第5章輸入輸出技術(shù)

1、西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.1 概述概述 5.2 中斷方式中斷方式5.3 直接存貯器存取直接存貯器存取(DMA)西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.1 概述概述 5.1.1 外設(shè)接口的編址方式: 兩種 1.外設(shè)地址與內(nèi)存地址統(tǒng)一編址 這種編址方式又稱為存貯器映射編址方式。在這種編址方式中，將外設(shè)接口地址和內(nèi)部存貯器地址統(tǒng)一安排在內(nèi)存的地址空間中。 原則上，用于內(nèi)存的指令可以用于外設(shè)。但內(nèi)存的可用范圍相對減少。 Motorola的68系列和65系列微型機中

2、廣泛應(yīng)用。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2. 外設(shè)與內(nèi)存獨立編址 在這種編址方法中，內(nèi)存地址空間和外設(shè)地址空間是相互獨立的。 以8088為例，內(nèi)存地址為連續(xù)的1M字節(jié)，從00000H至FFFFFH，而外設(shè)的地址為0000H至FFFFH。由IO/M來區(qū)分。 各有自己的指令和尋址空間，但用于外設(shè)的指令功能較弱，這種編址方式在Z80和Intel80系列中有廣泛應(yīng)用。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.1.2 輸入輸出的基本方法 在微型計算機系統(tǒng)中，主要的輸入輸出方法有以下4種： 無條件傳送。 查詢方式

3、。 中斷方式。 直接存貯器存取(DMA)方式。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 1.無條件傳送 在微機系統(tǒng)中，有一些簡單的外設(shè)。當(dāng)它們工作時，隨時都準(zhǔn)備好接收CPU的輸出數(shù)據(jù)或它們的數(shù)據(jù)隨時都是準(zhǔn)備好的，CPU什么時候讀均可以正確地讀到他們的數(shù)據(jù)。CPU可以無條件的向外設(shè)傳送數(shù)據(jù)。 下面看看無條件傳輸?shù)膬蓚€例子。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.1 開關(guān)K的輸入接口 74LS24474LS244地址為FFF7H西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 無條件數(shù)

4、據(jù)傳送的另一個例子如圖5.2表示。圖中外設(shè)是簡單的發(fā)光二極管。此外設(shè)的接口用鎖存器(273)來實現(xiàn)。鎖存器在打入脈沖CP上升沿將輸入端D的數(shù)據(jù)鎖存在它的輸出Q端。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.2 鎖存器輸出接口 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.2中，鎖存器作為輸出接口，其外設(shè)地址為0000H。當(dāng)CPU執(zhí)行如下指令時，即可將圖中兩個發(fā)光二極管點亮。 MOV AL，81H MOV DX，0000H OUT DX，AL 當(dāng)執(zhí)行OUT指令時，CP端會有負脈沖產(chǎn)生，這就可以將數(shù)據(jù)線上的81H鎖

5、存在輸出端，從而點亮發(fā)光二極管。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2.查詢方式 無條件傳送對于那些慢速的或總是準(zhǔn)備好的外設(shè)是適用的。對并不總是準(zhǔn)備好的外設(shè)則可以采用查詢的方式。通常要求外設(shè)提供一個狀態(tài)信息。 查詢方式：計算機利用程序不斷地詢問外設(shè)的狀態(tài)，根據(jù)外設(shè)狀態(tài)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 圖5.3 查詢工作方式示意圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (1) 單一外設(shè)的查詢工作 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都要首先查詢外設(shè)狀況，其數(shù)據(jù)的輸入和輸出可簡要的用圖5.4所示流程來表示。 為了說明查詢方式工作的過程，以如圖

6、5.5所示例子加以說明。 由圖5.5可以看到，數(shù)據(jù)輸出口和狀態(tài)輸入口共用一個地址00FFH。前者是只寫的，而后者是只讀的?，F(xiàn)欲將48000H為首地址的順序100單元的數(shù)據(jù)，利用查詢方式輸出到此外設(shè)，其程序可簡寫如下：西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) START： MOV AX,4000H MOV DS，AX MOV SI，8000H MOV CX，100GOON：MOV DX，00FFHWAIT： IN AL，DX AND AL，01H JZ WAIT MOV AL，SI OUT DX，AL INC SI LOOP GOON RET 西安理工大學(xué)教

