輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道課件

本章學習目的:解決微型計算機和外部的連接問題，使計算機和外部構(gòu)成一個整體，能正確、可靠、高效率的交換信息，這是設(shè)計一個微機控制系統(tǒng)必須解決的基本問題本章學習目的:解決微型計算機和外部的連接問題，使計算機和外部1主要內(nèi)容概述：接口、通道、IO信號種類、通信方式IO控制方式：程序控制、中斷控制、直接存取IO接口設(shè)計DA、AD轉(zhuǎn)換器抗干擾措施主要內(nèi)容概述：接口、通道、IO信號種類、通信方式2第一節(jié)概述輸入輸出接口技術(shù)——研究微處理器和外部設(shè)備之間信息交換的技術(shù)輸入輸出接口——簡稱“接口”第一節(jié)概述輸入輸出接口技術(shù)——31、接口通道及功能1、接口通道及功能4門電路&與非門或門≥1=11異或非門電路&與非門或門≥1=11異或非5：是CPU與“外部世界”的連接電路，負責“中轉(zhuǎn)”各種信息?！敖涌凇倍x：是CPU與“外部世界”的連接電路，負責“中轉(zhuǎn)”各種信息。“61、接口、通道及其功能I／O接口電路定義：是主機和圍設(shè)備之間交換信息的連接部件。使主機和外設(shè)能夠協(xié)調(diào)工作，有效地完成信息交換。設(shè)置原因：解決主機cpu和外圍設(shè)備之間的問題1、接口、通道及其功能I／O接口電路71、接口、通道及其功能設(shè)置原因：1、時序配合和通信聯(lián)絡問題cpu快、外設(shè)速度不定，因此異步工作2、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換匹配問題cpu并行，外設(shè)不定、串行；速率、電平匹配3、負載能力和外設(shè)端口選擇、cpu超載，可靠性降低，多外設(shè)數(shù)據(jù)混亂4、端口可編程功能（單口復用）5、傳輸錯誤檢測功能（奇偶校驗、冗余校驗）1、接口、通道及其功能設(shè)置原因：8接口組成：數(shù)據(jù)鎖存器緩沖器狀態(tài)寄存器中斷控制電路接口組成：數(shù)據(jù)鎖存器91、接口、通道及其功能I／O通道：定義：也稱為過程通道。它是計算機和控制對象之間信息傳送和變換的連接通道設(shè)置原因：cpu只能處理數(shù)字量，必需有通道將被控對象采集的量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（開關(guān)量），或相反1、接口、通道及其功能I／O通道：101、接口、通道及其功能I／O通道：功能：

實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的信號方便、可靠、高效率的變換信號的輸入通路。信號的輸出通路。1、接口、通道及其功能I／O通道：信號的輸入通路。11I／O通道：給計算機提供被控對象的各種物理參數(shù)的通道稱為信號的輸入通路。傳輸計算機控制命令作用于被控對象的通道稱為信號的輸出通路。1、接口、通道及其功能I／O通道：1、接口、通道及其功能12I／O通道：單信號輸入通道：高電壓大電流低電壓小電流頻率信號開關(guān)信號多信號輸入通道1、接口、通道及其功能I／O通道：1、接口、通道及其功能132、I／O信號的種類2、I／O信號的種類142、I／O信號的種類CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制外部設(shè)備與CPU之間交換信息，通常有三類信息數(shù)據(jù)信息狀態(tài)信息控制信息數(shù)字量模擬量開關(guān)量2、I／O信號的種類CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制外部設(shè)備與CP152、I／O信號的種類

數(shù)據(jù)信息：微機中，數(shù)據(jù)通常為8位或16位數(shù)字量:

由鍵盤、光電輸入機、卡片機等讀入的信息，一般是以二進制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。模擬量:

現(xiàn)場信息經(jīng)過傳感器把非電量轉(zhuǎn)換成的電量以及執(zhí)行機構(gòu)所能接受的控制量。開關(guān)量:

只有開和關(guān)兩個狀態(tài)，用一位二進制數(shù)來表示脈沖量：脈沖列，其頻率和個數(shù)可表示物理量2、I／O信號的種類數(shù)據(jù)信息：微機中，數(shù)據(jù)通常為8位或1162、I／O信號的種類

狀態(tài)信息：狀態(tài)信息也稱握手信息、應答信息，它是反應外部設(shè)備的狀態(tài)。是cpu和外設(shè)之間交換信息的聯(lián)絡信號Eg：cpureadycpubusy2、I／O信號的種類狀態(tài)信息：172、I／O信號的種類控制信息：用來控制I／O裝置的啟動或停止，信息流入或流出，端口尋址信號等信息，它是由CPU發(fā)送給外部設(shè)備的控制信號

2、I／O信號的種類控制信息：182、I／O信號的種類為保證信息的正確傳送，I／O接口往往開辟三個不同的端口來傳送數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。2、I／O信號的種類193、cpu與外設(shè)的通信方式3、cpu與外設(shè)的通信方式203、cpu與外設(shè)的通信方式

并行通信：串行通信：把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進行傳輸速度快，協(xié)調(diào)，異步傳輸。成本高，復雜

數(shù)據(jù)按位進行傳送的

串行通信全雙工方式半雙工方式同步通信異步通信計算機與外部交換信息叫做通信（communication）3、cpu與外設(shè)的通信方式

并行通信：21發(fā)送A接收數(shù)據(jù)應答數(shù)據(jù)應答接收B發(fā)送全雙工方式:數(shù)據(jù)信息能沿相反兩個方向傳送。

