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第2章輸入輸出技術(shù)-在線瀏覽

2024-08-30 09:16本頁面
  

【正文】 I/O端口占用了一部分存儲器地址空間, 使可用的內(nèi)存空間相對減少。 ( 2) 對外設(shè)的訪問和對存儲器的訪問一樣 , 必須對全部地址線譯碼 , 因而地址譯碼電路比較復(fù)雜 。 ( 4)用存儲器指令來處理輸入 /輸出, 在程序清單中不易區(qū)別,給程序的設(shè)計,分析和調(diào)試帶來一定的困難。 ( 2)由于采用單獨的 I/O指令, 其助記符與存儲器指令明顯不同,因而使程序編制清晰,易于理解。 ( 4) I/O指令格式短 , 執(zhí)行時間快 。 ( 2) 參加譯碼的地址線較少 , 使外設(shè)端口數(shù)目受到限制 。 最小模式下的 8088則用 M/IO信號來區(qū)分存儲器或 I/O端口的訪問 。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 8088專用 I/O指令 ? 對于采用直接尋址方式,其指令格式為: 輸入指令: IN AL, n和 IN AX, n 輸出指令: OUT n, AL和 OUT n, AX ? 對于采用間接尋址方式,其指令格式為: 輸入指令: IN AL, DX和 IN AX, DX 輸出指令: 0UT DX, AL和 OUT DX, AX COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 門電路組合法 ? 常見的端口地址選擇方法有三種: 門電路組合法、譯碼器譯碼法、比較器比較法 。 ? 一般端口都是指寄存器、鎖存器或緩沖器,這些器件都有一個芯片選擇信號,簡稱片選信號,多數(shù)是低電平有效,當(dāng)然,也有一些芯片沒有片選信號,而是有使能端,或脈沖控制端,總之是使器件產(chǎn)生動作的控制端。 ? 這種方法簡單、直觀,適合于單個端口,常用的基本門電路有7400( 2輸入 4與非門)、 7408( 2輸入 4與門)、 7420( 4輸入雙與非門)、 7430( 8輸入與非門)、 7402( 2輸入 4或非門)、7432( 2輸入 4或門)、 7404(六反相器)等等。 ? PC/XT微型機(jī)系統(tǒng)板上接口芯片的端口地址譯碼采樣了一個 74LS138譯碼電路。各接口芯片內(nèi)部有多個寄存器,因而應(yīng)有多個端口地址。顯然,由于 A4~ A0未接到譯碼器,所以每個譯碼器的輸出端對應(yīng) 25=32個端口地址,其地址范圍依次是: 8237 000H ~ 01FH 8259 020H ~ 03FH 8253 040H ~ 05FH 8255 060H ~ 07FH DMA頁面寄存器 080H ~ 09FH NMI屏蔽寄存器 0A0H ~ 0BFH 保留的 0C0H ~ 0DFH 保留的 0E0H ~ 0FFH ? 系統(tǒng)為每個接口芯片預(yù)留出 32個端口地址 , 至于每個接口芯片用多少 ,則視接口芯片內(nèi)部寄存器的數(shù)目而定 。常用的譯碼器有 74139/74155(雙 2線 4線譯碼器)、 74138( 3線 8線譯碼器)、 74154( 4線 16線譯碼器)。如果比較后兩個地址相等,則表示地址總線送來的端口地址就是該端口的地址。在一些通用接口模板中,這一方法已得到廣泛的應(yīng)用。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 輸入輸出控制方式 ? I/O設(shè)備與存儲器區(qū)別: 1. 存儲器的工作速度幾乎和中央處理機(jī)一樣 , 而大多數(shù) I/O設(shè)備工作較慢 , 且不同的 I/O設(shè)備又有不同的工作速度 。 3. 存儲器中的信號形式與 CPU相同 , 而 I/O設(shè)備可能是數(shù)字信號也可能是模擬信號 , 可能是電壓信號也可能是電流信號 , 可能是并行的也可能是串行的等等 。 ? 這些差異都使得 I/O數(shù)據(jù)傳送過程較為復(fù)雜,隨之而來的就是根據(jù)不同設(shè)備需采用不同的傳送方式,相應(yīng)的也就要采用不同的控制方式。 ? 無條件傳送方式, CPU可在任何時刻與 I/O設(shè)備交換數(shù)據(jù),對 CPU而言, I/O設(shè)備總是處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。 ? 