7、學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (2) 多個外設(shè)查詢方式工作 通常，當(dāng)系統(tǒng)有多個外設(shè)時，可利用如圖5.6所示方式查詢。 從圖5.6可以看出，CPU逐個對外設(shè)進行查詢。若發(fā)現(xiàn)哪個外設(shè)準(zhǔn)備就緒，就對該外設(shè)實施數(shù)據(jù)傳送。然后再對下一個外設(shè)查詢，依次循環(huán)。 在查詢過程中，CPU不能做別的事，大大降低了CPU的效率，而且不能對外設(shè)進行實時數(shù)據(jù)交換。對實時性要求較高的外設(shè)，可能丟失數(shù)據(jù)。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工

8、大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.6 多個外設(shè)查詢方式工作流程 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.2 中斷方式中斷方式 無條件傳送是用于慢速外設(shè)，查詢方式適用于慢速和中速外設(shè)。 而利用中斷方式傳送數(shù)據(jù)，可以大大提高CPU效率，對外設(shè)的請求作出實時響應(yīng)。 5.2.1 中斷的基本概念 1.中斷的概念及中斷源分類 在CPU執(zhí)行程序過程中，由于某種事件發(fā)生，強迫CPU暫時停止正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)向?qū)Πl(fā)生的事件進行處理，事件處理結(jié)束后又能回到原中止的程序，接著中止前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，這一過程稱為中斷。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安

9、理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 引起中斷的事件稱為中斷源，分為內(nèi)部和外部兩種。 外部中斷源產(chǎn)生引起中斷的事件。由INTR和NMI告訴CPU已發(fā)生了中斷事件。 INTR通常稱為可屏蔽中斷輸入信號，高電平有效表示外部中斷源提出中斷請求。 NMI稱為非屏蔽中斷請求輸入信號，上升沿有效。 當(dāng)然不同的CPU信號的有效性不一樣。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2. 中斷響應(yīng)的一般過程 (1)中斷請求 當(dāng)外設(shè)要求CPU為它服務(wù)時，便在CPU的中斷請求輸入端加一個電平信號。 注意：a.有效的中斷請求電平必須保持到被CPU發(fā)現(xiàn)；b.當(dāng)CP

10、U響應(yīng)請求后，應(yīng)當(dāng)把有效的請求電平去掉。 (2)中斷承認(rèn) CPU在每條指令執(zhí)行的最后一個時鐘周期檢測中斷請求輸入端有無請求發(fā)生，而后決定是否對它做出響應(yīng)。CPU承認(rèn)一個中斷請求，必須滿足以下4個條件：西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) a.一條指令執(zhí)行結(jié)束。 b.CPU處于開中斷狀態(tài)，即IF=1。 c.沒有發(fā)生復(fù)位(RESET)、保持(HOLD)和非屏蔽中斷請求(NMI)。 d.開中斷指令(STI)、中斷返回指令(IRET)執(zhí)行完，還需再執(zhí)行一條指令才能響應(yīng)INTR請求。 (3) 斷點保護：分硬件保護和軟件保護兩類 硬件保護：關(guān)中斷，將PSW,CS,

11、IP壓入堆棧。 軟件保護：硬件未保護的、對被中斷程序來說需要保護的寄存器。 (4)中斷源識別 有兩種常用的確定中斷源的方法： 軟件查詢：需要硬件支持，如圖5.7。 中斷矢量法：利用不同中斷源提供不同的中斷矢量的方法。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.7 查詢中斷源所用的硬件西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.8 軟件查詢中斷源流程圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (5) 中斷服務(wù) 中斷服務(wù)程序分為兩種情況。如圖5.9所示，第一種是不允許被中斷

12、的中斷服務(wù)程序。 第二種是可以被中斷的中斷服務(wù)程序，其流程圖如圖5.10所示。 (6) 斷點恢復(fù)：將壓入堆棧的寄存器內(nèi)容彈出。 (7) 中斷返回 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.9 不允許中斷的中斷服務(wù)程序流程西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.10 允許中斷的中斷服務(wù)程序流程圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 3. 中斷優(yōu)先級及中斷嵌套 當(dāng)微型計算機系統(tǒng)中存在著多個中斷源，在這些中斷源提出中斷請求后，要求CPU對其響應(yīng)的快慢程度是不一樣的。為