接口與外圍設(shè)備間有2條數(shù)據(jù)傳輸線優(yōu)點：同時收發(fā)，傳輸效率高缺點：線多。

發(fā)送數(shù)據(jù)接收全雙工方式:數(shù)據(jù)信息能沿相反兩個方向傳送。接口22發(fā)送AK1K2B

接收接收發(fā)送半雙工方式:數(shù)據(jù)信息可沿數(shù)據(jù)傳輸線的兩個方向傳送，但同一時刻只能沿一個方向傳送。

接口與外圍設(shè)備間有1條數(shù)據(jù)傳輸線優(yōu)點：傳輸效率稍低缺點：省一根傳輸線

發(fā)送AK1K223SYNSYN控制字符控制字符數(shù)據(jù)字符...SYN同步通信：在一組字符前后加同步字符，標志一組數(shù)據(jù)塊的開始與結(jié)束，接收裝置接收到同步字符而開始接收數(shù)據(jù)，直到接收后同步字符，一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束。

優(yōu)點：比異步傳輸效率稍高。缺點：若數(shù)據(jù)有一位錯，就必須重傳整塊數(shù)據(jù)，且控制比較復雜SYNSYN控制字符控制字符數(shù)據(jù)字符...SYN同24異步通信：要傳送的字符代碼前加一起始位，以示該字符代碼開始，在字符代碼后面加一停止位，以示該字符代碼結(jié)束。起始位：1跳變0開始傳輸異步通信：要傳送的字符代碼前加一起始位，以示該字符代碼開始，25優(yōu)點：如果有錯，只需重發(fā)一個字符，控制簡單缺點：開銷大，效率低，速度慢。。由于這種方式的字符發(fā)送是相互獨立的故稱為異步方式是計算機通信網(wǎng)絡中常用的、最簡單的傳輸方式優(yōu)點：如果有錯，只需重發(fā)一個字符，由于這種方式的字符發(fā)送是相26第二節(jié)IO控制方式控制方式原因：cpu與外設(shè)種類、功能、工作速度差異定義：為了使外設(shè)在cpu控制下有機、協(xié)調(diào)、可靠、高效率的工作，采取的cpu控制外設(shè)的策略

cpu采用分時控制第二節(jié)IO控制方式控制方式27基本控制方式程序控制方式:無條件、查詢式中斷控制方式直接存取DMA方式有的系統(tǒng)可同時采用2到3種控制方式基本控制方式程序控制方式:無條件、查詢式有的系統(tǒng)可同時采28指CPU和外圍設(shè)備間信息傳送實在程序控制下進行的。分類：無條件傳送方式查詢式傳送方式（條件傳送方式）1、程序控制方式

指CPU和外圍設(shè)備間信息傳送實在程序控制下進行的。1、程序控29定義：當外設(shè)已準備就緒，不必查詢外設(shè)的狀態(tài)而進行信息傳輸，這就稱為無條件傳送。適用范圍：只適用于簡單的外設(shè)，eg：開關(guān)和LED數(shù)碼段顯示器等

無條件傳送方式這種情況下，外設(shè)總是處于就緒狀態(tài)定義：無條件傳送方式這種情況下，外設(shè)總是處于就緒狀態(tài)301、程序控制方式

直接使用三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連無條件傳送方式端口譯碼，選中端口M/IO為0與外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)流向讀入需要緩沖器寫需要鎖存器1、程序控制方式

直接使用三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連無條件傳送31RD讀信號引腳（輸出），低電平有效，執(zhí)行一個對內(nèi)存或I/O端口的讀操作，到底是讀取內(nèi)存中的單元數(shù)據(jù)還是I/O端口中的數(shù)據(jù)，取決于M/IO信號WR寫信號（輸出），低電平有效，對存儲器或I/O寫操作，具體哪種操作取決于M/IO信號M/IO存儲器/輸入/輸出控制信號（輸出）若此信號為高電平，表示CPU和存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳輸；若為低電平，表示CPU和輸入輸出設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。RD讀信號引腳（輸出），低電平有效，執(zhí)行一個對內(nèi)存或I/O32有條件傳送方式——查詢傳送方式CPU通過執(zhí)行程序不斷讀取并測試外設(shè)狀態(tài)，如果輸入外設(shè)處于已準備好狀態(tài)或輸出外設(shè)為空閑狀態(tài)時，則CPU執(zhí)行傳送信息指令。查詢傳送方式的接口電路應包括：傳送數(shù)據(jù)端口及傳送狀態(tài)端口。狀態(tài)：由開關(guān)量0、1表示多個外設(shè)：逐一查詢、逐一服務有條件傳送方式——查詢傳送方式CPU通過執(zhí)行程序不斷讀取并33鎖存器，就是把當前的狀態(tài)鎖存起來，使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時間鎖存后狀態(tài)不再發(fā)生變化，直到解除鎖定。緩沖器，它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)鎖存器，就是把當前的狀態(tài)鎖存起來，使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電34查詢式輸出接口電路查詢式輸出接口電路35端口譯碼≥1≥1輸入緩沖器輸出鎖存器數(shù)據(jù)總線M/≥1三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出外設(shè)狀態(tài)CPU不斷讀入并測試狀態(tài)口的狀態(tài)，只有當狀態(tài)口的信號為“1”時，CPU才發(fā)出輸入輸出指令，此時M/才為低電平，譯碼器才開始工作。地址總線端≥1≥1輸入緩沖器輸出鎖存器數(shù)據(jù)總線M/≥1三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)36MPU是MicroProcessorUnit的所寫微處理器。早期甚至多達7、8顆，但目前大多合并成2顆，一般稱作北橋（NorthBridge，是主板芯片組中起主導作用的最重要的組成部分，也稱為主橋）芯片和南橋（SouthBridge，南橋芯片負責I/O總線之間的通信)芯片，在計算機中起到轉(zhuǎn)接橋的作用，轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù).（轉(zhuǎn)自百科）CPU是英語“CentralProcessingUnit”的縮寫，是計算機的大腦，起到運算數(shù)據(jù)的作用，而CPU的指令調(diào)用、數(shù)據(jù)傳輸、各個設(shè)備的工作狀態(tài)都需要CPU通過MPU轉(zhuǎn)接控制才能完成MPU是MicroProcessorUnit的所寫微處37播放flv播放flv38查詢傳送方式優(yōu)點：傳送可靠、接口簡單、不占用中斷傳輸線、程序設(shè)計簡單缺點Cpu需不斷讀取、檢測狀態(tài)，費時間、效率低適用于多個按一定規(guī)律工作的生產(chǎn)、機械過程查詢傳送方式優(yōu)點：適用于多個按一定規(guī)律工作的生產(chǎn)、機械過程39查詢傳送方式實時響應所有外圍設(shè)備的服務時間的總和必須小于或等于任一外圍設(shè)備的最短響應時間（也稱危險時間）∑各外設(shè)的服務時間≤任一外設(shè)的最短響應時間最短響應時間：設(shè)備相鄰2次請求服務的最短間隔時間