中斷方式, 當(dāng) I/O設(shè)備需要 CPU為其服務(wù)時,可以發(fā)生中斷請求信號 INTR, CPU接到請求信號后,中斷正在執(zhí)行的程序,轉(zhuǎn)去為該設(shè)備服務(wù),服務(wù)完畢,返回原來被中斷的程序并繼續(xù)執(zhí)行。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 無條件傳送控制方式 ? 無條件傳送方式又稱同步方式,是最簡單的一種 I/O控制方式,多用于 CPU與低速接口之間的信息交換。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 程序查詢傳送控制方式 ? 程序查詢方式是有條件的傳送控制方式,在這種方式中,CPU對 I/O設(shè)備的控制(調(diào)度)全部由程序來實現(xiàn),所有的輸入輸出操作都處于正在被執(zhí)行的程序的控制下, I/O設(shè)備完全處于被動地位。 ? 對輸入設(shè)備而言,這個狀態(tài)指示輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備就緒, CPU是否可以隨時來讀取這個數(shù)據(jù)。 ? 程序查詢是最常用的 I/O控制方式,其 特點是 I/O操作由CPU啟動,即 CPU是主動的而 I/O是被動的,所有的傳送都是與程序的執(zhí)行同步的。 ? 它的 主要缺點 有兩個:一個是因它需踏步檢測某設(shè)備狀態(tài)或周期性檢查所有設(shè)備狀態(tài),所以影響微機(jī)系統(tǒng)的效率。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷傳送控制方式 ? 程序查詢方式獨占 CPU,而通常外設(shè)的輸入輸出速度很慢,浪費了大量的 CPU時間,它使得 CPU在查詢過程中除了檢測外設(shè)狀態(tài)以外,不能做任何其他事情。 ? 中斷過程就是 CPU對一個隨機(jī)的請求進(jìn)行處理的過程,它一般 包括五個方面 ,即 中斷申請、中斷排隊、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回 。 ? 中斷源能夠產(chǎn)生中斷申請信號有兩個條件: ? ( l)中斷源自身工作已經(jīng) “ 準(zhǔn)備就緒 ” 。 ? ( 2) CPU允許該中斷源申請中斷。如果 CPU本身允許中斷,它就可以接受(響應(yīng))中斷源發(fā)出的中斷請求信號。如果 CPU禁止某個中斷源申請中斷,那么即使這個中斷源自身工作已經(jīng)準(zhǔn)備就緒,它也不可能向 CPU提出中斷請求。 ( l)軟件查詢法 ? 基本思想: 用軟件查詢中斷源,根據(jù)查詢的順序先后來確定中斷源的優(yōu)先級。 ? 軟件查詢法的主要 優(yōu)點 是節(jié)省硬件,電路簡單,程序設(shè)計靈活,優(yōu)先級調(diào)整方便, 缺點 是每次響應(yīng)中斷后,都要從優(yōu)先權(quán)最高的中斷開始詢問,外設(shè)中斷源越多,查詢的時間就越長,而且各個中斷源的服務(wù)響應(yīng)時間也是不同的,造成優(yōu)先級別低的中斷源實時處理性差。 ? 硬件排隊法的 優(yōu)點 在于中斷響應(yīng)速度炔,并且各不同設(shè)備,無論它排在鏈頭還是鏈尾,它的響應(yīng)時間是相同的。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷響應(yīng) ? 響應(yīng)中斷條件: ( l) 外部設(shè)備有中斷請求 。 ( 3) 沒有更高級的中斷正在被服務(wù) 。 ( 4) CPU在每條指令結(jié)束后響應(yīng)中斷 。 ? CPU一旦響應(yīng)中斷 , 將在中斷響應(yīng)周期中完成一些必要的操作 ,這些工作是由硬件自動完成的 , 無需人工介入 。 內(nèi)部自動實現(xiàn)關(guān)中斷 , 禁止在中斷響應(yīng)期間受到外部干擾 。 是指保護(hù)斷點的地址 , 也就是中斷發(fā)生時在程序計數(shù)器中保存的下一條指令的地址 。 ( 3)將中斷服務(wù)程序的入口地址送入程序計數(shù)器,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷服務(wù) ? 中斷服務(wù)就是指執(zhí)行中斷服務(wù)程序,包括三個部分: 保護(hù)現(xiàn)場、中斷處理和恢復(fù)現(xiàn)場 。主程序中要用到寄存器,中斷服務(wù)程序中也要用到寄存器,而CPU中的寄存器又是有限的,所以保護(hù)現(xiàn)場的目的就是將有關(guān)的寄存器內(nèi)容壓入堆棧保存起來。