV DX, SEG INTP35 CLI MOV SHL SHL MOV MOV STI …
• 大多数时间CPU正常工作； • 当外设需要输入或输出数据时，CPU中断正常工作， 为外设服务； • 服务完成后，CPU恢复正常的工作。


为了实现中断功能而设置的硬件和软件系统称为中断 系统。
8086的中断

硬件中断（外部中断）：由外部硬件所触发的 中断。
可屏蔽中断：由INTR引脚触发的中断，当标志 位IF=0时，不触发（屏蔽）； 不可屏蔽中断：由NMI引脚触发的中断，不受 IF标志屏蔽；
外设接口的功能
接口电路使CPU可以管理多个外部设备； 适应不同外设的不同工作方式； 外部设备与CPU之间的速度不匹配； 接口电路可以实现串-并行数据格式转换； 接口电路可以实现不同工作电平的转换，以 及模拟信息的输入输出
1.
2.
3. 4. 5.
二、I/O接口和I/O端口
数据线 数据输出寄存器
数 据
INTP4
中断矢量

8086 CPU通过中断矢量可以知道是哪个中断源发
出的中断。
INTR
中断矢量（8位）
中断矢量形成电路
INTP1 INTP2
...
INTPn
8259A 可编程中断控制器
INTA
数据总线 缓冲器
INT
D7 ～D0
RD WR A0 CS
控制逻辑
/写 /写 读读 控制 控制逻辑 逻辑


软件中断（内部中断）：软件调用的中断和指 令执行的“异常”触发的中断。

INT，溢出，除0，断点，单步。
中断和子程序调用
正常程序
中断：Biblioteka 1.由硬件触发，可能发生程 序的任何位置；
发生中断
中断服务程序

子程序：
1.
由程序调用，发生在程序 的特定位置；
中断系统需要解决的问题
如何判断有中断？
1)
2)
BX, 35H BX, 1 BX, 1 ES:[BX], AX ES:[BX+2], DX
;设置35H号中断
中断服务程序的一般过程
现场保护：通过一系列进栈指令保护中断现场，如保护 CPU各寄存器的值；
2.
1.
开中断：指令STI，设置中断允许标志IF=1，允许级别更 高的中断进入；
H H H L后 X
L L L H
L H X X
L H Q0 高阻
G
OE
Q0为G由HL之前Q端的状态
例1 开关接口电路
VCC
74LS138 74LS244 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G GND 片选 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A4 A5 A6 M/IO RD
CAS0 CAS1 CAS2 SP/EN
级连缓冲 比较器
中断 服务 寄存器 ISR
优先权 判别 电路 PR
中断 请求 寄存器 IRR
IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7
中断屏蔽寄存器 IMR
内部总线
8259A 可编程中断控制器
INTR
8086 数据总线 8259A
中断源1 中断源2 ...
8086关中断，根据中断矢量查找中断矢量表中相应中断 服务程序入口地址，并转移到相应的中断服务程序执行； 执行完中断服务程序后，返回到正常程序的中断点继续 执行。
3.
4. 5.
8086的中断矢量表
中断0 偏移地址低8位 偏移地址高8位 段地址低8位 段地址高8位 0000:0000
中断1
偏移地址低8位 偏移地址高8位
总 线
控 制
总 线
地 址
总 线 状态寄存器 数据输入寄存器 控制线
外 部
设 备
控制寄存器
状态线