不能丟失任何一個任務?。。。?！查詢傳送方式實時響應所有外圍設(shè)備的服務時間的總和必須小于或等402、中斷控制I/O方式為了更好地滿足實時性的要求，通常采用中斷控制I/O方式。這樣CPU不必花大量時間去查詢各設(shè)備的狀態(tài)位，而是當外設(shè)提出中斷請求時，CPU才響應。停止當前的工作，去執(zhí)行外圍設(shè)備的服務程序。該中斷服務程序處理完后回到剛才的執(zhí)行點繼續(xù)執(zhí)行先前未完成的程序。沒有中斷請求時，CPU運行主程序。計控系統(tǒng)一般采用外部中斷方式。即通過I/O接口硬件向CPU發(fā)出中斷請求信號。2、中斷控制I/O方式為了更好地滿足實時性的要求，通常采用中41圖6-3中斷方式原理圖圖6-3中斷方式原理圖42圖6-8中斷服務子程序圖6-8中斷服務子程序432、中斷控制I/O方式定義：當外圍設(shè)備需要請求服務時，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應外圍設(shè)備中斷，停止執(zhí)行當前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個外圍設(shè)備的服務程序。中斷處理完畢，CPU又返回來執(zhí)行原來的程序。分類：外部中斷、內(nèi)部中斷2、中斷控制I/O方式定義：當外圍設(shè)備需要請求服務時，向C442、中斷控制I/O方式外部中斷：通過I／O接口硬件向CPU發(fā)出中斷請求信號，從而引起一個中斷處理過程。8086有兩個中斷引腳：NMI和INTR。NMI是非屏蔽中斷，不受中斷允許標志IF控制的，只要收到信號立即響應中斷服務程序。一般用來處理設(shè)備的中斷故障。INTR為可屏蔽中斷，只有當IF＝1時才相應中斷服務程序。2、中斷控制I/O方式外部中斷：452、中斷控制I/O方式多重中斷處理時必須解決以下四個問題保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場在中斷服務程序開始設(shè)置保存現(xiàn)場、中斷返回前恢復現(xiàn)場。（軟件編程可解決，保存/恢復指令）

保存和恢復通用寄存器的內(nèi)容正確判斷中斷源要能正確地找到申請中斷的外圍設(shè)備的中斷服務程序入口地址，且能跳轉(zhuǎn)到這個入口。

（硬件為基礎(chǔ)解決—中斷向量表；軟件查詢）2、中斷控制I/O方式多重中斷處理時必須解決以下四個問題462、中斷控制I/O方式實時響應對于每個外圍設(shè)備的中斷請求，CPU都能接受到并在最短響應時間內(nèi)給予服務。按優(yōu)先權(quán)順序處理優(yōu)先權(quán)順序：多個外圍設(shè)備同時提出中斷請求時，應能按輕重緩急設(shè)定中斷順序，逐個進行處理。優(yōu)先級高的中斷源可中斷優(yōu)先級低的中斷多重中斷處理時必須解決以下四個問題2、中斷控制I/O方式實時響應多重中斷處理時必須解決以下四個47輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道課件48小結(jié)

多重中斷處理時必須解決的四個問題

保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場。正確判斷中斷源。實時響應。按優(yōu)先權(quán)順序處理。小結(jié)

多重中斷處理時必須解決的四個問題保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場。49測驗設(shè)置接口通道的原因？（5點）IO信號的種類？簡述CPU與外界的通信方式，優(yōu)缺點IO基本控制方式有哪3種？測驗設(shè)置接口通道的原因？（5點）502、中斷控制I/O方式A、中斷優(yōu)先級問題的解決軟件查詢方式雛菊鏈法專用硬件方式2、中斷控制I/O方式A、中斷優(yōu)先級問題的解決軟件查詢方式512、中斷控制I/O方式1）軟件查詢方式：想讓誰先誰就先接口硬件電路包括三部分：中斷寄存器、中斷申請電路和并行I／O接口

存放中斷請求信息中斷申請電路外圍設(shè)備優(yōu)先順序由查詢序列中它所處的位置決定2、中斷控制I/O方式1）軟件查詢方式：想讓誰先誰就先存放中52只需有簡單的硬件電路，如將A、B、C三臺設(shè)備的中斷請求信號“或”后作為系統(tǒng)INTR，A、B、C三臺設(shè)備中只要至少有一臺設(shè)備提出中斷請求，都可以向CPU發(fā)中斷請求。進入中斷服務子程序后，再用軟件查詢的方式分別對不同的設(shè)備的服務查詢程序的設(shè)計思想同查詢式，查詢的前后順序就給出了設(shè)備的優(yōu)先級圖6-5軟件查詢方式只需有簡單的硬件電路，如將A、B、C三臺設(shè)備的中斷請求信號“53軟件查詢中斷控制程序

