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第 6 章 输入输出和中断技术

1. 概述

1、输入输出系统

① 系统定义 （考点）：外设、I/O 接口、管理设备。

② I/O 功能与作用：外设选择、外设管理、数据缓冲、信号（电平）转换

2、I/O 分类

• 数据口（I/O）
• 状态口（I）
• 控制口（O）

3、寻址（编址方式）（考点）

端口有两种编址方式：统一编址、独立编址

① 统一编址 —— 存储映像的 I/O 寻址

把外设接口与内存统一进行编址，各占据统一地址空间的不同部分。

优点：指令强大。

缺点：地址浪费。

② 独立编址

外设地址空间和内存地址空间相互独立。

优点：地址使用充分。

缺点：指令有两套，并且要硬件支持才可编程。

大部分系统使用统一编址，但是 8086 系统使用独立编址。

4、8086/8088 CPU 的 I/O 编址方式

① 可寻址的 I/O 端口数为 64K 个，地址范围为 0000H ~ FFFFH ，并采用独立编址。

2. CPU 与外设通信的接口（简单）

1、只需要选择的 I/O 就是简单的接口。

2、输入用缓冲器/输出用锁存器 （考点）

原因：外设比较快，CPU 比较慢，为了协调速度，要用到缓冲器和锁存器。

① 单向缓冲器

单向缓冲器选用 74LS244 输入缓冲器，双向缓冲器则是 245 。

② 输出锁存器

输出锁存器选用 273 ，下降沿锁存，并且没有三态门，373 则有三态门。

3. 传送数据方式

1、无条件传送方式

CPU 直接与外设传送数据并不需要了解外设状态，认为外设已经准备就绪，直接与外设传送数据。

优点：软件及接口硬件简单。

缺点：只适用于简单外设。

2、 查询传送方式

必须查询外设状态，然后再决定是否与外设传送数据。

优点：软件简单。

缺点：CPU 利用率太低。

3、中断方式

分时传送，并行处理。

优点：CPU 利用率高。

缺点：软件复杂。

4、直接存储器存取方式（DMA）

外设直接与存储器进行数据交换，CPU 不再担当数据传输的中介者。

优点：CPU 利用率最高。

缺点：增加硬件，硬件复杂。

四种传送方式（考点）

四种传送方式是什么：无条件传送方式、查询传送方式、中断方式和 DMA 。

CPU 利用率最高的传送方式是什么：DMA 。

除了 DMA ，CPU 利用率最高的传送方式是什么：中断方式。

4. 中断的概念

1、引起 CPU 中断的事件 —— 中断源

例如：

数据传送 —— 请求输入输出数据，报告故障等。

事故处理 —— 掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等。

2、中断源分为：外部中断、内部中断

内部中断： CPU 内部执行程序时自身产生的中断。

外部中断： CPU 以外的设备产生的中断（数据传送）。

3、8086/8088 的外部中断信号：INTR、NMI

INTR —— 可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。执行完当前指令后CPU对它作出响应 INTA 。

NMI —— 非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候 CPU 都要响应此中断请求信号。

4、中断定义

所谓中断，是指这样一个过程：当CPU正在执行程序过程中，由于某一突然事件的发生，暂时中止正在执行的程序，转去处理突然发生的事件（执行中断服务程序），处理完毕，再返回原来被中止的程序继续运行。

