工學(xué)輸入輸出程序設(shè)計(jì)

第八章輸入和輸出程序設(shè)計(jì)一、概述二、輸入輸出的尋址方式三、CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式

1.

程序直接控制方式

①無(wú)條件傳送方式②查詢傳送方式

2.中斷傳送方式

3.直接數(shù)據(jù)通道傳送（DMA)

計(jì)算機(jī)在使用中，不可避免地要與外部設(shè)備打交道，輸入和輸出一些信息（控制、狀態(tài)和數(shù)據(jù)）。輸入——通過(guò)鍵盤(pán)、紙帶讀入機(jī)、卡片輸入機(jī)、掃描儀、

A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換等；輸出——顯示器、打印機(jī)、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換等。另外，在微機(jī)中，軟、硬盤(pán)也作為輸入輸出設(shè)備。由于①輸入的信息的數(shù)據(jù)形式不同（數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量等）；

②輸入信息的速度不同

（鍵盤(pán)輸入、磁盤(pán)輸入）；所以，在CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要通過(guò)接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。CPU接口電路I/O設(shè)備一、概述CPU與外設(shè)之間的接口信息

CPU與一個(gè)外設(shè)交換信息，通常需要以下一些信號(hào)：

1.數(shù)據(jù)（Data)

數(shù)字量——鍵盤(pán)等輸入的數(shù)據(jù)；模擬量——如溫度、壓力、流量等；（需先經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將其變?yōu)閿?shù)字量，由CPU處理后，再經(jīng)過(guò)D/A

轉(zhuǎn)換，變?yōu)槟M量，進(jìn)行控制），這部分工作有接口電路來(lái)完成。開(kāi)關(guān)量——如開(kāi)關(guān)的合與斷等。數(shù)據(jù)信息可以是串行的或并行的，相應(yīng)采用不同的接口。不同的I/O設(shè)備要求傳送的數(shù)據(jù)類(lèi)型不同，如向顯示器需傳送ASCII碼等。

2.狀態(tài)信息（Status）輸入時(shí)，輸入設(shè)備的信息是否準(zhǔn)備好(READY)；輸出時(shí)，輸出設(shè)備是否有空(BUSY)等。

3.控制信息（Control）控制輸入輸出設(shè)備的行為，如啟動(dòng)和停止等。CPU接口電路I/O設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制

為了將數(shù)據(jù)、狀態(tài)、控制信息區(qū)分開(kāi)，在接口電路中，設(shè)有不同的端口，如數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口，以接收、存放、輸出不同的信息。端口1端口2端口4端口3端口——用于存放信息的

8位或16位鎖存器，緩沖器等。在PC機(jī)中通常為8位二、輸入輸出的尋址方式

CPU尋址外設(shè)有兩種方式，不同的CPU系統(tǒng)采用不同的尋址方式：將存儲(chǔ)器與外設(shè)端口統(tǒng)一編址

將外設(shè)接口電路的一個(gè)端口作為存儲(chǔ)器的一個(gè)單元。65F3020024E0內(nèi)存與外設(shè)內(nèi)存外設(shè)優(yōu)點(diǎn)：不需要專(zhuān)門(mén)的輸入輸出指令，可用全部的存儲(chǔ)器操作指令。（指令多且靈活）如：movkou1,bx缺點(diǎn)：外設(shè)占用內(nèi)存單元，相對(duì)減少了內(nèi)存容量。Kou1026D0000000001EFFFFF0000F0001F0002FFFFF2.外設(shè)端口單獨(dú)編址

優(yōu)點(diǎn)：不占用內(nèi)存缺點(diǎn)：CPU需設(shè)專(zhuān)門(mén)的I/O指令。I/O指令：

?

若端口地址在0～FFH范圍內(nèi)，則用：

INAL，端口地址（輸入）

OUT端口地址，AL（輸出）如：INAL,KOU1OUTKOU2,AL

?