PUSHAX因為在查詢程序中要用到AX寄存器，因DVC1:INAL,STAT1要保存它原來的內(nèi)容TESTAL,20HJZDVC2CALLCCS1JMPDVANDDVC2:INAL,STAT2TESTAL,20HJZDVC3CALLCCS2JMPDVANDDVC3:INAL,STAT3TESTAL,20HJMPDVANDCALLCCS3DVEND:POPAXIRET外圍設(shè)備中斷的優(yōu)先權(quán)由所處查詢序列中的位置決定。軟件查詢中斷控制程序PUSH542、中斷控制I/O方式2）雛菊鏈法（硬件方法）雛菊鏈法：在每個外圍設(shè)備的接口上連接一個邏輯電路，邏輯電路構(gòu)成雛菊鏈控制中斷回答信號的通路雛菊鏈是中斷回答信號的控制通路。雛菊鏈法:所有I/O模塊共享一根共同的中斷請求線.當CPU檢測到中斷請求信號,則發(fā)出中斷確認信號.中斷確認信號依次在I/O模塊間傳遞,直到發(fā)出請求的模塊,該模塊則把它的ID送往數(shù)據(jù)線由CPU讀取

2、中斷控制I/O方式2）雛菊鏈法（硬件方法）雛菊鏈法:55CPU及總線控制邏輯INTR設(shè)備·1接口雛菊鏈邏輯電路1中斷應答11中斷請求設(shè)備·2接口雛菊鏈邏輯電路中斷應答中斷請求…在雛菊鏈電路中如果某級設(shè)備發(fā)出中斷請求，則截獲該選通信號，從而使自己的中斷請求得到響應。并且使后面的設(shè)備無法再獲得該選通信號。該設(shè)備截獲選通信號后則撤銷自己的中斷請求，然后發(fā)一個中斷類型號，使CPU找到正確的中斷程序入口。如果該設(shè)備沒有提出請求，則該選通信號會繼續(xù)往后傳遞。當有幾個設(shè)備同時提出中斷請求時，最接近CPU的設(shè)備先得到響應，優(yōu)先級最高。中斷允許信號0CPU及INTR設(shè)備·1接口1中斷11中斷請求設(shè)備·2接口中56基本設(shè)計思想：將所有的設(shè)備連成一條鏈，靠近CPU的設(shè)備優(yōu)先級最高，越遠的設(shè)備優(yōu)先級別越低，則發(fā)出中斷響應信號，若級別高的設(shè)備發(fā)出了中斷請求，在它接到中斷響應信號的同時，封鎖其后的較低級設(shè)備使得它們的中斷請求不能響應，只有等它的中斷服務結(jié)束以后才開放，允許為低級的設(shè)備服務。基本設(shè)計思想：將所有的設(shè)備連成一條鏈，靠近CPU的設(shè)備優(yōu)先級57若兩個設(shè)備同時發(fā)出中斷申請，會怎樣？？接近CPU的得到中斷響應，后面得不到響應的設(shè)備一直保持中斷請求。中斷結(jié)束后才會響應下個中斷若兩個設(shè)備同時發(fā)出中斷申請，會怎樣？？58專用硬件方式采用“中斷控制器”進行優(yōu)先級管理。如：采用可編程中斷控制器8259A。