保護(hù)現(xiàn)場一般使用 PUSH指令。它實質(zhì)性地完成CPU與外設(shè)之間的輸入或輸出操作,有時也包括內(nèi)存地址的修改,計數(shù)值的修改等等。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷返回 ? 中斷返回 是中斷過程的最后一個環(huán)節(jié),它是由中斷返回指令( IRET)來實現(xiàn)的,其目的在于將斷點地址返回到程序計數(shù)器,由于計算機(jī)總是按照程序計數(shù)器的地址取指令執(zhí)行程序,所以 CPU自然從斷點地址開始繼續(xù)執(zhí)行原程序。而如果不在中斷服務(wù)程序返回之前,或在主程序循環(huán)體中重新開中斷的話,那么系統(tǒng)就不可能再響應(yīng)任何可屏蔽的中斷請求。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 8088的中斷系統(tǒng) ? 8088具有強(qiáng)大的中斷處理功能,它可以處理 256種不同類型的中斷,類型號為 0~ 255。 ? 非屏蔽中斷 NMI不能被禁止 , 它只要產(chǎn)生就必須響應(yīng) , 不受 CPU的中斷允許觸發(fā)器 IF的控制 , 其中斷號為 2, 一般用于最急迫的事情 。 ? 可屏蔽中斷 INTR受 CPU的中斷允許觸發(fā)器 IF的控制,可由指令來實現(xiàn)控制: STI使 IF=1允許中斷, CLI使 IF=O禁止中斷。 ? 內(nèi)部中斷包括四類: 除法錯中斷、單步中斷、溢出中斷、軟件中斷。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷向量表 ? 中斷向量表 是中斷服務(wù)程序的入口地址表。 ? 內(nèi)部中斷與外部中斷的主要區(qū)別在于: 1. 外部中斷需要從數(shù)據(jù)總線上讀取中斷類型碼 , 而內(nèi)部中斷的中斷類型碼是指令的一部分 。 3.內(nèi)部中斷的優(yōu)先級別比外部中斷要高(除單步中斷以外)。另一個 25H功能是設(shè)置中斷向量,入口 AL=中斷類型號, DS: DX=中斷程序入口地址。 ? CPU只是啟動 DMA過程,但是絲毫不干預(yù)這一過程,整個DMA過程是由硬件自動完成的,也不需要軟件的介入。這樣,數(shù)據(jù)的傳送速度就取決于存儲器的存取時間,故數(shù)據(jù)傳送速率大大提高。 ? 在 DMA控制系統(tǒng)中,在沒有進(jìn)行 DMA傳送時, CPU作為系統(tǒng)中核心設(shè)備管理和使用三條總線( AB、 DB、 CB)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和處理,而 DMA控制器僅作為 CPU的一般外部設(shè)備,CPU可對它進(jìn)行一般的 I/O操作和初始化等工作。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 中斷控制器 8259A ? 8259A的主要功能為: 1. 具有 8級優(yōu)先權(quán)控制 , 通過芯片級聯(lián)可擴(kuò)展至 64級優(yōu)先權(quán)控制 。 3. 在中斷響應(yīng)周期可提供相應(yīng)的中斷類型號 。 5.可與 CPU直接連接,不需外加硬件電路。 ? ( 2) IMR對 IRR屏蔽 。 ? ( 3) CPU響應(yīng)中斷后發(fā)出中斷響應(yīng)信號 。 當(dāng) 8259A收到第一個 INTA信號后 ,ISR中當(dāng)前被選中的最高優(yōu)先級對應(yīng)的那一位置 “ 1”, 同時IRR中的相應(yīng)位被清 “ 0”, 表示該位上的中斷請求已被 CPU所接受 。 ? ( 5) 如果是自動結(jié)束中斷方式 ( AEOI) , 則在第二個 INTA脈沖結(jié)束時將 ISR中相應(yīng)置 “ 1”的位復(fù)位 , 否則該位的 “ 1”將一直保持 , 直到 CPU發(fā)出 EOI命令為止 。 ? 兩大工作類型 ,即單片工作和多片級連工作。 COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 全嵌套方式 ? 這是一種最普通的工作方式 。 ( 2) 中斷服務(wù)寄存器 ISR保存優(yōu)先權(quán)電路確定的優(yōu)先級狀態(tài) , 相應(yīng)位置 “ 1”, 并且一直保持這個服務(wù) “ 記錄
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