若端口地址在0100～FFFFH范圍內(nèi)，則用：

MOVDX,端口地址

INAL,DXOUTDX,AL

如：MOVDX,KOU100INAL,DX65F30200外設(shè)000000FFFFFF0100KOU1KOU2KOU311223344KOU100KOU101可尋址28=256個(gè)端口可尋址216=64K個(gè)端口11323201內(nèi)存00000FFFFF1.IBMPC/XTI/O端口地址分配圖0000001F0020003F0040005F0060007F0080009F00A000BF008001FF32字節(jié)320字節(jié)32字節(jié)32字節(jié)32字節(jié)32字節(jié)32字節(jié)0000～000F8237A—5DMA控制器0020～003F8259A中斷控制器0040～005F8253A—5可編程中斷計(jì)時(shí)器0060～00638255A—5并行接口芯片(PPI)0080～0083DMA頁(yè)面寄存器00A0～00BFNMI屏蔽寄存器附：02000200～020F游戲控制口0210～0217擴(kuò)展部件0218～02F7未用02F8～02FF異步通信卡（第二個(gè)）0320～032F硬盤(pán)適配器0330～0377并行打印機(jī)未用0300～031F實(shí)驗(yàn)卡0380～038F0390～03AF03B0～03BF03C0～03CF03D0～03DF03E0～03EF03F0～03F703F8～03FF03FF0378～037FSPLC通信未用單色顯示器/打印機(jī)未用未用彩色/圖形顯示卡軟盤(pán)適配器異步通信卡（第一個(gè)）OUT43H,ALINAL,20H三、CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式有三種：1.

程序直接控制方式（IN、OUT指令）①無(wú)條件傳送方式②查詢傳送方式2.中斷傳送方式3.直接數(shù)據(jù)通道傳送（DMA)1.

程序直接控制方式(P283)

①無(wú)條件傳送方式

無(wú)條件傳送方式又稱(chēng)同步方式，即CPU的動(dòng)作必須與外設(shè)同步，否則，傳送數(shù)據(jù)出錯(cuò)。傳送流程演示發(fā)聲的例子codesegmentmainprocfarassumecs:code,ds:codeorg100hstart:pushdsxorax,axpushaxmovax,codemovds,axmovdx,100inal,61handal,11111100bsound:xoral,2out61h,al

movcx,60hloop2:movbx,cxmovcx,7fffhloop1:looploop1movcx,bxlooploop2decdxjnesoundretmainendpcodeendsendstart例2：監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)查詢傳送方式在傳送前，查詢一下外設(shè)的狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好了以后才傳送，否則，等待。傳送流程演示例子：見(jiàn)書(shū)上p2872.中斷傳送方式

由于CPU都是由高速的電子器件組成的，而外設(shè)大多是機(jī)電類(lèi)型的產(chǎn)品，二者的工作速度不能比擬。在外設(shè)從啟動(dòng)到完成一個(gè)I／0操作所需的時(shí)間內(nèi)，CPU可以執(zhí)行幾百到幾干條指令。但在查詢傳送狀態(tài)。外設(shè)在進(jìn)行I／O操作時(shí)，CPU并未進(jìn)行其它的工作而是處于長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)查詢的等待狀態(tài)，等待I／O設(shè)備完成前一次操作，回到準(zhǔn)備好或不忙狀態(tài)后，CPU才控制外設(shè)開(kāi)始下一次操作。由此可見(jiàn)，在查詢傳送方式中。CPU與外設(shè)串行工作，這對(duì)CPU來(lái)說(shuō)．當(dāng)然是一極大的浪費(fèi)、而且計(jì)算機(jī)速度越高，這種與外設(shè)低速度的矛盾就越突出。為了提高CPU的工作效率，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都引入了中斷機(jī)構(gòu)，讓CPU以中斷方式控制外設(shè)的工作。中斷傳送方式最大的特點(diǎn)是CPU與外設(shè)并行工作，即CPU啟動(dòng)外設(shè)之后，不再等待外設(shè)工作的完成，而是執(zhí)行另一個(gè)程序。當(dāng)外設(shè)完成一次操作后，就向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，這時(shí)，CPU就暫?，F(xiàn)行程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去用很少的時(shí)間控制外設(shè)開(kāi)始下一次I／O操作。然后CPU又恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。這樣，既提高了CPU的利用率，又可以使多臺(tái)外部設(shè)備與CPU并行工作。中斷1。概念：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生某一事件時(shí)，CPU暫時(shí)中斷現(xiàn)行程序的運(yùn)行，而自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理該事件的子程序；當(dāng)處理結(jié)束后CPU又返回到被中斷程序的斷點(diǎn)處繼續(xù)往下執(zhí)行。

中斷實(shí)際上是CPU所具有的能打斷當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而為臨時(shí)出現(xiàn)的事件服務(wù)，事后又能自動(dòng)恢復(fù)執(zhí)行原來(lái)程序的一種功能。實(shí)現(xiàn)這種功能的軟、硬件裝置稱(chēng)中斷系統(tǒng)。中斷源能引發(fā)中斷事件的設(shè)備或過(guò)程中斷傳送方式示意傳送流程演示中斷控制器8259A2。中斷源及其優(yōu)先級(jí)別外部中斷源：來(lái)自CPU的外部?jī)?nèi)部中斷源：來(lái)自CPU的內(nèi)部(不需要外部設(shè)備支持，不受IF控制）中斷優(yōu)先級(jí)別：高

