输入输出接口技术和输入输出通道精.ppt

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1、输入输出接口技术和输入输出通道第1页，本讲稿共70页本章学习目的本章学习目的:n解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率正确、可靠、高效率的交换信息的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题解决的基本问题第2页，本讲稿共70页主要内容n 概述：接口、通道、概述：接口、通道、IO信号种类、通信方式信号种类、通信方式n IO控制方式：程序控制、中断控制、直接存取控制方式：程序控制、中断控制、直接存取n IO接口设计接口设计n DA、AD转换器转换器n 抗干

2、扰措施抗干扰措施第3页，本讲稿共70页第一节 概述n输入输出接口技术输入输出接口技术 研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术n输入输出接口输入输出接口 简称简称“接口接口”第4页，本讲稿共70页1、接口通道及功能、接口通道及功能第5页，本讲稿共70页门电路门电路&与非门或门1=11异或非第6页，本讲稿共70页：是是CPU与与“外部世界外部世界”的的连接电路连接电路，负责，负责“中转中转”各种各种信息信息。“接口接口”定义定义第7页，本讲稿共70页1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能IO接口电路接口电路n定义：定义：是主机和围设备之间交换信息的是主

3、机和围设备之间交换信息的 连接部连接部件件。使主机和外设能够协调工作，有效地完使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。成信息交换。n设置原因：设置原因：解决主机解决主机cpu和外围设备之间的问题和外围设备之间的问题第8页，本讲稿共70页1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能n设置原因：设置原因：1、时序配合和通信联络问题、时序配合和通信联络问题 cpu快、外设速度不定，因此异步工作快、外设速度不定，因此异步工作 2、数据格式转换匹配问题、数据格式转换匹配问题 cpu并行，外设不定并行，外设不定、串行；速率、电平匹配、串行；速率、电平匹配 3、负载能力和外设端口选择、负载能力和外设端口

4、选择、cpu超载，可靠性降低，多外设数据混乱超载，可靠性降低，多外设数据混乱 4、端口可编程功能（单口复用）、端口可编程功能（单口复用）5、传输错误检测功能（奇偶校验、冗余校验）、传输错误检测功能（奇偶校验、冗余校验）第9页，本讲稿共70页接口组成：接口组成：n数据锁存器数据锁存器n缓冲器缓冲器n状态寄存器状态寄存器n中断控制电路中断控制电路第10页，本讲稿共70页1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能IO通道：通道：n 定义：定义：也称为也称为过程通道过程通道。它是计算机和控制对象。它是计算机和控制对象之间之间信息传送和变换信息传送和变换的连接通道的连接通道n 设置原因：设置原因：cpu

5、只能处理数字量，必需有通道将被控只能处理数字量，必需有通道将被控 对象采集的量转换为数字量（开关量），或相对象采集的量转换为数字量（开关量），或相反反第11页，本讲稿共70页1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能IO通道：通道：n 功能：功能：实现模拟量与数字量之间的信号实现模拟量与数字量之间的信号方便、可靠、高效率方便、可靠、高效率的变换的变换信号的输入通路。信号的输入通路。信号的输出通路。信号的输出通路。第12页，本讲稿共70页IO通道：通道：n给计算机提供被控对象的各种物理参数的通道称为信给计算机提供被控对象的各种物理参数的通道称为信号的号的输入通路输入通路。n传输计算机控制命令作用

6、于被控对象的通道称为信传输计算机控制命令作用于被控对象的通道称为信号的号的输出通路输出通路。1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能第13页，本讲稿共70页IO通道：通道：n单信号输入通道：单信号输入通道：q高电压大电流高电压大电流q低电压小电流低电压小电流q频率信号频率信号q开关信号开关信号n多信号输入通道多信号输入通道1、接口、通道及其功能、接口、通道及其功能第14页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类第15页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类CPU外部外部设备设备数据数据状态状态控制控制外部设备与外部设备与CPU之间交换信息，通常有三类信息之间交换信息，通常有三类信息