13、了能根據(jù)中斷源的輕重緩急對多個中斷進行合理的響應(yīng)，在微型機中提出了中斷優(yōu)先級的控制問題。 中斷優(yōu)先級控制應(yīng)當(dāng)解決這樣兩種可能出現(xiàn)的情況： 當(dāng)不同優(yōu)先級的多個中斷源同時提出中斷請求時，CPU首先響應(yīng)最高優(yōu)先級的中斷源。 當(dāng)CPU正在對某一中斷源服務(wù)時，比它優(yōu)先級更高的中斷源提出中斷請求時，CPU能夠中斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序而去對優(yōu)先級更高的中斷源進行服務(wù)。 中斷嵌套：優(yōu)先級高的中斷源可以中斷優(yōu)先級低的中斷服務(wù)程序，這種中斷服務(wù)程序套中斷服務(wù)程序的現(xiàn)象稱為中斷嵌套。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.11 中斷嵌套示意圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安

14、理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.2.2 8086(8088)的中斷系統(tǒng) 8086(88)具有功能很強的中斷系統(tǒng)，可以處理256個不同方式的中斷。每一個中斷賦予一個中斷向量碼，CPU根據(jù)向量碼的不同來識別不同的中斷源。 1. 內(nèi)部中斷源 8086(88)的內(nèi)部中斷主要有5種。 (1) 除法錯中斷：向量碼為0 (2) 單步中斷：檢測TF標(biāo)志，向量碼為1 (3) 斷點中斷：用于設(shè)置斷點，向量碼為3 (4) 溢出中斷：檢測OF標(biāo)志，向量碼為4 (5)用戶自定義的軟件中斷INTn西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2. 外部中斷 8

15、086(88)有兩個信號輸入端供外部中斷源提出中斷請求，下面分別予以說明。 (1) 非屏蔽中斷NMI：不受IF的約束，只要CPU在正常執(zhí)行程序，一旦NMI請求發(fā)生，CPU在一條指令執(zhí)行結(jié)束后將對它作出響應(yīng)。NMI為上升沿有效，當(dāng)響應(yīng)中斷請求時，由其內(nèi)部產(chǎn)生中斷向量碼2，該向量碼決定非屏蔽中斷服務(wù)程序的入口地址。 (2) 可屏蔽中斷請求INTR：受IF的約束，高電平有效。如圖5.12。 注意INTR中斷與內(nèi)部中斷和外部NMI的區(qū)別。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.12 INTR中斷響應(yīng)時序 由外部中斷控制器提供西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)

16、教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.13 8086(88)的中斷響應(yīng)過程 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 綜上所述，我們用圖5.13表示8086(88)CPU響應(yīng)中斷的處理過程。對圖5.13作如下說明： 在8086(88)CPU中，內(nèi)部中斷的除法錯、溢出、斷點及用戶自定義軟件中斷的優(yōu)先級最高，其次是NMI。 ，再有是INTR，最低的是單步中斷。 從圖5.13可以看到，各中斷的處理過程大致是相同的。 在中斷響應(yīng)過程中，獲取中斷向量碼的方式是各不相同的；但獲得中斷向量碼之后的過程則是一樣的。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿

17、 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 特別應(yīng)提醒讀者注意的是，圖5.13的整個過程，從發(fā)現(xiàn)有中斷直到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序這一復(fù)雜的過程，是由CPU硬件自動完成的。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 3. 中斷向量表 在8086(88)內(nèi)存的開始1K字節(jié)建立了一個中斷向量表，如圖5.14所示。從中斷向量表中我們可以看到，利用該表，將不同的中斷源與其相對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口聯(lián)系在一起。知道了中斷源，利用中斷向量表可以自動地轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.14 中斷向量表 西安理工

18、大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.2.3 中斷控制器8259 中斷控制器8259能對8個或通過級聯(lián)對更多中斷源實現(xiàn)優(yōu)先級控制。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 在以后的內(nèi)容中，我們將會接觸到一些可編程器件，如：8255，8253，8259等，這些器件相對復(fù)雜、靈活，大家從以下方面去掌握它： 弄清芯片外部引線以便將它們連接到系統(tǒng)中； 了解它們的工作方式和工作特點，以便有選擇地應(yīng)用它們的某些工作方式； 理解芯片內(nèi)部的控制字、命令字，以便對它們進行編程； 了解每塊芯片所占的地址，以便具體進行連接； 在上述基礎(chǔ)上