低除法錯(cuò)-INTO-INTn-NMI-INTR-單步電源掉電內(nèi)存存取錯(cuò)總線奇偶校驗(yàn)錯(cuò)外設(shè)的請(qǐng)求CPU在開(kāi)中的情況下響應(yīng)（IF=1)關(guān)中不響應(yīng)（IF=0)中斷源外部中斷內(nèi)部中斷不可屏蔽中斷NMI可屏蔽中斷INR除法出錯(cuò)0中斷溢出中斷INTO(4)軟中斷INTn單步中斷TF=1(1)硬中斷軟中斷非屏蔽中斷類(lèi)型號(hào)2不能被禁止不可屏蔽中斷可屏蔽中斷IF3.中斷向量表

中斷矢量表是中斷類(lèi)型碼與對(duì)應(yīng)的中斷處理程序之間的連接表。IBM—Pc的中斷矢量表用主存中從0H到3FFH共1K個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。表中內(nèi)容分為256項(xiàng)，對(duì)應(yīng)于中斷類(lèi)型號(hào)0一255。每一項(xiàng)占四個(gè)字節(jié)，用來(lái)存放中斷處理子程序的入口地址信息，高地址的兩字節(jié)用來(lái)存放中斷處理子程序所在段的段首址，低地址的兩字節(jié)用來(lái)存放中斷處理子程序入口處在段內(nèi)的偏移地址。4。軟中斷及有關(guān)的中斷指令軟中斷靠程序中的軟中斷指令實(shí)現(xiàn)，又稱(chēng)它為程序自中斷軟中斷指令的語(yǔ)句格式為：INTn其中，n為類(lèi)型碼，取值范圍為0—255。功能：①(FLAGS)(SP)0IF、TF②(CS)(SP)(4*n+2)CS

③(IP)(SP)(4*n)IP

中斷返回指令

IRETINTn與CALL的比較

都是調(diào)用某一程序段INTn調(diào)用比CALL調(diào)用多壓一個(gè)字進(jìn)棧（PSW)0000H0004H0008H...03FCH03FFHIPCS類(lèi)型0中斷處理程序入口地址類(lèi)型1中斷處理程序入口地址類(lèi)型2中斷處理程序入口地址類(lèi)型255中斷處理程序入口地址中斷向量表

假定用空閑的中斷類(lèi)型號(hào)45H作為新增加的軟中斷類(lèi)型號(hào)，其功能是將AX中的16位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)以四位十六進(jìn)制形式在顯示器輸出。其入口參數(shù)、出口參數(shù)如下：入口參數(shù)：Ax中是待顯示的無(wú)符號(hào)：二進(jìn)制數(shù)；出口參數(shù)：對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)已在顯示器輸出。假定45H號(hào)中斷處理子程序名為INTR45，放在文件ITR45．ASM中。設(shè)置中斷向量表且執(zhí)行45H軟中斷指令的主程序名為T(mén)-INT45，在文件T-INT45．ASM中。例子5.如何設(shè)計(jì)一個(gè)軟中斷程序？(1)根據(jù)新增加的軟中斷指令的入口、出口參數(shù)及功能編制中斷處理子程序。(子程序如何設(shè)計(jì)？）(2)查看中斷矢量表，找出一個(gè)空閑的中斷類(lèi)型號(hào)，假定為N。(3)將新編制的中斷處理子程序的入口地址送入中斷向量表4*N~4*N+3共四個(gè)字節(jié)。設(shè)置中斷向量的與取中斷向量指令設(shè)置：?。海ˋH)=25H（AH)=35(AL)=中斷類(lèi)型號(hào)(AL)=中斷類(lèi)型號(hào)（DS:DX)=中斷向量INT21HINT21H(ES:BX)=返回的中斷向量3.直接存儲(chǔ)器存?。―MA）方式（P282）傳送流程演示DMA傳送方式主要由硬件DMA控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。DMA傳送方式也叫成組數(shù)據(jù)傳送方式，適用于高速I(mǎi)/O設(shè)備，采用該方法可使I/O設(shè)備直接和存儲(chǔ)器進(jìn)行成批數(shù)據(jù)的快速傳送。DMA傳送方式的接口電路DMA控制器I/O接口CPU存儲(chǔ)器5432167總線HLDA發(fā)存儲(chǔ)器地址傳送數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？DMA結(jié)束修改地址指針DMA控制器(Intel8237A)包含四個(gè)寄存器：控制、狀態(tài)、地址寄存器和字節(jié)計(jì)數(shù)器。幾種傳送方式的比較：1.無(wú)條件傳送：只能用于外部設(shè)備與CPU的動(dòng)作同步時(shí)，否則出錯(cuò)。這種方式已較少使用。2.查詢傳送：

?

接口簡(jiǎn)單，