7、 数据信息数据信息状态信息状态信息控制信息控制信息数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量第16页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类 数据信息：数据信息：微机中，数据通常为微机中，数据通常为8 8位或位或1616位位n数字量数字量:由键盘、光电输入机、卡片机等读入的信息，一般是以由键盘、光电输入机、卡片机等读入的信息，一般是以二进制二进制形式形式表示的数或以表示的数或以ASCIIASCII码码表示的数或字符。表示的数或字符。n模拟量模拟量:现场信息经过传感器把非电量转换成的电量以及执行机现场信息经过传感器把非电量转换成的电量以及执行机构所能接受的控制量。构所能接受的控制量。n开关量开关量

8、:只有开和关两个状态，用一位二进制数来表示只有开和关两个状态，用一位二进制数来表示n脉冲量脉冲量：脉冲列，其频率和个数可表示物理量：脉冲列，其频率和个数可表示物理量第17页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类 状态信息状态信息：状态信息也称握手信息、应答信息，它是状态信息也称握手信息、应答信息，它是反应外部设备的状态反应外部设备的状态。是是cpu和外设之间交换信息的联络信号和外设之间交换信息的联络信号 Eg：cpu ready cpu busy第18页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类控制信息控制信息：用来控制用来控制IO装置的启动或停止，信息装置的启动或停止，信息流入或流出

9、，端口寻址信号等信息，它是由流入或流出，端口寻址信号等信息，它是由CPU发送给外部设备发送给外部设备的的控制信号控制信号 第19页，本讲稿共70页2、IO信号的种类信号的种类n为保证信息的正确传送，为保证信息的正确传送，IO接口往往开辟接口往往开辟三个不同的端三个不同的端口口来传送数据信息、状态信息和控制信息。来传送数据信息、状态信息和控制信息。第20页，本讲稿共70页3、cpu与外设的通信方式与外设的通信方式第21页，本讲稿共70页3、cpu与外设的通信方式与外设的通信方式 并行通信：并行通信：串行通信：串行通信：把一个字符的各数位用几条线同时进行传输把一个字符的各数位用几条线同时进行传输速

10、度快，协调，异步传输速度快，协调，异步传输。成本高，复杂成本高，复杂 数据按位进行传送的数据按位进行传送的 串行通信串行通信全双工方式全双工方式半双工方式半双工方式同步通信同步通信异步通信异步通信计算机与外部交换信息叫做通信（计算机与外部交换信息叫做通信（communicationcommunication）第22页，本讲稿共70页发送A接收数据应答数据应答接收B发送全双工方式全双工方式:数据信息能沿相反两个方向传送。数据信息能沿相反两个方向传送。接口与外围设备间有接口与外围设备间有2 2条数据传输线条数据传输线优点：同时收发，优点：同时收发，传输效率高传输效率高缺点：线多。缺点：线多。第23

11、页，本讲稿共70页发送A K1K2 B 接收接收发送半双工方式半双工方式:数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但同一同一时刻只能沿一个方向传送时刻只能沿一个方向传送。接口与外围设备间有接口与外围设备间有1 1条数据传输线条数据传输线优点：传输效率稍低优点：传输效率稍低缺点：省一根传输线缺点：省一根传输线 第24页，本讲稿共70页SYN SYN控制字符控制字符控制字符控制字符数据字符数据字符.SYN同步通信：同步通信：在一组字符前后加同步字符，标志一组数据块在一组字符前后加同步字符，标志一组数据块的开始与结束，接收装置接收到同步字符而开的开始与结束，接收

12、装置接收到同步字符而开始接收数据，直到接收后同步字符，始接收数据，直到接收后同步字符，一帧数据一帧数据接接收结束。收结束。优点：比异步传输效率稍高。优点：比异步传输效率稍高。缺点：若缺点：若数据有一位错，就必须重传整块数据，数据有一位错，就必须重传整块数据，且控制比较复杂且控制比较复杂 第25页，本讲稿共70页异步通信：异步通信：要要传传送送的的字字符符代代码码前前加加一一起起始始位位，以以示示该该字字符符代代码码开开始始，在在字字符符代代码码后后面面加加一一停停止止位位，以以示示该该字字符符代代码码结结束。束。起始位：起始位：1 1跳变跳变0 0 开始传输开始传输第26页，本讲稿共70页n优