1片8259A可以管理8級中斷源。效率高，使用靈活方便。

專用硬件方式采用“中斷控制器”進行優(yōu)先級管理。59圖6-7中斷控制器的系統(tǒng)連接圖6-7中斷控制器的系統(tǒng)連接60有了中斷控制器以后，CPU的INTR和引腳不再與接口直接相連，而是與中斷控制器相連外設(shè)的中斷請求信號通過IR0～IR7進入中斷控制器，經(jīng)優(yōu)先級管理邏輯確認為級別最高的那個請求的類型號會經(jīng)過中斷類型寄存器在當前中斷服務寄存器的某位上置1，并向CPU發(fā)INTR請求，CPU發(fā)出信號后，中斷控制器將中斷類型碼送出。在整個過程中，優(yōu)先級較低的中斷請求都受到阻塞，直到較高級的中斷服務完畢之后，當前服務寄存器的對應位清0，較低級的中斷請求才有可能被響應有了中斷控制器以后，CPU的INTR和引腳不再與接口直接相連61實時響應的條件采用中斷控制I/O方式時，當外設(shè)沒有提出中斷請求時，CPU運行主程序。僅當外設(shè)提出中斷請求時才臨時中斷主程序去為外設(shè)服務。因此這種方式可以較好得解決CPU與外設(shè)在速度上差別很大的問題，協(xié)調(diào)二者的工作，效率較高。為了更好地滿足實時性的要求，可以根據(jù)外設(shè)最短響應時間的長短恰當?shù)匕才艃?yōu)先級順序。為了滿足實時性的要求還有一些必須滿足的條件實時響應的條件采用中斷控制I/O方式時，當外設(shè)沒有提出中斷請62假設(shè)采用軟件查詢的中斷控制方式，現(xiàn)在我們有n個中斷方式控制的外設(shè)。把他們按照最短響應時間從小到大的順序排列。各外設(shè)的實際服務時間為S1，S2,….Si,….Sn。設(shè)其中第i個設(shè)備的服務時間最長。最短響應時間是C1,C2,C3,…,Cn即Si＝Smax。最壞的一種情況是，當?shù)趇個設(shè)備剛剛進入服務程序時，其他所有的設(shè)備都提出中斷請求。假設(shè)不允許中斷嵌套，那么系統(tǒng)必須為第i個設(shè)備服務完后才能依次從第1個設(shè)備開始為其余設(shè)備服務。要滿足實時性要求，必須在各設(shè)備的最短響應時間內(nèi)使他們都得到服務，則最短響應時間必須滿足下列條件：在允許中斷嵌套時，優(yōu)先權(quán)較高的設(shè)備的實時響應要求較容易滿足。但是若優(yōu)先權(quán)高的外設(shè)以過高的頻率中斷優(yōu)先權(quán)低的外設(shè)服務程序的話，則優(yōu)先權(quán)低的外設(shè)的中斷請求能否得到實時響應還要具體分析，所以必須合理安排中斷優(yōu)先權(quán)假設(shè)采用軟件查詢的中斷控制方式，現(xiàn)在我們有n個中斷方式控制的633、直接存儲器存取方式——DMA中斷控制方式雖然與程序控制方式相比較效率要高一點。但是對于一些要求高速傳遞數(shù)據(jù)的場合仍然不實用。原因：中斷控制方式中無論是進入中斷服務程序前還是中斷返回時都要進行大量的準備工作（保存斷點，狀態(tài)信息；恢復斷點，狀態(tài)信息）；而且在中斷控制方式中數(shù)據(jù)的傳遞仍然是通過CPU執(zhí)行輸入輸出指令實現(xiàn)的，效率相對來說不是很高。3、直接存儲器存取方式——DMA中斷控制方式雖然與程序控制方643、直接存取DMA方式DirectMemoryAccess不經(jīng)過CPU，在內(nèi)存的不同區(qū)域之間，或者在內(nèi)存與外設(shè)端口之間直接進行數(shù)據(jù)傳送的方式，可以大大提高信息的傳送速度用硬件的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，速度快需要增加硬件——DMAC直接存儲器存取控制器3、直接存取DMA方式DirectMemoryAcces653、直接存取DMA方式DMA方式傳送的主要步驟①外設(shè)準備就緒時，向DMA控制器發(fā)DMA請求，DMA控制器接到此信號后，向CPU發(fā)DMA請求；②CPU接到HOLD請求后，如果條件允許（一個總線操作結(jié)束），則發(fā)出HLDA信號作為響應，同時，放棄對總線的控制；③DMA控制器取得總線控制權(quán)后，往地址總線發(fā)送地址信號，每傳送1個字節(jié)，就會自動修改地址寄存器的內(nèi)容，以指向下一個要傳送的字節(jié)；④每傳送一個字節(jié)，字節(jié)計數(shù)器的值減1，當減到0時，DMA過程結(jié)束；⑤DMA控制器向CPU發(fā)結(jié)束信號，將總線控制權(quán)交回CPU?？偩€權(quán)利的交換3、直接存取DMA方式DMA方式傳送的主要步驟總線權(quán)利的交換663、直接存取DMA方式3、直接存取DMA方式673、直接存取DMA方式DMAC暫時占用數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線。CPU的HOLD引腳接受DMAC的總線請求，HLDA引腳發(fā)送總線請求的允許信號。均為高電平有效。DMA傳送控制方式，解決了在內(nèi)存的不同區(qū)域之間，或者內(nèi)存與外設(shè)之間大量數(shù)據(jù)的快速傳送問題代價是需要增加專門的硬件控制電路，3、直接存取DMA方式DMAC暫時占用數(shù)據(jù)總線，地址總線和控68DMA控制方式DMA控制方式：是一種成塊傳送數(shù)據(jù)的方式。8237A的數(shù)據(jù)傳送速率可達1.6M字節(jié)/s；8257A的數(shù)據(jù)傳送速率可達1．25M字節(jié)/s。DMA控制方式DMA控制方式：是一種成塊傳送數(shù)據(jù)的方式。8269本章學習目的:解決微型計算機和外部的連接問題，使計算機和外部構(gòu)成一個整體，能正確、可靠、高效率的交換信息，這是設(shè)計一個微機控制系統(tǒng)必須解決的基本問題本章學習目的:解決微型計算機和外部的連接問題，使計算機和外部70主要內(nèi)容概述：接口、通道、IO信號種類、通信方式IO控制方式：程序控制、中斷控制、直接存取IO接口設(shè)計DA、AD轉(zhuǎn)換器抗干擾措施主要內(nèi)容概述：接口、通道、IO信號種類、通信方式71第一節(jié)概述輸入輸出接口技術(shù)——研究微處理器和外部設(shè)備之間信息交換的技術(shù)輸入輸出接口——簡稱“接口”第一節(jié)概述輸入輸出接口技術(shù)——721、接口通道及功能1、接口通道及功能73門電路&與非門或門≥1=11異或非門電路&與非門或門≥1=11異或非74：是CPU與“外部世界”的連接電路，負責“中轉(zhuǎn)”各種信息?！敖涌凇倍x：是CPU與“外部世界”的連接電路，負責“中轉(zhuǎn)”各種信息?！?51、接口、通道及其功能I／O接口電路定義：是主機和圍設(shè)備之間交換信息的連接部件。使主機和外設(shè)能夠協(xié)調(diào)工作，有效地完成信息交換。設(shè)置原因：解決主機cpu和外圍設(shè)備之間的問題1、接口、通道及其功能I／O接口電路761、接口、通道及其功能設(shè)置原因：1、時序配合和通信聯(lián)絡問題cpu快、外設(shè)速度不定，因此異步工作2、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換匹配問題cpu并行，外設(shè)不定、串行；速率、電平匹配3、負載能力和外設(shè)端口選擇、cpu超載，可靠性降低，多外設(shè)數(shù)據(jù)混亂4、端口可編程功能（單口復用）5、傳輸錯誤檢測功能（奇偶校驗、冗余校驗）1、接口、通道及其功能設(shè)置原因：77接口組成：數(shù)據(jù)鎖存器緩沖器狀態(tài)寄存器中斷控制電路接口組成：數(shù)據(jù)鎖存器781、接口、通道及其功能I／O通道：定義：也稱為過程通道。它是計算機和控制對象之間信息傳送和變換的連接通道設(shè)置原因：cpu只能處理數(shù)字量，必需有通道將被控對象采集的量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（開關(guān)量），或相反1、接口、通道及其功能I／O通道：791、接口、通道及其功能I／O通道：功能：

