【正文】 第九章 微機(jī)信息傳遞方式中斷系統(tǒng) 陸堯勝 謝軍 主講 暨南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子工程系 微機(jī)系統(tǒng)與接口 2 【 教學(xué)目標(biāo) 】 了解三種不同的微機(jī)信息傳遞方式，掌握其軟件和硬件設(shè)計(jì)方法。 【 教學(xué)重點(diǎn) 】 微機(jī)信息傳遞方式及其特點(diǎn)。 【 教學(xué)難點(diǎn) 】 中斷技術(shù)。 3 輸入輸出的 控制 方式 ? 主機(jī)與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的控制方式有以下四種： ? 無條件傳送 ? 查詢式傳送 ? 中斷方式傳送 ? 直接存儲(chǔ)器存取 (DMA, Direct Memory Access) 4 無條件傳送方式 ? 適用于 總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài) 的外設(shè) ? 以下外設(shè)可采用無條件傳送方式： ? 開關(guān) ? 發(fā)光器件 (如發(fā)光二極管、 7段數(shù)碼管、燈泡等 ) ? 繼電器 ? 步進(jìn)電機(jī) ? 優(yōu)點(diǎn)：軟件及接口硬件簡(jiǎn)單 ? 缺點(diǎn)：只適用于簡(jiǎn)單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄 5 查詢方式傳送 ? 適用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好，而且對(duì)傳送速率、傳送效率要求不高的場(chǎng)合。 ? CPU在與外設(shè)交換數(shù)據(jù)前必須詢問外設(shè)狀態(tài) ——“你準(zhǔn)備好沒有？ ” ? 對(duì)外設(shè)的要求：應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息 ? 對(duì)接口的要求：需要提供狀態(tài)端口 ? 優(yōu)點(diǎn)：軟件比較簡(jiǎn)單 ? 缺點(diǎn)： CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性差， 速度較慢 6 查詢方式的流程圖 超時(shí) ? READY? 與外設(shè)進(jìn) 行數(shù)據(jù)交換 超時(shí)錯(cuò) 讀入并測(cè)試外設(shè)狀態(tài) Y N Y N 傳送完？ 防止死循環(huán) 復(fù)位計(jì)時(shí)器 N Y 輸入演示 輸 出 演示 7 D5 D7D0 A9 | A3 ≥1 amp。 A15 | A10 ≥1 IOW D7D0 3F8H 外設(shè) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 BUSY CP Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 狀態(tài)端口 G G2A G2B C B A A2 A1 A0 74LS138 Y0 ≥1 IOR Y3 OE 74LS374 CP Q Q D S STROBE 3FBH 8 例：電路圖如上，用查詢方式進(jìn)行輸出 ?外設(shè)狀態(tài)端口地址為 3FBH，第 5位 (bit5)為狀態(tài)標(biāo)志（ =1忙， =0準(zhǔn)備好） ?外設(shè)數(shù)據(jù)端口地址為 3F8H，寫入數(shù)據(jù)會(huì)使?fàn)顟B(tài)標(biāo)志置 1 ；外設(shè)把數(shù)據(jù)讀走后又把它置 0。 9 中斷方式 傳送 ? CPU無需循環(huán)查詢外設(shè)狀態(tài)，而是外部設(shè)備在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)才中斷 CPU正在進(jìn)行的工作，讓 CPU來為其服務(wù)。即 CPU在沒有外設(shè)請(qǐng)求時(shí)可以去做更重要的事情，有請(qǐng)求時(shí)才去傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提高了 CPU的利用率。 ? 優(yōu)點(diǎn)： CPU效率高，實(shí)時(shí)性好，速度快。 ? 缺點(diǎn)：程序編制較為復(fù)雜。 10 DMA傳輸 ? 前面三種 I/O方式都需要 CPU作為中介： 外設(shè) CPU 內(nèi)存 兩個(gè)含義： 1）軟件：外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過 CPU執(zhí)行程序來完成的； 2）硬件： I/O接口和存儲(chǔ)器的讀寫控制信號(hào)、地址信號(hào)都是由 CPU發(fā)出的（總線由 CPU控制）。 ? 缺點(diǎn)：程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度（約為幾十 KB/秒） —解決： DMA傳輸 11 ? DMA傳輸 : 外設(shè) 內(nèi)存 ? 外設(shè)直接與存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 ， CPU不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎撸? ? 