微机系统与接口：第六章 输入输出与中断
《微机原理与接口技术》课件——第6章输入输出及中断系统
பைடு நூலகம்
CB
AB
DB
CPU
数据端口
状态端口
I/O
设
备
译
码
控制端口
图7.3 I/O接口的基本结构
I/O接口
5、I/O端口的编址 微机系统中，I/O端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类。在Intel 80x86系列微机中，采用独立编址方式。 （1）. I/O端口的统一编址方式 统一编址又称存储器映象编址(Memory-mapping Address Coding)，就是将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，每个I/O端口占用一个地址。这样，CPU对I/O端口的输入／输出操作如同对存储单元的读／写操作一样，对存储器的各种寻址方式也同样适用于I/O端口。
DB
输
出
设
备
&
数据
地址
译码器
数据端口
译码输出
地址总线
DB
状态端口
译码输出
状态
寄存器
BUSY
＋5 V
锁
存
器
Q
D
数据总线DB
来自CPU
选通信号
ACK
WR
IO
/
M
R
&
RD
IO
/
M
图7.9 查询式输出的接口电路
（2）程序中断的输入／输出方式 该方式借助于CPU响应外部中断请求的能力，实现输入输出的控制。简单地说，就是外设将准备就绪的信号转换成有效的中断请求信号通知给CPU，CPU响应中断后，在中断服务子程序中执行I/O指令，进行数据传送。 查询传送方式是由CPU来查询外设的状态，CPU处于主动地位，而外设处于被动地位。中断传送方式则是由外设主动向CPU发出请求，等候CPU处理，在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行各自的工作。
微机原理与接口技术复习题(本)
微机原理与接口技术复习题（本）第1章概论1. 什么是程序和指令？2. 洪。
诺依曼计算机的核心原理是什么？3. 存储程序的概念是什么？4. CPU由那三部分组成？主机由那几部分组成？5. CPU对内存有那两种操作？6. 325.625D=- B= H234D= BCD7. 已知X=-1110011B,试求[X]原、[X]反、[X]补。
8. 已知X=-1110111B ，Y=+1011010B,求[X+Y]补。
9. 已知X=-1101001B ,Y=-1010110B 计算X-Y。
第2章微型计算机基础1. 微处理器内部由那三部分组成？2. 控制器有那些功能？3. 8086由那两部分组成？其功能是什么？4. 熟悉8088最小模式下的主要引脚功能。
5. 指令队列有什么功能？6. 8088的8个通用寄存器是什么？4个段寄存器是什么？两个控制寄存器是什么？7. 什么是逻辑地址和物理地址，有什么关系什么？8. 4个段寄存器中那一个段寄存器用户程序不用设置。
9. 什么是总线?10. 总线周期中，什么情况下要插入TW等待周期？11. 8088CPU中标志寄存器包含那些标志位什么？第3 章、第4章8088指令系统与汇编语言程序设计1. 什么是寻址方式? 8088CPU有那些寻址方式？2. 试说明MOV SI ,[BX ] 与LEA SI , [BX]两条指令的区别。
3. 设DS=212AH ,CS=0200H ,IP=1200H, BX=0500H , DATA=40H,[217A0H]=2300H, [217E0H]=0400H ,[217E2H]=9000H ,试确定下列指令的转移地址：(1) JMP BX(2) JMP WORD PTR [BX](3) JMP DWORD PTR [BX]4. 设SP=2300H ,AX=50ABH ,BX=1234H ,执行PUSH AX 后SP=?在执行PUSH BX ,POP AX后SP=?,AX=?,BX=?.5. 已知AL=7BH ,BL=38H ,试问执行ADD AL ,BL 后的6个状态标志是什么？6. 试判断下列程序执行后AX中的内容是什么。
中断服务程序流程图
第一讲：第六章I/O接口原理-接口、端口、编址回顾：微机系统的层次结构，CPU、主机、接口电路及外部设备之间的结构关联，输入/输出的一般概念。
重点和纲要：微机系统主机与外部设备之间的数据传送，包括I/O端口的寻址方式，输入/输出的传送控制方式。
讲授内容：6. 1 输入/输出数据的传输控制方式一、输入/输出的一般概念1．引言输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。