實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的信號方便、可靠、高效率的變換信號的輸入通路。信號的輸出通路。1、接口、通道及其功能I／O通道：信號的輸入通路。80I／O通道：給計算機提供被控對象的各種物理參數(shù)的通道稱為信號的輸入通路。傳輸計算機控制命令作用于被控對象的通道稱為信號的輸出通路。1、接口、通道及其功能I／O通道：1、接口、通道及其功能81I／O通道：單信號輸入通道：高電壓大電流低電壓小電流頻率信號開關(guān)信號多信號輸入通道1、接口、通道及其功能I／O通道：1、接口、通道及其功能822、I／O信號的種類2、I／O信號的種類832、I／O信號的種類CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制外部設(shè)備與CPU之間交換信息，通常有三類信息數(shù)據(jù)信息狀態(tài)信息控制信息數(shù)字量模擬量開關(guān)量2、I／O信號的種類CPU外部設(shè)備數(shù)據(jù)狀態(tài)控制外部設(shè)備與CP842、I／O信號的種類

數(shù)據(jù)信息：微機中，數(shù)據(jù)通常為8位或16位數(shù)字量:

由鍵盤、光電輸入機、卡片機等讀入的信息，一般是以二進制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。模擬量:

現(xiàn)場信息經(jīng)過傳感器把非電量轉(zhuǎn)換成的電量以及執(zhí)行機構(gòu)所能接受的控制量。開關(guān)量:

只有開和關(guān)兩個狀態(tài)，用一位二進制數(shù)來表示脈沖量：脈沖列，其頻率和個數(shù)可表示物理量2、I／O信號的種類數(shù)據(jù)信息：微機中，數(shù)據(jù)通常為8位或1852、I／O信號的種類

狀態(tài)信息：狀態(tài)信息也稱握手信息、應答信息，它是反應外部設(shè)備的狀態(tài)。是cpu和外設(shè)之間交換信息的聯(lián)絡信號Eg：cpureadycpubusy2、I／O信號的種類狀態(tài)信息：862、I／O信號的種類控制信息：用來控制I／O裝置的啟動或停止，信息流入或流出，端口尋址信號等信息，它是由CPU發(fā)送給外部設(shè)備的控制信號

2、I／O信號的種類控制信息：872、I／O信號的種類為保證信息的正確傳送，I／O接口往往開辟三個不同的端口來傳送數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。2、I／O信號的種類883、cpu與外設(shè)的通信方式3、cpu與外設(shè)的通信方式893、cpu與外設(shè)的通信方式

并行通信：串行通信：把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進行傳輸速度快，協(xié)調(diào)，異步傳輸。成本高，復雜

數(shù)據(jù)按位進行傳送的

串行通信全雙工方式半雙工方式同步通信異步通信計算機與外部交換信息叫做通信（communication）3、cpu與外設(shè)的通信方式

并行通信：90發(fā)送A接收數(shù)據(jù)應答數(shù)據(jù)應答接收B發(fā)送全雙工方式:數(shù)據(jù)信息能沿相反兩個方向傳送。

接口與外圍設(shè)備間有2條數(shù)據(jù)傳輸線優(yōu)點：同時收發(fā)，傳輸效率高缺點：線多。

發(fā)送數(shù)據(jù)接收全雙工方式:數(shù)據(jù)信息能沿相反兩個方向傳送。接口91發(fā)送AK1K2B

接收接收發(fā)送半雙工方式:數(shù)據(jù)信息可沿數(shù)據(jù)傳輸線的兩個方向傳送，但同一時刻只能沿一個方向傳送。

接口與外圍設(shè)備間有1條數(shù)據(jù)傳輸線優(yōu)點：傳輸效率稍低缺點：省一根傳輸線

發(fā)送AK1K292SYNSYN控制字符控制字符數(shù)據(jù)字符...SYN同步通信：在一組字符前后加同步字符，標志一組數(shù)據(jù)塊的開始與結(jié)束，接收裝置接收到同步字符而開始接收數(shù)據(jù)，直到接收后同步字符，一幀數(shù)據(jù)接收結(jié)束。

優(yōu)點：比異步傳輸效率稍高。缺點：若數(shù)據(jù)有一位錯，就必須重傳整塊數(shù)據(jù)，且控制比較復雜SYNSYN控制字符控制字符數(shù)據(jù)字符...SYN同93異步通信：要傳送的字符代碼前加一起始位，以示該字符代碼開始，在字符代碼后面加一停止位，以示該字符代碼結(jié)束。起始位：1跳變0開始傳輸異步通信：要傳送的字符代碼前加一起始位，以示該字符代碼開始，94優(yōu)點：如果有錯，只需重發(fā)一個字符，控制簡單缺點：開銷大，效率低，速度慢。。由于這種方式的字符發(fā)送是相互獨立的故稱為異步方式是計算機通信網(wǎng)絡中常用的、最簡單的傳輸方式優(yōu)點：如果有錯，只需重發(fā)一個字符，由于這種方式的字符發(fā)送是相95第二節(jié)IO控制方式控制方式原因：cpu與外設(shè)種類、功能、工作速度差異定義：為了使外設(shè)在cpu控制下有機、協(xié)調(diào)、可靠、高效率的工作，采取的cpu控制外設(shè)的策略

cpu采用分時控制第二節(jié)IO控制方式控制方式96基本控制方式程序控制方式:無條件、查詢式中斷控制方式直接存取DMA方式有的系統(tǒng)可同時采用2到3種控制方式基本控制方式程序控制方式:無條件、查詢式有的系統(tǒng)可同時采97指CPU和外圍設(shè)備間信息傳送實在程序控制下進行的。分類：無條件傳送方式查詢式傳送方式（條件傳送方式）1、程序控制方式

指CPU和外圍設(shè)備間信息傳送實在程序控制下進行的。1、程序控98定義：當外設(shè)已準備就緒，不必查詢外設(shè)的狀態(tài)而進行信息傳輸，這就稱為無條件傳送。適用范圍：只適用于簡單的外設(shè)，eg：開關(guān)和LED數(shù)碼段顯示器等

無條件傳送方式這種情況下，外設(shè)總是處于就緒狀態(tài)定義：無條件傳送方式這種情況下，外設(shè)總是處于就緒狀態(tài)991、程序控制方式

直接使用三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連無條件傳送方式端口譯碼，選中端口M/IO為0與外設(shè)傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流向數(shù)據(jù)流向讀入需要緩沖器寫需要鎖存器1、程序控制方式

