微型機輸入/輸出與接口技術5.1 輸入/輸出系統概述5.2 中斷系統5.3 輸入/輸出方法5.4 微型機接口技術5.5 計算機接口信息獲取panyLogo5.1輸入/輸出系統概述一,輸入/輸出系統特點1.實時性處理器必需能夠及時處理I/O設備請求2.設備無關性夠適應各種外設地不同要求3.異步性I/O設備通常不使用統一地時鐘panyLogo二,輸入/輸出接口地基本功能接口是指兩個不同部件或系統之間地交換部分。主機,接口,外部設備地連接如圖所示:panyLogo接口基本功能:1．數據緩沖2．數據類型與格式地轉換3．控制功能4．傳送主機命令5．程序中斷6．地址譯碼7．反應設備地工作狀態panyLogo三,I/O端口端口是指I/O接口中供CPU直接存取訪問地那些寄存器或某些特定電路。一個I/O接口可以包括若干個端口,如數據端口,命令端口,狀態端口,方式端口,操作端口及地址索引端口等。端口地多少及相應地功能取決于一個I/O接口所關聯地外設。panyLogoI/O端口地尋址方式I/O接口地端口進行編址地目地在于確定哪個端口被主機訪問。1.統一編址:將每個端口視為一個存儲單元,并賦以相應地存儲地址。2.獨立編址:把所有地I/O端口看成一個獨立于存儲空間地I/O空間,每個端口都被分配一個地址與之對應。panyLogoI/O端口地址地譯碼常用地譯碼方法有以下兩種:1.固定式端口地址譯碼:接口中用到地端口地址不能更改。2.可選式地址譯碼:通過開關使接口芯片地地址根據要求加以改變,無需改變硬件線路。panyLogo微型計算機系統中I/O端口地布局1.I/O端口地尋址特點:①端口地址空間為1KB,在微型計算機中設置1024個I/O端口地址,其編號為000H～3FFH。②使用專門地控制信號訪問。③使用I/O指令對端口編程。CPU通過I/O指令對端口編程,可實現I/O數據地傳輸。panyLogo2.I/O端口地地址分配在微型計算機系統地1024個端口中,前256個（000H～0FFH）專供I/O接口芯片使用,后面地供各種不同地I/O接口卡使用。panyLogo5.2中斷系統狀態驅動地程序控制方式中,CPU與I/O交換數據時,由于I/O地速度很慢,采用程序中斷方式可以解決低速外圍設備與高速CPU之間地矛盾,可以解決多臺外設與CPU通信地矛盾,以及機器故障,實時處理等臨時突發事件提出地處理要求。panyLogo5.2中斷系統一,中斷地概念與工作過程中斷是計算機中一個非常重要地概念,在現代計算機中都采用了中斷技術。在計算機執行程序地過程中,由于出現某個特殊情況（或稱為"事件"）,使得CPU暫時中止現行程序,而轉去執行處理特殊事件地處理程序,處理完畢之后再回到原來程序地中斷點繼續向下執行,這個過程就是中斷。panyLogo二,中斷地分類1.內部中斷:也叫做軟件中斷,是由CPU執行軟中斷指令引起地。這些中斷地產生與外部無關,是編程人員事先在程序中安排好地,類似于普通子程序地調用。2.外部中斷:也叫做硬件中斷,是由外部中斷源向CPU提出中斷請求而引起地。panyLogo三,中斷地優先級1.軟件排優:軟件排優是指各中斷源地優先權主要由軟件安排,與硬件電路關系不大。軟件排優節省硬件,優先權安排靈活,但查詢需要耗費時間,影響中斷響應地實時性。panyLogo2．硬件排優①鏈式硬件排優電路:采用鏈式排優電路各個外設地中斷優先權就由其在鏈中地位置決定,處于鏈條前端地比處于鏈條后端地優先權高。panyLogo②可編程中斷控制器:中斷控制器包括下列部件:中斷優先權管理電路,中斷請求鎖存器,中斷類型寄存器,當前中斷服務寄存器以及中斷屏蔽寄存器。panyLogo四,中斷地屏蔽與中斷處理程序按照是否可以被屏蔽,可將中斷分為兩大類:不可屏蔽中斷(又叫非屏蔽中斷)與可屏蔽中斷。不可屏蔽中斷源一旦提出請求,CPU需要無條件響應,而對可屏蔽中斷源地請求,CPU可以響應,也可以不響應。panyLogo中斷處理過程:保存現場,中斷服務,恢復現場。1.保存現場①關中斷②保留斷點③保存原程序現場④中斷源識別⑤轉向該中斷請求地中斷服務程序地入口⑥開中斷panyLogo2.中斷服務根據中斷源提供地中斷類型號,可以在中斷向量表中查出要執行地中斷服務程序地入口地址,從而執行相應地中斷服務程序。該中斷服務程序既可以是系統提供地程序,也可以是用戶自己編寫地程序。不同地中斷源,中斷服務是不同地,中斷源是事先規定地,中斷服務程序地內容也是事先編好地。用戶不能隨意增加中斷源地種類。panyLogo3.恢復現場①關中斷②恢復現場③開中斷。允許新地中斷請求。④恢復斷點。返回斷點處,繼續執行原程序。panyLogo五,中斷地斷點斷點就是原程序中止現行指令地地址,也就是程序計數器PC地內容。斷點是最重要地現場,通常一條指令做完,PC地內容加1來給出下一條指令地地址,因此保留地斷點就是中斷服務處理完畢時應該返回主程序地指令地地址。panyLogo六,8086/8088地中斷系統向量中斷:指通過中斷向量來尋找中斷入口地址進而轉向中斷服務程序地一種方法;而中斷向量是用來提供中斷入口地址地一個地址指針。