输入/输出设备称为外部设备，与存储器相比，外部设备有其本身的特点，存储器较为标准，而外部设备则比较复杂，性能的离散性比较大，不同的外部设备，其结构方式不同，有机械式、电动式、电子式等；输入/输出的信号类型也不相同，有数字信号，也有模拟信号；有电信号，也有非电信号；输入/输出信息的速率也相差很大。
因此，CPU与外部设备之间的信息交换技术比较复杂。
CPU与外设之间的信息交换，是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的，由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同，方向不同，作用也不一样（例如数据信息、状态信息、控制信息、输入/输出等），所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
2．输入/输出端口的寻址方式微机系统采用总线结构形式，即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件（包括CPU、内存、I/O端口），CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的，如何区分不同的内存单元和I/O端口，是输入/输出寻址方式所要讨论解决的问题。
根据微机系统的不同，输入/输出的寻址方式通常有两种形式：(1)．存储器对应的输入、输出寻址方式这种方式又称为存储器统一编址寻址方式或存储器映象寻址方式。
方法：把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待，每一个I/O端口都有一个确定的端口地址，CPU与I/O端口之间的信息交换，与存储单元的读写过程一样，内存单元与I/O端口的不同，只在于它们具有不同的的地址。
《微机原理及接口技术》第六章
2、CPU对中断的响应
关中断：CPU响应中断后，发中断响应（INTA）信号的同时，内部自动实现关中断 保留断点：封锁IP+1，入栈保存CS：IP。 保护现场：由中断服务程序先将有关REG入栈保存。
给出中断入口、转相应的中断服务程序：中断服务程序起始地址，执行中断服务。
恢复现场：将中断服务程序入栈保存的REG内容弹出，恢复现场。 开中断与返回：中断服务的最后一条指令，出栈恢复CS：IP，恢复主程序运行，使IF自动恢
第十章
J X G
微型计算机开发应用
1/27
J X G
微机原理及接口技术 第六章、中断控制系统
本章要点：
J X G
中断的基本概念 中断处理过程 可编程中断控制器8259A的结构、功能 可编程中断控制器8259A的应用
2/27
J X G
微机原理及接口技术 6.1
一、中断的基本概念
中断系统
J X G
微机原理及接口技术
三、外部中断
8086芯片设置有两条中断请求信号输入引脚：NMI和INTR引脚，用于外部中断 源产生的中断请求，可分为以下两种： 1、可屏蔽中断 INTR （18脚） INTR线上的请求信号是电平触发的。当IF=0，CPU中断不响应，这种情况称为 可屏蔽中断。可屏蔽中断通过指令设置IF中断标志位，达到控制的目的。 STI CLI ；IF←1，开中断，CPU才能响应INTR线上的中断请求。 ；IF←0，关中断，CPU不响应INTR线上的中断请求。
对于系统专用中断，系统将自动提供0～4中断类型号，保证系统自动转到处理程序。
J X G
对于可屏蔽中断INTR，外接口电路产生中断类型号。目前8259A产生。
微机原理与接口技术_第6章 IO接口
三、I/O端口编址 （续） 2.I/O独立编址(续)
缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指 令类型少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两 组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。
三、I/O端口编址 （续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序 控制完成。 程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送） 特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设 空闲。 要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。 应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送） 输入接口的设计要求:
寻 址 确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入 等待数据输入 输入缓冲器 读入数据 输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能 （续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1） 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的 不协调问题； 输出时： CPU DB 锁存器 输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑 来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称 为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构 （续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口
这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件； 对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门； 对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）
《微机原理与接口技术》教案
《微机原理与接口技术》教案第一章：微机系统概述1.1 教学目标1. 了解微机系统的概念和发展历程。
2. 掌握微机系统的组成和各部分功能。
3. 理解微机系统的工作原理。
1.2 教学内容1. 微机系统的概念和发展历程。
2. 微机系统的组成：微处理器、存储器、输入输出接口等。
3. 微机系统的工作原理：指令执行过程、数据传输等。
1.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微机系统的概念和发展历程。
2. 采用案例分析法，分析微机系统的组成和各部分功能。
3. 采用实验演示法，展示微机系统的工作原理。
1.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微机系统概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微机系统组成的理解。
3. 实验报告：评估学生对微机系统工作原理的掌握程度。
第二章：微处理器2.1 教学目标1. 了解微处理器的概念和结构。
2. 掌握微处理器的性能指标。
3. 理解微处理器的工作原理。
2.2 教学内容1. 微处理器的概念和结构：CPU、寄存器、运算器等。
2. 微处理器的性能指标：主频、缓存、指令集等。
3. 微处理器的工作原理：指令执行过程、数据运算等。
2.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解微处理器的概念和结构。
2. 采用案例分析法，分析微处理器的性能指标。
3. 采用实验演示法，展示微处理器的工作原理。
2.4 教学评价1. 课堂问答：了解学生对微处理器概念的掌握情况。
2. 课后作业：巩固学生对微处理器性能指标的理解。
3. 实验报告：评估学生对微处理器工作原理的掌握程度。
第三章：存储器3.1 教学目标1. 了解存储器的概念和分类。
2. 掌握存储器的性能指标。
3. 理解存储器的工作原理。
3.2 教学内容1. 存储器的概念和分类：随机存储器、只读存储器等。
2. 存储器的性能指标：容量、速度、功耗等。
3. 存储器的工作原理：数据读写过程、存储器组织结构等。
3.3 教学方法1. 采用讲授法，讲解存储器的概念和分类。
2. 采用案例分析法，分析存储器的性能指标。
微机原理习题集(含完整答案)
72，8088/8086 CPU 系统中装在系统板上的接口称为 ，而装入扩展槽上 的接口称为 接口。 73，8088/8086 CPU 系统中，用于访问外设接口的输入指令助记符为 ，而输 出指令的操作助记符为 。 74，8088/8086 系统中，分配在系统板上的接口的端口地址 个，其端口 。 编址范围为 75，8088/8086 系统中，分配在扩展槽上接口有 个，其端口编址范围 为 。 76，计算机机中 CPU 与外设进行数据传递，广泛采用的控制方式有 ， 和 。 和 。 77， 8088/8086 系统中， CPU 对 I/0 端寻址方式有两种即 和 系统中。 78，程序查询 I/O 方式主要运用在 79，I/O 设备发出中断请求的先决条件是 。 80，在 PC 机系统中使用的中断控制器是 芯片，该中断控制器可接受 级硬件外中断。 