19、實現(xiàn)對芯片的初始化及具體應(yīng)用。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 下面我們就開始具體介紹可編程中斷控制器8259。 1. 8259的外部引線 可編程中斷控制器8259外部引線圖如圖5.15所示。 D0D7為雙向數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)線相連接。 、 為寫和讀控制信號，與系統(tǒng)總線的讀寫信號相連接。 為片選信號，只有 為低電平時，才能實現(xiàn)CPU對8259的寫或讀操作。 A0是8259內(nèi)部寄存器的選擇信號。 WRRDCSCS西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) INT為8259的中斷請求輸出信號，可直接接到CPU的

20、INTR輸入端。 為中斷響應(yīng)輸入信號。 CAS0CAS2為級聯(lián)控制線。 為雙功能引線。 IR0IR7中斷請求輸入端。 8259的內(nèi)部有多個寄存器，其中包括： 中斷請求寄存器(IRR)，其內(nèi)部保存著所有外部中斷源IR0IR7的中斷請求狀態(tài)。 /SP ENINTA西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 中斷服務(wù)寄存器(ISR)，用來保存所有正在服務(wù)的中斷源。當(dāng)8259收到中斷結(jié)束命令時，其寄存的狀態(tài)進行調(diào)整。 中斷屏蔽寄存器(IMR)，保存著被屏蔽的所有中斷源。其屏蔽功能可用命令修改。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出

21、技術(shù) 圖5.15 8259引線圖西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.16 8259的內(nèi)部框圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2. 8259的工作方式 通過編程，可以設(shè)置8259的不同工作方式，以便適應(yīng)不同環(huán)境的需要。這也說明8259工作的靈活性和適應(yīng)性。 (1) 8080/85與8086/88工作模式 a)8080/85工作模式，響應(yīng)中斷過程中，CPU發(fā)送連續(xù)的3個INTA脈沖，第一個發(fā)送CALL指令的操作碼CDH給CPU，第二個發(fā)送中斷入口地址的低八位，第三個發(fā)送中斷入口地址的高八位。中斷服務(wù)

22、程序的入口地址可通過編程由用戶指定，每個中斷源入口地址的間隔可是4個字節(jié)或8個字節(jié)，由用戶編程定，見圖5.17。 b)在8086/88模式下，響應(yīng)中斷過程中，CPU發(fā)送連續(xù)的2個INTA脈沖，第一個被8259忽略，第二個發(fā)送中斷源的一個字節(jié)的向量碼給CPU。由T7T3確定向量碼。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.17 8080/85模式下第二中斷響應(yīng)字節(jié) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (2) 特殊屏蔽方式 在正常情

23、況下，當(dāng)一個中斷請求被響應(yīng)時，8259將禁止所有同級及更低優(yōu)先級中斷請求，這就稱為一般屏蔽方式。 但是，在一特殊情況下，希望也允許較低優(yōu)先級的中斷請求產(chǎn)生中斷。這時，可用特殊屏蔽方式。要做到這一點，需要利用后面將要提到的8259初始化命令字。 一個特殊屏蔽方式的示意圖如圖5.19所示，其中SMM等需要參看后面的命令字的定義。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.19 特殊屏蔽示意圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (3) 中斷結(jié)束 8259中，中斷結(jié)束是利用復(fù)位ISR中的相應(yīng)位來實現(xiàn)的。具體有兩種方

24、法： 自動結(jié)束：由初始化設(shè)置ICW4確定 利用命令結(jié)束：操作OCW2的相關(guān)命令實現(xiàn) (a)一般中斷結(jié)束命令(EOI)：用于中斷嵌套。 (b)特殊中斷結(jié)束命令(SEOI)：用于特殊屏蔽方式。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 4)優(yōu)先級循環(huán) 根據(jù)8259命令字的規(guī)定，它有兩種優(yōu)先級規(guī)定：循環(huán)優(yōu)先級和固定優(yōu)先級。 固定優(yōu)先級：規(guī)定8個中斷源以IR0的優(yōu)先級最高，IR7最低，順序固定不變。 循環(huán)優(yōu)先級有3個結(jié)構(gòu)： 自動優(yōu)先級循環(huán)：用于中斷源具有相等優(yōu)先級的情況。 指定優(yōu)先級循環(huán)：利用命令一次性改變優(yōu)先級。 自動結(jié)束方式下的優(yōu)先級循環(huán) (5)查詢狀態(tài) 通過