直接使用三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連無條件傳送100RD讀信號引腳（輸出），低電平有效，執(zhí)行一個對內(nèi)存或I/O端口的讀操作，到底是讀取內(nèi)存中的單元數(shù)據(jù)還是I/O端口中的數(shù)據(jù)，取決于M/IO信號WR寫信號（輸出），低電平有效，對存儲器或I/O寫操作，具體哪種操作取決于M/IO信號M/IO存儲器/輸入/輸出控制信號（輸出）若此信號為高電平，表示CPU和存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳輸；若為低電平，表示CPU和輸入輸出設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸。RD讀信號引腳（輸出），低電平有效，執(zhí)行一個對內(nèi)存或I/O101有條件傳送方式——查詢傳送方式CPU通過執(zhí)行程序不斷讀取并測試外設(shè)狀態(tài)，如果輸入外設(shè)處于已準備好狀態(tài)或輸出外設(shè)為空閑狀態(tài)時，則CPU執(zhí)行傳送信息指令。查詢傳送方式的接口電路應包括：傳送數(shù)據(jù)端口及傳送狀態(tài)端口。狀態(tài)：由開關(guān)量0、1表示多個外設(shè)：逐一查詢、逐一服務有條件傳送方式——查詢傳送方式CPU通過執(zhí)行程序不斷讀取并102鎖存器，就是把當前的狀態(tài)鎖存起來，使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時間鎖存后狀態(tài)不再發(fā)生變化，直到解除鎖定。緩沖器，它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)鎖存器，就是把當前的狀態(tài)鎖存起來，使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電103查詢式輸出接口電路查詢式輸出接口電路104端口譯碼≥1≥1輸入緩沖器輸出鎖存器數(shù)據(jù)總線M/≥1三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出外設(shè)狀態(tài)CPU不斷讀入并測試狀態(tài)口的狀態(tài)，只有當狀態(tài)口的信號為“1”時，CPU才發(fā)出輸入輸出指令，此時M/才為低電平，譯碼器才開始工作。地址總線端≥1≥1輸入緩沖器輸出鎖存器數(shù)據(jù)總線M/≥1三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)105MPU是MicroProcessorUnit的所寫微處理器。早期甚至多達7、8顆，但目前大多合并成2顆，一般稱作北橋（NorthBridge，是主板芯片組中起主導作用的最重要的組成部分，也稱為主橋）芯片和南橋（SouthBridge，南橋芯片負責I/O總線之間的通信)芯片，在計算機中起到轉(zhuǎn)接橋的作用，轉(zhuǎn)接數(shù)據(jù).（轉(zhuǎn)自百科）CPU是英語“CentralProcessingUnit”的縮寫，是計算機的大腦，起到運算數(shù)據(jù)的作用，而CPU的指令調(diào)用、數(shù)據(jù)傳輸、各個設(shè)備的工作狀態(tài)都需要CPU通過MPU轉(zhuǎn)接控制才能完成MPU是MicroProcessorUnit的所寫微處106播放flv播放flv107查詢傳送方式優(yōu)點：傳送可靠、接口簡單、不占用中斷傳輸線、程序設(shè)計簡單缺點Cpu需不斷讀取、檢測狀態(tài)，費時間、效率低適用于多個按一定規(guī)律工作的生產(chǎn)、機械過程查詢傳送方式優(yōu)點：適用于多個按一定規(guī)律工作的生產(chǎn)、機械過程108查詢傳送方式實時響應所有外圍設(shè)備的服務時間的總和必須小于或等于任一外圍設(shè)備的最短響應時間（也稱危險時間）∑各外設(shè)的服務時間≤任一外設(shè)的最短響應時間最短響應時間：設(shè)備相鄰2次請求服務的最短間隔時間

不能丟失任何一個任務?。。。?！查詢傳送方式實時響應所有外圍設(shè)備的服務時間的總和必須小于或等1092、中斷控制I/O方式為了更好地滿足實時性的要求，通常采用中斷控制I/O方式。這樣CPU不必花大量時間去查詢各設(shè)備的狀態(tài)位，而是當外設(shè)提出中斷請求時，CPU才響應。停止當前的工作，去執(zhí)行外圍設(shè)備的服務程序。該中斷服務程序處理完后回到剛才的執(zhí)行點繼續(xù)執(zhí)行先前未完成的程序。沒有中斷請求時，CPU運行主程序。計控系統(tǒng)一般采用外部中斷方式。即通過I/O接口硬件向CPU發(fā)出中斷請求信號。2、中斷控制I/O方式為了更好地滿足實時性的要求，通常采用中110圖6-3中斷方式原理圖圖6-3中斷方式原理圖111圖6-8中斷服務子程序圖6-8中斷服務子程序1122、中斷控制I/O方式定義：當外圍設(shè)備需要請求服務時，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應外圍設(shè)備中斷，停止執(zhí)行當前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個外圍設(shè)備的服務程序。中斷處理完畢，CPU又返回來執(zhí)行原來的程序。分類：外部中斷、內(nèi)部中斷2、中斷控制I/O方式定義：當外圍設(shè)備需要請求服務時，向C1132、中斷控制I/O方式外部中斷：通過I／O接口硬件向CPU發(fā)出中斷請求信號，從而引起一個中斷處理過程。8086有兩個中斷引腳：NMI和INTR。NMI是非屏蔽中斷，不受中斷允許標志IF控制的，只要收到信號立即響應中斷服務程序。一般用來處理設(shè)備的中斷故障。INTR為可屏蔽中斷，只有當IF＝1時才相應中斷服務程序。2、中斷控制I/O方式外部中斷：1142、中斷控制I/O方式多重中斷處理時必須解決以下四個問題保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場在中斷服務程序開始設(shè)置保存現(xiàn)場、中斷返回前恢復現(xiàn)場。（軟件編程可解決，保存/恢復指令）