總線由 DMA控制器（ DMAC）進(jìn)行控制（ CPU要放棄總線控制權(quán)），內(nèi)存 /外設(shè)的地址和讀寫控制信號(hào)均由 DMAC提供。 ? 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸 由 DMA硬件來控制，數(shù)據(jù) 直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換，可以達(dá)到很高的傳輸速率（可達(dá)幾 MB/秒） 12 中斷技術(shù) ? 中斷的基本概念 ? 什么是中斷 ? ? 與生活場(chǎng)景的比較 正在看書 電話鈴響 接電話 繼續(xù)看書 執(zhí)行程序 事件發(fā)生 事件處理 繼續(xù)執(zhí)行程序 中斷處理 中斷請(qǐng)求及響應(yīng) 實(shí)際場(chǎng)景 計(jì)算機(jī) 中斷返回 13 中斷的定義 ? CPU執(zhí)行程序時(shí)，由于發(fā)生了某種隨機(jī)的事件 (外部或內(nèi)部 )，引起 CPU暫時(shí)中斷正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務(wù)程序 (稱為中斷服務(wù)程序或中斷處理程序 )，以處理該事件，該事件處理完后又返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過程稱為中斷。 14 中斷源 ? 引起 CPU中斷的事件 ——中斷源。例如： ? 外設(shè) ——請(qǐng)求輸入輸出數(shù)據(jù)，報(bào)告故障等 ? 事件 ——掉電、硬件故障、軟件錯(cuò)誤、非法操作、定時(shí)時(shí)間到等 ? 中斷源分為：外部中斷、內(nèi)部中斷 ? 內(nèi)部中斷： CPU內(nèi)部執(zhí)行程序時(shí)自身產(chǎn)生的中斷 ? 外部中斷： CPU以外的設(shè)備、部件產(chǎn)生的中斷 ? 8086/8088的外部中斷信號(hào)： INTR、 NMI ? INTR——可屏蔽中斷請(qǐng)求，高電平有效，受 IF標(biāo)志的控制。 IF=1時(shí)，執(zhí)行完當(dāng)前指令后 CPU對(duì)它作出響應(yīng)。 ? NMI——非屏蔽中斷請(qǐng)求，上升沿有效，任何時(shí)候 CPU都要響應(yīng)此中斷請(qǐng)求信號(hào)。 15 為何計(jì)算機(jī)中要引入中斷？ ? 提高數(shù)據(jù)傳輸率； ? 避免了 CPU不斷檢測(cè)外設(shè)狀態(tài)的過程，提高了 CPU的利用率。 ? 實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)。 16 ? 五個(gè)步驟： ? 中斷請(qǐng)求 ? 中斷判優(yōu) (有時(shí)還要進(jìn)行中斷源識(shí)別 ) ? 中斷響應(yīng) ? 中斷服務(wù) ? 中斷返回 以下以 外部中斷 為主介紹這五個(gè)步驟。 17 1）中斷請(qǐng)求 ? 外設(shè)接口（中斷源）發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，送到CPU的 INTR或 NMI引腳； ? 中斷請(qǐng)求信號(hào)：邊沿請(qǐng)求，電平請(qǐng)求 例如， NMI為邊沿請(qǐng)求， INTR為電平請(qǐng)求 ? 中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)保持到中斷被處理為止； ? CPU響應(yīng)中斷后，中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)及時(shí)撤銷。 ? 在 8086/8088系統(tǒng)中，外設(shè)的中斷要經(jīng)過 8259A可編程中斷控制器 (PIC)的排隊(duì)判優(yōu)后向 CPU發(fā)出： (I/O接口 ) → PIC → CPU n118 ）中斷源識(shí)別 ? 計(jì)算機(jī)中的中斷源有很多， CPU必須識(shí)別是哪一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生中斷。識(shí)別中斷源有兩個(gè)方法： ? 軟件查詢。將中斷信號(hào)從數(shù)據(jù)總線讀入，用程序進(jìn)行判別。 ? 中斷矢量法。由中斷源提供中斷類型號(hào)， CPU根據(jù)類型確定中斷源。（ 8086/8088即采用此種方法） 19 ）中斷判優(yōu) ? 多個(gè)中斷源產(chǎn)生中斷， CPU首先為誰服務(wù)？ ——中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)問題。 ? 中斷優(yōu)先級(jí)控制要處理兩種情況： ? 對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的中斷：應(yīng)首先處理優(yōu)先級(jí)別較高的中斷；若優(yōu)先級(jí)別相同，則按先來先服務(wù)的原則處理； ? 對(duì)非同時(shí)產(chǎn)生的中斷：低優(yōu)先級(jí)別的中斷處理程序允許被高優(yōu)先級(jí)別的中斷源所中