5. 中断过程

1、中断请求

NMI： 不可屏蔽，系统中断，边沿请求。

INTR： 可屏蔽，用户中断，电平请求。

边沿请求： 遇到上升沿就中断，如果遇到毛刺干扰，也会被当做中断，所以抗干扰能力弱，但设计简单。

电平请求： 遇到毛刺不会反应过来，只有遇到高电平才会中断，所以抗干扰能力强，但需要硬件支持。

2、中断识别

计算机中的中断源有很多，CPU 必须识别是哪一个设备产生中断。

识别中断源有两个方法：

① 软件查询（查询中断）

IN AL,IPORT		；从输入接口取中断信息
TEST AL,80H		；是0号设备请求吗?
JNZ SEVO		；是，转0号设备服务程序
TEST AL,40H		；否，是1号设备请求吗?
JNZ SEVl		；是，转1号设备服务程序
TEST AL,20H		；否，是2号设备请求吗?
JNZ SEV2		；是，转2号设备服务程序
TEST AL,10H		；否，是3号设备请求吗?
JNZ SEV3		；是，转3号设备服务程序
1
2
3
4
5
6
7
8
9

② 矢量中断

硬件上需要能够提供矢量号：

3、中断判优

中断优先级的控制方法：

硬件判优 —— 链式判优、并行判优（中断向量法)

软件判优 —— 顺序查询中断请求，先查询的先服务（即先查询的优先级别高)

4、中断响应处理（两个考题）

响应中断的条件（考点）：

• IF = 1
• 当前指令执行完
• 无总线请求

相应处理（考点）：

• 发出 INTA帽 中断响应信号，获得向量
• 保护 FR
• 关中断 IF = 0
• 断点保护 CS、IP
• 获得入口地址，开始执行

5、中断服务

中断服务子程序要做的工作：

• 保护现场

• 开中断（STI）

• 进行中断处理

• 关中断（CLI）

• 恢复现场

  iret： IP - CS - FR（按顺序返回）

  ret： IP - CS

8088 CPU 可屏蔽中断的相应过程 （考点）：

6. 8086/8088 中断系统

1、中断分类

（1）外部中断（硬件中断）

• INTR：可屏蔽中断

• NMI：不可屏蔽中断

（2）内部中断（软件中断）

• 除法溢出：类型号 0
• 单步中断：类型号 1
• 断电中断：类型号 3
• 溢出中断：类型号 4
• 软件中断：即 INT n 指令，类型号 n(0-32)

2、中断向量表

中断类型号和中断服务子程序的入口地址之间的关系**（考点）**

eg. INT 12H在中断矢量表中的物理地址？

12H × 4 = 48 H

eg. INT 8中断服务程序首地址在中断矢量表中的物理地址?

8 × 4 = 32 = 20H

3、中断向量表的初始化

eg. 中断类型码为 48H 的中断处理子程序的名字为 INT48H ，编写程序段将该中断处理子程序的入口地址放入向量表。

CLI
MOV AX,0
MOV DS,AX
MOV AX,OFFSET INT48H
MOV SI,48H×4
MOV [SI],AX
MOV AX,SEG INT48H
MOV [SI+2],AX
STI
1
2
3
4
5
6
7
8
9

eg. 若外设的中断类型号为 6BH ，则此中断类型号对应的中断矢量表地址为从 01ACH 开始的四个存储单元。设中断服务程序段地址是 1000H ，偏移地址为 2000H 。

CLI		
MOV   AX,，0
MOV   DS，AX		；置数据段段基地址为0
MOV   AX，2000H
MOV   [6BH*4], AX	；对偏移地址为01AC的单元
MOV   AX，1000H	；送双字
MOV   [6BH*4+2], AX 
STI
1
2
3
4
5
6
7
8

4、区别

INTR 和其它中断的区别 （考点）：

• 内部中断不需要执行从外部获得矢量
• 内部中断不受 IF 的影响
• 内部中断大部分可以预测

5、8088 系统中各中断的优先级 （小考点）

优先级从高到低顺序如下：

• 内部中断（优先级最高）
• NMI
• INTR
• 单步中断

7. 8259A

1、内部结构

一共有 28 个管脚。

初始化：2 个控制口，7 个控制字

2、命令字

8259A 有 7 个命令字。

（1）A0

• 奇地址 —— 奇口

• 偶地址 —— 偶口

3、工作原理

设置芯片的寄存器：通过命令口写入命令字