微机原理第6章_3学分

第六章输入/输出方式与接口芯片第一节输入/输出方式第二节中断第三节可编程定时/计数器8254及其应用第四节可编程并行I/O接口芯片8255A及其应用第五节可编程中断控制器8259及其应用第一节输入/输出方式●教学目标介绍I/O 接口的基本概念介绍I/O端口的编址方式介绍CPU与外设间的数据传送关系●学习要求掌握I/O接口的基本功能，了解接口的一般结构熟悉I/O端口的编址方式，了解IN/OUT指令的执行过程掌握微机与外设的各种传送方式，了解DMA传送过程一、I/O接口1）I/O接口的基本概念I/O接口是连接CPU与外设的逻辑控制部件，它主要在CPU与外设间起着传输状态与命令信息，实现数据的缓冲、数据格式转换等作用。

它的主要功能有：选择外设对外设进行控制和监视进行数据寄存和缓冲进行数据格式转换进行信号电平转换I/O接口的分类并行I/O接口和串行I/O接口可编程接口和不可编程接口专用接口和通用接口2）I/O接口的基本结构主要包含有数据端口、状态端口和控制端口数据端口用于存放数据信息，包括数据输入寄存器和数据输出寄存器，主要作用是协调CPU和外设之间的数据传输速度。

控制端口用于存放控制信息，控制信息是CPU通过接口传送给外设的，其主要作用是控制外设工作，如控制输入输出装置的启/停等。

状态端口用于存放状态信息，即反映外设当前工作的状态信息，CPU可通过读取这些信息，了解外设当前的工作情况。

3）I/O端口的寻址方式在一个微机系统中既有存储单元地址又有I/O端口地址，根据两者地址的不同安排可分为以下两种寻址方式。

存储器统一编址在这种方式中，把I/O端口作为存储器的一个单元来对待，即每个端口占用一个存储单元地址。

此时，对I/O端口操作可以使用全部的存储器指令，而不必另设专门的I/O指令。

由于该方式是将I/O地址映射到了存储器地址空间，所以也称为存储器映像方式。

I/O端口独立编址在这种方式下，I/O端口与存储器各自独立编址，这样存储器地址和I/O端口地址可以重叠。

此时，C P U利用专门的I/O指令来操作I/O端口以防混淆。

I N指令的执行过程例1 一组开关状态的检测MOV DX，210H 74LS244+5V┅IN AL，DX D0接数据总线DB Y A K0 YENA K1 YENA K2 YENA K3 Y EN A K4 Y EN AK5 YENAK6 EN K7D7 210HIOR Y AEN三态缓冲器M/IOW/RIORD 0D CLK Q LED 0 × R D Q CLK LED 1 × R D Q CLK D Q CLK LED 2 × R LED 3 × R D LED 4 × R Q CLK D LED 5 CLK Q × R D Q CLK LED 6 × D 7D Q CLK八D 锁存器LED 7 ×MOV R R DX ，212H M/IO MOVAL ，00H IOWW/ROUTDX ，AL例2利用微机控制发光二极管LED 的状态74LS273+5V212H IOW数 据 总 线┋ Q 0 Q 1┋ 数 据 总 线例3 利用开关Ki 控制小灯LEDi 的状态设开关Ki 闭合，小灯LEDi 亮开关Ki 断开，小灯LEDi 灭START ：IN AL ，90HNOT AL OUT 91H ，AL JMP START或：+5V R K 0K 1┋K 7R74LS244D 0┋ D 774LS27390HIORSTART ：MOV DX ，90HIN AL ，DXR ×LED 0R×L ED 1NOT AL INC DX +5V┋┋R×L ED 7OUT DX ，AL JMP START91H IOWY 0 Y 1 A 0 A 1 CLKD 7Q 7 D 0 D 1┋ ┋A 7 Y 7 ENR ┅4.DMA方式在主存与外设间建立直接数据通道，进行数据传送。