25、將操作命令字OCW3中的P位置1(后面要提到)，可以查詢8259的狀態(tài)。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.20 查詢時讀出的狀態(tài)字節(jié) I=1表示有中斷，I=0表示無中斷；W0W2的編碼表示請求中斷的中斷源的最高優(yōu)先級。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 3. 8259的內(nèi)部控制字 對8259的編程包括兩類：初始化命令字和操作命令字。 (1)初始化命令字 初始化命令字ICW1。在A0=0,D4=1時為寫入，各位的功能見圖5.21。 初始化命令字ICW2。 初始化命令字ICW3。 初始化命令字ICW4

26、。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.21 初始化命令字1(ICW1) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.22 初始化命令字2(ICW2)在8080/85模式下，為中斷入口的高8位地址；在8086/88模式下，提供不同中斷源的中斷向量碼。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.23 初始化命令字3(ICW3) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.24 初始化命令字4(ICW4) 西安理工大學(xué)教學(xué)講

27、稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (2) 操作命令字OCW：在初始化完后，可在8259工作的任何期間寫操作命令字。 操作命令字OCW1。 操作命令字OCW2。 操作命令字OCW3。 圖5.25 操作命令字1(OCW1) 用于設(shè)置對8259中斷的屏蔽操作，某位置1為屏蔽。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) OCW2命令字用于設(shè)置優(yōu)先級是否循環(huán)，循環(huán)方式及中斷結(jié)束方式。 R為優(yōu)先級循環(huán)控制位，R=1為循環(huán)優(yōu)先級；R=0為固定優(yōu)先級。 L2、L1、L0為系統(tǒng)最低優(yōu)先級編碼，用它們來指定哪個IR優(yōu)先級最低。 EOI是中斷結(jié)束命令。

28、該位為1時，將復(fù)位現(xiàn)行中斷的中斷服務(wù)寄存器中的相應(yīng)位。在非自動EOI的情況下，需要用OCW2來復(fù)位當(dāng)前最高優(yōu)先級所對應(yīng)的位。 SL用于選擇L2、L1、L0編碼。當(dāng)SL=1時，L2L0編碼有效。SL=0時，L2L0編碼無效。除上述所說的外，R，SL，EOI編碼功能見圖5.26和表5.1。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.26 操作命令字2(OCW2) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 表5.1 OCW2控制格式 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 操作命令

29、字OCW3。OCW3可用以設(shè)置查詢方式、特殊屏蔽方式以及讀8259的中斷請求寄存器IRR、中斷服務(wù)寄存器ISR、中斷屏蔽寄存器IMR的當(dāng)前狀態(tài)。OCW3各位功能如圖5.27所示。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.27 操作命令字3(OCW3) 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 4. 8259的尋址與連接 為了使8259按照設(shè)計者的要求工作，就需要利用軟件將初始化命令及操作命令字寫入8259；另一方面為了知道8259的工作狀態(tài)，又必須將其內(nèi)部的一些寄存器的內(nèi)容讀出來。對寄存器和命令的訪問控制如表5

30、.2所示。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 表5.2 8259寄存器及命令的訪問控制 利用/CS有效選中8259，利用A0來尋址不同的寄存器和命令字。由于8259在硬件系統(tǒng)中只占兩個外設(shè)接口地址，因此需利用命令中的D3、D4及寫入順序來區(qū)分。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.28 8259與系統(tǒng)總線的連接 部分地址譯碼，地址為FF00FF07西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5. 8259的初始化使用 下面是8259的初始化程序：SET59A：MOV

31、DX,0FF00H ;8259A的地址，A0=0 MOV AL，13H ; ICW1，LT1M=0,單 片 ,需要ICW4 OUT DX，AL MOV DX，0FF02H ;8259地址，此時A0=1 MOV AL，48H ;ICW2，中斷向量碼 OUT DX，AL西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) MOV AL，03H ;ICW4，8086/88模式，自動 EOI，非緩沖方式,一般全 嵌套 OUT DX，AL MOV AL，0E0H ; OCW1，屏蔽IR5，IR6，IR7 因為未用到這3個中斷輸入 OUT DX，AL西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大