81 ， PC 机系统中，中断 优先做级 别最高 的 为 中断， 而级 别最 低 的 为 中断。 82， 在中断执行期间， CPU 要做的工作， 即 、 、 。 83，8088/8086 CPU 提供的中断控制系统，它最多能处理 个不同类型的中 断。 计算得到。 84，在 8088/8086 系统中，中断向量地址由 、 、 。 85，8088/8086 CPU 允许接受三种类型的中断： 86，8088/8086 CPU 的外中断是指 ，而内中断是指 中断。 87，8088/8086 CPU 中用作中断屏蔽的标志为关中断时，该标志位是 。 信号后将 88，8259A 中断控制器中在发生 INTR 中断，接收到 CPU 发回______ 码放入数据总线。 89，8088/8086 CPU 中接受不可屏蔽的中断是由 得到的。 90，8088/8086 CPU 中接受可屏蔽的中断是由 得到的。 91， 8088/8086 指令系统中， 用来开中断的指令为 ， 关中断指令为 。 92，在中断服务子程序中首先要执行的操作是 。 93，在中断服务子程序最末一条指令是 。 94，要实现多中断嵌套，在中断服务子程序要执行 操作。 95，在中断服务子程序中，保护现场是指保护 。 96，在中断向量表中存放的是 。 97，中断服务子程序的入口地址是由 和 。 98，指令是控制计算机进行 的命令，中央处理器所能执行的各种指令的 总和称为 。 99，一台计算机能执行多少种指令，是在 时确定的，8086/8088 指令系统 共有 条指令。
第六章模拟量输入输出接口
捕捉时间/保持下降率与Ch有关；Ch最好为聚苯/聚 四氟乙烯电容。
微机系统与接口
东南大学 36
生产过程微机控制系统结构
微机系统与接口
东南大学 30
采样／保持器（Sample/Holder)
作用:解决快变模拟信号的AD转换问题 使转换误差小于量化误差（书P395计算）
常用S/H芯片 LF1/2/398, AD582K 主要参数：
工作电压；捕捉时间；输入电阻；输出电阻; 功耗
微机系统与接口
东南大学 31
逐次比较模数转换器ADC
AD574转换时序
微机系统与接口
东南大学 19
读AD574转换结果时序
微机系统与接口
东南大学 20
AD574A应用——接口（也可参考书P400）
微机系统与接口
东南大学 21
AD574A应用——控制信号
控制信号——由地址译码电路产生
使R/C=0，启动A/D转换 ——地址译码输出DR0控制
（转换完）读入高4位 ——地址译码输出DR1控制
Is(off) 漏电流。 在开关断开时,仍有电流通过开关（0.2~2nA）
Iout(off) 开关断开时，输出端的电流。(1~10nA) ton(μs) 选通信号EN达到50％到开关接通的时间延 迟。(0.8μs） ts 选通信号EN达到50％到开关断开时的延迟。
微机系统与接口
东南大学 29
ＭＵＸ主要性能参数（续）
JNZ TEST ；未转换完，再测试
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第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 程序
START： MOV DL，0F8H
；D4=1，启动
MOV AX，SEG DSTOR
MOV ES，AX
LEA DI，DSTOR
AGAIN： MOV AL，DL
AND AL，0EFH
状态端口 译码输出
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 查询输入方式程序：
POOL：
IN AL，STATUS_PORT TEST AL，80H JE POOL
IN AL，DATA _PORT
；读状态口 ；设状态信息在D7位 ；READY=0，未准备好，
继续查询
；准备好，读数据
第六章 输入输出与中断
➢ （一）无条件传送（同步传送）
✓ 对象：简单的外设，如开关、继电器、7段显示器等。 ✓ 指令：IN ，OUT ✓ 数据量：少
至输出设备的数 据
锁存器 CE
AB
M/IO
端口地址 译码
&
WR
三态 缓冲器
CE
来自输入设备的数据
&
RD
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 例：同步传送数据采集系统
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 3、例：一个采用查询方式的数据采集系统
DB
CPU
8 bits
03 02
A/D
READY D4模拟信号8 bits04
D0,D1,D2
UA0
MUX
UA7
…..