特点：传送过程不需CPU干预，速度快。

其传送过程受专用硬件DMAC控制。

无条件、查询、中断均属于程控式，而DMA方式是非程控方式。

区别如下：程控CPU MOVMOVINM直接通道DMAC 联络OUT 外设5.I/O处理机传送方式该方式中，IOP处理机用自己专门的指令和程序，负责输入输出。

此时主CPU将只负责“数据处理”工作。

第二节中断●教学目标介绍中断的有关基本概念●学习要求了解什么是中断及中断类型了解什么是中断向量，熟悉中断向量表的设置方式了解中断响应的条件及中断响应的过程了解多中断源时的中断识别与管理方法一、中断的基本概念1.什么是中断在CPU正常运行程序时，由于内部或外部某个非预料事件的发生，使CPU暂停正在运行的程序，而转去执行处理引起中断事件的程序，然后再返回被中断了的程序，继续执行。

这个过程就是中断。

CPU执行流程非预料事件1非预料事件2中断服务程序1中断服务程序22.中断源与中断向量表1)中断源能够引发CPU中断的信息源,称为中断源。

80X86微机系统中最多允许有256种中断源，其中中断源类型编号为0～255。

按中断源的性质可以把中断分为内中断和外中断两类。

内中断（软中断）指CPU执行某些特殊操作或由INT指令引起的中断，通常分为以下三类：除数为零或OF=1时执行INTO指令引起②使用调试程序中的单步或断点设置操作引起③执行INTn 指令引起外中断（硬中断）指外部芯片通过CPU的INTR、NMI两条外部中断请求输入线向CPU申请中断请求而引起的中断。

非屏蔽中断它通过CPU NMI引脚产生，当NMI上有正跳变信号时，即产生一个内部引导的类型2中断。

即NMI引脚上的中断请求不受IF标志的控制，IF不能屏蔽NMI引脚上的中断请求。

②可屏蔽中断它是通过CPU的INTR引脚产生，当INTR上有高电平信号且中断允许标志位IF置“1”时即产生中断。

CPU是否响应INTR引脚上的中断请求取决于IF标志：IF=1，CPU响应INTR引脚上的中断请求IF=0，CPU不响应INTR引脚上的中断请求即当IF=0时，将INTR引脚上的中断申请屏蔽。

0: 0000 0: N ×4 0: N ×4+21000:150h : :0200h 3000h: :MOV AX, 0 ADD AX, DXMOV [DI],AX 、:从中断子程返回断点处，靠的是执行中断子程最后的指令IRET ;从堆栈中取出断点地址给CS:IP ，继 续执行被中断的程序。

故中断子程最后要安排 IRET 指令。

堆栈 执行 IRET 后 3000:200h:MOV BX,CX : :SS:SP(IP) (CS) (F) IRET:SS:SP内存0150 1000 (F)3)中断向量表的设置当CPU响应中断时，将从中断向量表中读取中断向量送给CS和IP，转去执行中断服务程序。

因此，用户必须将中断服务程序的入口地址填入系统的中断向量表中，填入的方法有两种。

用程序设置中断向量表假设中断类型号为32H，中断服务程序入口处的标号为INTSUB。

┆CLIMOV AX，0MOV ES，AXMOV DI，4*32HLEA AX，INTSUBCLDSTOSWMOV AX，SEG INTSUB STOSW┆INTH：┆3.中断优先级与中断嵌套1)中断优先级当有多个中断源同时产生中断申请时，CPU先响应优先权最高的中断源，再响应优先级较低的中断源。

2)中断嵌套当多个中断源同时发出中断请求时，CPU按照中断优先权的高低顺序,依次响应。

这种中断套中断的过程称为中断嵌套。

中断嵌套可以有多级，具体级数原则上不限，主要取决于堆栈区的大小（因为中断处理前后均需要保护断点和现场，而断点信息和现场数据的保护是通过堆栈来完成的）。

4.CPU响应中断的条件CPU内部中断是开放的。

②现行指令内无总线请求，没有更高优先级别的中断请求正在被响应或正发出、正挂起。

③CPU在现行指令结束后，即运行到最后一个机器周期的最后一个T状态时，才能采样INTR线而响应可能提出了的外中断请求。

5.中断处理过程内中断处理过程CPU自动产生中断类型号n；②（SP）-2→（SP），标志寄存器F内容入栈；③（SP）-2→（SP），当前代码段CS内容入栈；④（SP）-2→（SP），当前指令计数器IP内容入栈；⑤禁止外部中断IF＝0，禁止单步中断TF＝0；外中断（INTR）执行过程CPU发出两个中断响应信号INTA，第二个INTA时，CPU从当前数据总线上取中断⑥首先从中断向量表中取4*N单元的字内容送IP，然后再取4*N＋2单元里的内容送CS；⑦转中断服务程序；⑧执行中断服务程序并返回，弹出IP，CS，F，返回断点，继续执行。