32、學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.29 8259的初始化順序 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 先將數(shù)寫入IMR，再把它讀出來校驗MOV DX,0FF02HMOV AL，0；取OCW1為00HOUT DX，AL；取00H寫入IMRIN AL，DX；讀IMROR AL，AL；判斷其內(nèi)容為00H否JNZ IMERRMOV AL，0FFHOUT DX，ALIN AL，DXADD AL，1JNZ IMERR西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 在讀IMR時，可直接在對應(yīng)A0=1的地址上讀出；但

33、要讀IRR或ISR時，則必須先向8259寫入一個命令字OCW3。以下是讀出ISR內(nèi)容的一段程序： MOV DX,0FF00H ;對應(yīng)A0=0 MOV AL，0BH ；0BH為OCW3內(nèi)容 OUT DX，AL ；OCW3寫入8259 IN AL，DX ；讀出ISR的內(nèi)容，放在 AL中西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 把定時器產(chǎn)生的周期為20MS的方波加到圖5.28的IR0上，初始化上升沿產(chǎn)生中斷，具體做法如下：(1) 編寫20ms中斷服務(wù)程序CLOCK PROC FAR PUSH AX PUSH SI MOV AX，SEG TIMER MOV DS，

34、AX MOV SI，OFFSET TIMER MOV AL，SI ;取50次計數(shù) INC AL MOVSI,AL西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) CMP AL，50 ；判1s到否?JNE TRNEDMOV AL，0MOV SI,AL MOV AL,SI+1 ;取60s計數(shù)ADD AL，1DAAMOV SI+1,AL CMP AL,60H ;判1min到否?JNE TRNED西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) MOV AL，0MOV SI+1,AL MOV AL, SI+2 ;取60min計數(shù)ADD AL，

35、1DAAMOV SI+2,ALCMP AL，60H ；判1h到否?JNE TRNEDMOV AL，0MOV SI+2,ALMOV AL，SI+3;取小時計數(shù)西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) ADD AL,1 DAA MOV SI+3,AL CMP AL,24H JNE TRNED MOV AL，0 MOV SI+3,ALTRNED：POP SI POP AX STI IRET ENDP西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (2)確定中斷向量，初始化8259(3)初始化中斷向量表：將中斷服務(wù)程序的段地址及偏移

36、量放在中斷向量碼乘4所決定的4個地址單元中。(a)直接編程初始化中斷向量表INTITB：MOV AX，0000H MOV DS，AX MOV SI，0120H MOV DX，OFFSETCLOCK MOV SI,DX MOV DX,SEGCLOCK MOV SI+2,DX西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (b) DOS系統(tǒng)調(diào)用若在DOS下工作，則可采用DOS系統(tǒng)調(diào)用： INT 21H的功能25H-置中斷向量 25HAH 中斷向量碼AL 中斷服務(wù)程序段：偏移量DS：DX西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 程

37、序如下：MOV AH,25H ;功能號MOV AL，48H ；中斷向量碼MOV DX，SEG CLOCKMOV DS，DXMOV DX，OFFSET CLOCKINT 21H西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 6. 8259的級聯(lián) 當(dāng)微型機系統(tǒng)中的中斷源較多，一片8259不能解決問題時，可以采用級聯(lián)工作方式。這時指定一片8259為主控芯片，它的INT接到CPU上而其余的8259芯片均作為從屬芯片，其INT輸出接到主控芯片的IR輸入端。由于主控8259有8個IR輸入端，故一個主控8259可以連接8片從屬8259，最多允許有64個IR輸入。 西安理工大學(xué)

38、教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.30 3片8259級聯(lián)工作框圖 3片8259的地址由/CS和A0定西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 級聯(lián)系統(tǒng)中每一片8259都有各自初始化程序，中斷結(jié)束時連發(fā)兩次EOI命令結(jié)束主控片和從屬片。 一般全嵌套方式在級聯(lián)方式中區(qū)分優(yōu)先級存在問題，為了避免一般全嵌套方式的這一缺點，在級聯(lián)方式時，可采用前面提到的特殊全嵌套方式。在將主控片初始化為特殊全嵌套方式后必須注意到如下兩種情況： 當(dāng)從屬片的中斷請求響應(yīng)后，主控芯片并不封鎖從屬片的INT輸入。 當(dāng)從屬片的中斷響應(yīng)結(jié)束時，要用軟件來