采集要求： 1、初始化 2、停止A/D转换 3、启动转换，查READY状态 4、若READY=1，则从 03 口读数 5、设置下一通道和内存单元
CPU
AB
DB
MEM
CB
I/O电路
控制线
数据线
I/O设备
第六章 输入输出与中断
6.1 输入输出接口概述
❖ 二、接口电路的基本结构
➢ 三类信息：数据、状态、控制 ➢ 数据信息：
✓ 数字量 ✓ 模拟量 ✓ 开关量
➢ 状态信息：READY？ BUSY？ ➢ 控制信息：控制外设的启动和停止
第六章 输入输出与中断
第六章 输入输出与中断
第六章 输入输出与中断
❖ 6.1 输入输出接口概述
❖ 一、CPU与外设间的连接 ❖ 二、接口电路的基本结构
❖ 6.2 CPU与外设数据传送的方式
❖ 一、程序传送 ❖ 二、中断传送 ❖ 三、直接存储器存取（DMA）传送
❖ 6.3 中断技术
❖ 一、中断概述 ❖ 二、单个中断源的中断 ❖ 三、向量中断 ❖ 四、中断优先权
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 2、程序查询输出
程序流程： 输入状态信息
NO
BUSY=1？
YES
输出数据
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 查询输出方式接口电路
锁存器
外 设
BUSY
D触发器
&
DB form CPU
WR
地址译码 AB
&
RD
三态 缓冲器
BUSY
to CPU
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 查询输出方式接口程序
POOL：
IN AL，STATUS_PORT
TEST AL，80H
JNE POOL
MOV AL，STORE
OUT DATA_PORT，AL
；读状态口 ；设状态信息在D7位 ；BUSY=1，未空闲， 继续查询 ；取数据 ；输出数据
第六章 输入输出与中断
OUT 20H，AL
；P0合，K0接通
CALL NEAR DELAY2 ；继电器建立时间
电压表转换时间
IN AX，10H
；10H、11H端口输入
MOV [BX]，AX
INC BX
INC BX
RCL DH，1
；DH左移1位，带进位循环
JNC AGAIN
；8个通道是否都采完？
……………………...
第六章 输入输出与中断
CPU
数据总线
8位
8位
10H 11H
8位
8位
4位数字电压表
8位
20H
缓冲器 功率放大器
k0 ………….. k7
P0 ………….. P7
采集过程： （1）段开所有继电器 （2）延迟---采集---延迟 （3）将电压表数据传入内存 （4）用循环和移位实现8个通道的轮流采集
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 一、程序传送（用IN 、OUT指令）
➢ （二）查询传送（条件传送——异步传送）
✓ 在执行IN 或OUT 时检查条件： – 输入时：外设数据就绪？ – 输出时：外设空闲？
1、程序查询输入 2、程序查询输出 3、查询方式的数据采集系统
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 采集程序：
START： ABAIN：
MOV DX，0100H ；DH=01H，K0吸合
；DL=00H，继电器全断
LEA BX，DSTOR ；置数据缓冲 器地址
XOR AL，AL
；AL清零
MOV AL，DL
OUT 20H，AL
；断开所有继电器
CALL NEAR DELAY1 ；继电器建立时间
MOV AL，DH
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 数据传送三种方式
➢ 程序传送
✓ （一）无条件传送（同步传送） ✓ （二）程序查询传送（异步传送 或 条件传送）
➢ 中断传送 ➢ 直接存储器存取（DMA）传送
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 一、程序传送（用IN 、OUT指令）
❖ 6.4 8086/8088的中断系统和中断处理
❖ 一、8086/8088的中断系统 ❖ 二、8086/8088的中断处理过程 ❖ 三、中断向量表 ❖ 四、可屏蔽中断的过程 ❖ 五、中断响应时序 ❖ 六、中断服务子程序设计
第六章 输入输出与中断
6.1 输入输出接口概述
❖ 一、CPU与外设间的连接
❖ 1、程序查询输入
程序流程： 输入状态信息
NO
READY=1？
YES
输入数据
第六章 输入输出与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
❖ 查询输入方式接口电路
数据端口 译码输出
&
RD
锁
三态
外 设
存 器
缓冲器 DATA
DB to CPU
地址 译码
AB
D 触发器
三态 缓冲器
STATUS
READY
& RD
CPU
6.1 输入输出接口概述
AB DB M/IO RD WR INTR
接口
数据I/O缓冲器
DATA
状态寄存器
命令控制寄存器
STATUS CONTROL
I/O 设备
中断控制逻辑
接口电路特点
• 数据、状态、控制信息分别通过不同端口传送 • 外设状态和CPU的控制命令可以作为数据通过数据总线传送 • 端口地址由地址总线的低8为或低16位确定