保存和恢復通用寄存器的內(nèi)容正確判斷中斷源要能正確地找到申請中斷的外圍設(shè)備的中斷服務程序入口地址，且能跳轉(zhuǎn)到這個入口。

（硬件為基礎(chǔ)解決—中斷向量表；軟件查詢）2、中斷控制I/O方式多重中斷處理時必須解決以下四個問題1152、中斷控制I/O方式實時響應對于每個外圍設(shè)備的中斷請求，CPU都能接受到并在最短響應時間內(nèi)給予服務。按優(yōu)先權(quán)順序處理優(yōu)先權(quán)順序：多個外圍設(shè)備同時提出中斷請求時，應能按輕重緩急設(shè)定中斷順序，逐個進行處理。優(yōu)先級高的中斷源可中斷優(yōu)先級低的中斷多重中斷處理時必須解決以下四個問題2、中斷控制I/O方式實時響應多重中斷處理時必須解決以下四個116輸入輸出接口技術(shù)和輸入輸出通道課件117小結(jié)

多重中斷處理時必須解決的四個問題

保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場。正確判斷中斷源。實時響應。按優(yōu)先權(quán)順序處理。小結(jié)

多重中斷處理時必須解決的四個問題保存現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場。118測驗設(shè)置接口通道的原因？（5點）IO信號的種類？簡述CPU與外界的通信方式，優(yōu)缺點IO基本控制方式有哪3種？測驗設(shè)置接口通道的原因？（5點）1192、中斷控制I/O方式A、中斷優(yōu)先級問題的解決軟件查詢方式雛菊鏈法專用硬件方式2、中斷控制I/O方式A、中斷優(yōu)先級問題的解決軟件查詢方式1202、中斷控制I/O方式1）軟件查詢方式：想讓誰先誰就先接口硬件電路包括三部分：中斷寄存器、中斷申請電路和并行I／O接口

存放中斷請求信息中斷申請電路外圍設(shè)備優(yōu)先順序由查詢序列中它所處的位置決定2、中斷控制I/O方式1）軟件查詢方式：想讓誰先誰就先存放中121只需有簡單的硬件電路，如將A、B、C三臺設(shè)備的中斷請求信號“或”后作為系統(tǒng)INTR，A、B、C三臺設(shè)備中只要至少有一臺設(shè)備提出中斷請求，都可以向CPU發(fā)中斷請求。進入中斷服務子程序后，再用軟件查詢的方式分別對不同的設(shè)備的服務查詢程序的設(shè)計思想同查詢式，查詢的前后順序就給出了設(shè)備的優(yōu)先級圖6-5軟件查詢方式只需有簡單的硬件電路，如將A、B、C三臺設(shè)備的中斷請求信號“122軟件查詢中斷控制程序

PUSHAX因為在查詢程序中要用到AX寄存器，因DVC1:INAL,STAT1要保存它原來的內(nèi)容TESTAL,20HJZDVC2CALLCCS1JMPDVANDDVC2:INAL,STAT2TESTAL,20HJZDVC3CALLCCS2JMPDVANDDVC3:INAL,STAT3TESTAL,20HJMPDVANDCALLCCS3DVEND:POPAXIRET外圍設(shè)備中斷的優(yōu)先權(quán)由所處查詢序列中的位置決定。軟件查詢中斷控制程序PUSH1232、中斷控制I/O方式2）雛菊鏈法（硬件方法）雛菊鏈法：在每個外圍設(shè)備的接口上連接一個邏輯電路，邏輯電路構(gòu)成雛菊鏈控制中斷回答信號的通路雛菊鏈是中斷回答信號的控制通路。雛菊鏈法:所有I/O模塊共享一根共同的中斷請求線.當CPU檢測到中斷請求信號,則發(fā)出中斷確認信號.中斷確認信號依次在I/O模塊間傳遞,直到發(fā)出請求的模塊,該模塊則把它的ID送往數(shù)據(jù)線由CPU讀取

2、中斷控制I/O方式2）雛菊鏈法（硬件方法）雛菊鏈法:124CPU及總線控制邏輯INTR設(shè)備·1接口雛菊鏈邏輯電路1中斷應答11中斷請求設(shè)備·2接口雛菊鏈邏輯電路中斷應答中斷請求…在雛菊鏈電路中如果某級設(shè)備發(fā)出中斷請求，則截獲該選通信號，從而使自己的中斷請求得到響應。并且使后面的設(shè)備無法再獲得該選通信號。該設(shè)備截獲選通信號后則撤銷自己的中斷請求，然后發(fā)一個中斷類型號，使CPU找到正確的中斷程序入口。如果該設(shè)備沒有提出請求，則該選通信號會繼續(xù)往后傳遞。當有幾個設(shè)備同時提出中斷請求時，最接近CPU的設(shè)備先得到響應，優(yōu)先級最高。中斷允許信號0CPU及INTR設(shè)備·1接口1中斷11中斷請求設(shè)備·2接口中125基本設(shè)計思想：將所有的設(shè)備連成一條鏈，靠近CPU的設(shè)備優(yōu)先級最高，越遠的設(shè)備優(yōu)先級別越低，則發(fā)出中斷響應信號，若級別高的設(shè)備發(fā)出了中斷請求，在它接到中斷響應信號的同時，封鎖其后的較低級設(shè)備使得它們的中斷請求不能響應，只有等它的中斷服務結(jié)束以后才開放，允許為低級的設(shè)備服務?；驹O(shè)計思想：將所有的設(shè)備連成一條鏈，靠近CPU的設(shè)備優(yōu)先級126若兩個設(shè)備同時發(fā)出中斷申請，會怎樣？？接近CPU的得到中斷響應，后面得不到響應的設(shè)備一直保持中斷請求。中斷結(jié)束后才會響應下個中斷若兩個設(shè)備同時發(fā)出中斷申請，會怎樣？？127專用硬件方式采用“中斷控制器”進行優(yōu)先級管理。如：采用可編程中斷控制器8259A。