39、檢查中斷狀態(tài)寄存器ISR的內(nèi)容，看看當(dāng)前被服務(wù)的是否是本從屬片的唯一一個中斷請求。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.3 直接存貯器存取直接存貯器存取(DMA) 5.3.1 DMA的工作過程 要實現(xiàn)DMA傳送，目前都采用大規(guī)模集成電路芯片DMA控制器(DMAC)。DMA的工作過程大致如下： 外設(shè)向DMAC發(fā)出DMA傳送請求。 DMAC通過連接到CPU的HOLD信號向CPU提出DMA請求。 CPU在完成當(dāng)前總線周期后會立即對DMA請求做出響應(yīng)。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 待CPU將總線置高阻放棄

40、總線控制權(quán)，DMAC即開始對總線實施控制并向外設(shè)送出DMA的應(yīng)答信號。 DMAC送出地址信號和控制信號，實現(xiàn)外設(shè)與內(nèi)存或內(nèi)存與內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳送。 DMAC將規(guī)定的數(shù)據(jù)字節(jié)傳送完之后，通過向CPU發(fā)HOLD信號，撤消對CPU的DMA請求。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.31 DMA存儲器寫總線周期時序西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.32 PC機中DMA操作流向圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 5.3.2 DMA控制器8237 1. 8237

41、的引線及功能 DMAC8237的外部引線圖如圖5.33所示。 A0A3：雙向地址線，具有三態(tài)輸出。 A4A7：三態(tài)輸出線。 DB0DB7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.33 DMAC8237引線圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) ：雙向三態(tài)低電平有效的I/O寫控制信號。 ：雙向三態(tài)低電平有效的I/O讀控制信號。 ：三態(tài)輸出低電平有效的存貯器寫控制信號。 ：三態(tài)輸出低電平有效的存貯器讀控制信號。 ADSTR：地址選通信號，高電平有效的輸出信號。 AEN：地址允許信號，高電平

42、有效輸出信號。 ：片選信號，低電平有效輸入信號。 RESET：復(fù)位信號，高電平有效輸入信號。 READY：準(zhǔn)備好輸入信號 IORIOWMEMWMEMRCS西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) HRQ：保持請求信號 HLDA：保持響應(yīng)信號 DREQ0DREQ3：DMA請求(通道03)信號。DACK0DACK3：DMA響應(yīng)信號，分別對應(yīng)通道03。CLK：時鐘輸入。 ：過程結(jié)束，低電平有效的雙向信號。 EOP西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 2.8237的工作方式8237工作有兩種周期，即空閑周期和工作周期。(1

43、)空閑周期(2)工作周期單字節(jié)傳送方式。 數(shù)據(jù)塊傳送。 請求傳送。 級聯(lián)方式。 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.34 8237級聯(lián)方式工作框圖 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (3) 傳送類型 接口到存貯器的傳送。 存貯器到接口。 存貯器到存貯器。 (4) 優(yōu)先級 (5) 傳送速率 3. 8237的內(nèi)部寄存器 8237有4個獨立的DMA通道，有許多內(nèi)部寄存器。表5.3給出這些寄存器的名稱、長度和數(shù)量。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 表5.3 82

44、37的內(nèi)部寄存器 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) (1)基地址寄存器(2)基字?jǐn)?shù)寄存器(3)當(dāng)前地址寄存器(4)當(dāng)前字?jǐn)?shù)寄存器(5)地址暫存寄存器和字?jǐn)?shù)暫存寄存器(6)方式寄存器(7)命令寄存器(8)請求寄存器(9)屏蔽寄存器西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.35 8237的方式控制字 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.36 8237的命令字 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.37 8237的

45、請求字 西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.38 8237的單通道屏蔽字西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 單個通道屏蔽字。 四通道屏蔽字。 (10)狀態(tài)寄存器(11)暫存寄存器(12)字節(jié)指針觸發(fā)器西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.39 8237的四通道屏蔽字西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 圖5.40 8237的狀態(tài)寄存器西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 4. 8237的尋址及連接 8237的4個通道的寄存器及其他各種寄存器的尋址編碼如表5.4和表5.5所示。西安理工大學(xué)教學(xué)講稿西安理工大學(xué)教學(xué)講稿 第第5章章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù) 表5.4 8