中斷優先權:CPU按多個中斷源地優先權由高至低依次來響應中斷請求;同時,當CPU正在處理中斷時,還要能響應更高級地中斷請求,而屏蔽掉同級或低級地中斷請求。panyLogo8086/8088中斷系統panyLogo5.3輸入/輸出方法常用I/O傳送方式有:中斷控制方式程序控制方式I/O通道控制方式直接存儲器存取方式。panyLogo一,中斷控制方式中斷是指外設如果需要CPU為它服務時,它"主動"地通知CPU,準備送出輸入或輸出數據地一種方法。中斷請求是由外設發出地。中斷控制方式一般適用于隨機出現地服務,其硬件結構相對復雜,服務地時間開銷較大。panyLogo二,程序控制方式程序控制方式是指CPU與外設之間地數據交換是在程序控制之下進行,它也是主機與外設之間進行數據交換最簡單,最基本地方式。panyLogo三,I/O通道控制方式CPU將部分權力下放給通道。通道是一個特殊功能地處理器,它有自己地指令與程序專門負責數據輸入/輸出地傳輸控制,CPU將"傳輸控制"地功能下放給通道后只負責"數據處理"功能。這樣,通道與CPU分時使用內存,實現了CPU內部運算與I/O設備地平行工作。panyLogo通道功能:1.接受CPU地I/O指令,與指定地外設取得聯系,并將其啟動使之開始工作。2.從內存中選取該通道程序地通道指令,經譯碼后向設備控制器發送各種命令。3.組織外設與內存之間地數據傳送,并根據需要提供數據緩存地空間以及提供數據存入內存地地址與傳送地數據量。4.從外圍設備得到設備地狀態信息,形成并保存通道本身地狀態信息,根據要求將這些狀態信息送到內存地指定單元,供CPU使用。5.將外圍設備地中斷請求與通道本身地中斷請求,按次序及時報告CPU。panyLogo四,直接存儲器存取方式直接存儲器訪問（DMA）方式是一種完全由硬件執行I/O交換地工作方式,它地關鍵是另外構造一個控制器,代替CPU管理與主存間地數據交換panyLogoDMA地一般步驟。①從外設發出DMA請求。②CPU響應請求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器從CPU中接管總線地控制權。③由DMA控制器對內存尋址,即決定數據傳送地內存單元地址及數據傳送個數地計數,并執行數據傳送地操作。④向CPU報告DMA操作地結束。panyLogo2．DMA地特點①DMA控制器建立了外設與內存之間數據交換地直接通道。②由DMA控制數據地傳送過程。③主存中需要開辟專用地緩沖區,及時供給與接收數據。④為了解決CPU與DMA同時訪問內存發生地沖突,DMA傳送常采用周期挪用方式。panyLogo3.DMA地操作過程①傳送前地預處理②數據傳送階段③數據傳送后地處理工作panyLogo4.DMA地3種工作方式①CPU暫停訪問主存方式:主機響應DMA請求后,直到一組數據傳送完畢,DMA控制器才把總線控制權交還給CPU。②周期竊取方式:DMA控制器與主存儲器之間傳送一個數據,占用一個CPU周期。③DMA與CPU交替使用總線訪問存儲器方式:CPU與DMA按照事先規定地時間間隔輪渡訪問存儲器。panyLogo5.DMA控制器地組成①字數計數器②內存地址計數器③數據緩沖寄存器④"控制/狀態"邏輯⑤"DMA請求"標志⑥中斷控制邏輯panyLogo5.4微型機接口技術接口技術就是解決微型計算機與外部世界聯系地技術。常用地接口類型有并行接口,串行接口與通用串行總線（USB）等。panyLogo1.常用接口標準①圖形顯示接口標準。②傳統串并行接口標準。③外存設備接口標準。④通用外設接口標準。⑤測試儀器接口標準。panyLogo2.USB接口標準USB(UniversalSerialBus),通用串行總線。優點:①可以熱插拔②攜帶方便③標準統一④可以連接多個設備panyLogo3.RS-232-C串行接口標準RS-232-C規定標準接口有25條線,根據功能可分為如下3類:①聯絡控制信號線②數據發送與接收線③地線panyLogo4.并行接口地標準并行接口地接口特性可以從兩個方面加以描述:①以并行方式傳輸地數據通道地寬度,也稱接口傳輸地位數;②用于協調并行數據傳輸地額外接口控制線或稱交互信號地特性。panyLogo5.D／A與A／D轉換接口技術數/模轉換:將每1位地代碼按其位權地大小轉換成相應地模擬量,然后將這些模擬量相加,即可得到與數字量成正比地總模擬量。模/數轉換:將連續地模擬量（如象元地灰階,電壓,電流等）通過取樣轉換成離散地數字量。panyLogo6.微型機接口信息輸入輸出設備指地是CPU與外界聯系所用地裝置。人們是通過外部設備來使用計算機地,而大多數外部設備往往是不能直接與CPU相連,它們之間地信息交換需要加一個中間環節地電子系統——接口電路。panyLogo常用接口:①硬盤接口②光纖通道③IDE④SCSI⑤SATApanyLogo7.無線接口技術常見地無線接口有紅外線接口與藍牙接口①紅外線接口:是計算機地一種