6.多中断源的中断源识别与优先级管理中断优先级编码电路菊花环（或称为链式）排队电路第三节可编程定时器/计数器8254及其应用●教学目标介绍定时器/计数器的基本概念介绍可编程定时器/计数器芯片8254●学习要求了解定时器/计数器的基本工作原理熟悉8254的主要功能、基本结构及工作过程掌握8254的使用方法一、概述微机系统实现定时功能，主要有三种方法：软件定时、不可编程硬件定时和可编程硬件定时。

软件定时是通过执行一个固定的程序段来实现定时。

由于CPU执行每条指令都需要一定时间，因此执行一个固定的程序段就需要一个固定的时间。

定时或延时时间的长短可通过改变循环次数来控制。

不可编程的硬件定时常采用中小规模集成电路实现。

如使用555 定时器等，硬件定时方案不占用CPU时间，但电路连接好后，定时值就不能改变。

可编程硬件定时用可编程定时器/计数器来实现，本节主要介绍IBM PC系列微机使用的Intel 8254可编程定时器/计数器。

二、8254的内部结构和引脚功能计数器0、1、2的内部结构16位初值寄存器由CPU 分两次写入16位减1计数器：在CLK的作用下，对计数初值N进行减1，当减为0时,在OUT 引脚上产生回零时间到信号16位锁存器其值随减1计数器改变而改变四、8254的工作方式五、8254的编程1.方式控制字2.计数初值（N）定时时间T= CLK时钟周期t CL×计数初值（N）N=T/t CL计数时：计数初值N即为所需脉冲数例：选计数器通道0为计数方式，每计50个脉冲中断一次；计数器通道1为定时方式，定时时间为20ms （设CLK1 引入的时钟频率为2MH Z），请编制出有关的初始化程序。

通道0的方式控制字②通道0的计数初值③通道1的计数初值④通道1的方式控制字（只读/写低字节、方式2、BCD计数）0 0 0 1 0 1 0 1 BN=50D20ms=0.5μs×NN=20ms/0.5 μs=40000D0 1 1 1 0 1 0 0 B初始化程序如下：MOV DX，20FH；计数器0初始MOV AL，00010101BOUT DX，ALMOV DX，20CH；计数器0送TCMOV AL，50HOUT DX，ALMOV DX，20FH ；计数器1初始MOV AL，01110100BOUT DX，ALMOV DX，20DH；计数器1送TCMOV AX，40000DOUT DX，AL；先写低字节MOV AL，AHOUT DX，AL；后写高字节六、计数器量程的扩展例如：在时钟频率为2MH Z前提下，要求利用8254某通道完成1秒钟的定时16位计数器，TC的最大值为：0 （65536次）最大定时时间为TT=65536×0.5us≈33ms＜1s定时1s所需的时间初值为TC = 1s/0.5us = 1×106/0.5 = 2000000DCS GATE 0 GATE 1 A 1A 0 CLK 0 OUT 0 RDWR D 0 CLK 1 OUT 1D 7软件法设置中断次数计数器② 硬件法—— 级联通道0定时20ms 中断一次 中断次数计数器计50次即1s8254 ＋5V时钟信号 系统总线此时，通道0定时20ms通道1计数50次可完成1s 定时！～第四节可编程并行I/O接口芯片8255及其应用●教学目标介绍并行与串行接口的基本概念介绍可编程并行接口芯片8255A●学习要求了解并行与串行接口的基本功能熟悉并行接口8255A的主要功能、基本结构及工作过程掌握8255A的使用方法二、8255的内部结构和引脚功能四、8255的工作方式8255A有三种工作方式：方式0、方式1、方式21.方式0：基本输入输出方式这种方式下，端口与外设间不需要联络信号。