13、点：如果有错，只需重发一个字符，控制简单 缺点：开销大，效率低，速度慢。由于这种方式的字符发送是相互独立的故称为异步方式由于这种方式的字符发送是相互独立的故称为异步方式 是计算机通信网络中常用的、最简单的传输方式第27页，本讲稿共70页第二节第二节 IO控制方式控制方式n控制方式控制方式 原因：原因：cpu与外设种类、功能、工作速度差异与外设种类、功能、工作速度差异 定义：为了使外设在定义：为了使外设在cpu控制下有机、协调、控制下有机、协调、可靠、高效率的工作，采取的可靠、高效率的工作，采取的cpu控制控制 外设的策略外设的策略 cpu采用分时控制采用分时控制第28页，本讲稿共70页基本控制

14、方式n 程序控制方式程序控制方式:无条件、查询式无条件、查询式n 中断控制方式中断控制方式n 直接存取直接存取DMA方式方式有的系统可同时采用有的系统可同时采用2到到3种控制方式种控制方式第29页，本讲稿共70页n指指CPU和外围设备间信息传送实在程序控制下进和外围设备间信息传送实在程序控制下进行的。行的。n分类：分类：q无条件传送方式无条件传送方式 q查询式传送方式查询式传送方式（条件传送方式）（条件传送方式）1、程序控制方式、程序控制方式第30页，本讲稿共70页n定义：定义：当外设已准备就绪，当外设已准备就绪，不必查询外设的状态不必查询外设的状态而进行信息传输，这就称为无条件传送。而进行信

15、息传输，这就称为无条件传送。n适用范围：适用范围：只适用于简单的外设，只适用于简单的外设，eg：开关和：开关和LED数码段显示器等数码段显示器等 无条件传送方式无条件传送方式 这种情况下，外设总是处于就绪状态这种情况下，外设总是处于就绪状态第31页，本讲稿共70页1、程序控制方式、程序控制方式n直接使用三态缓冲器与数据总线相连无条件传送方式无条件传送方式 端口译码，选中端口端口译码，选中端口M/IO为为0与外设传输数据与外设传输数据数数数数据据据据流流流流向向向向数数数数据据据据流流流流向向向向读入需要缓冲器写需要锁存器第32页，本讲稿共70页nRD 读信号引脚（输出），读信号引脚（输出），低

16、电平有效低电平有效，执行一个对内存或，执行一个对内存或I/O端口的读操作，到底是读取内存中的单元数据还是端口的读操作，到底是读取内存中的单元数据还是I/O端口中的端口中的数据，取决于数据，取决于M/IO信号信号nWR写信号（输出），写信号（输出），低电平有效低电平有效，对存储器或，对存储器或I/O写操作，具写操作，具体哪种操作取决于体哪种操作取决于M/IO信号信号nM/IO存储器存储器/输入输入/输出控制信号（输出）若此信号为高电平，输出控制信号（输出）若此信号为高电平，表示表示CPU和存储器之间进行数据传输；和存储器之间进行数据传输；若为低电平，表示若为低电平，表示CPU和和输入输出设备之间

17、进行数据传输输入输出设备之间进行数据传输。第33页，本讲稿共70页有条件传送方式有条件传送方式查询传送方式查询传送方式 nCPU通过执行程序不断读取并测试外设状态，通过执行程序不断读取并测试外设状态，如果输入外设处于已准备好状态或输出外设为如果输入外设处于已准备好状态或输出外设为空闲状态时，则空闲状态时，则CPU执行传送信息指令。执行传送信息指令。n查询传送方式的接口电路应包括：查询传送方式的接口电路应包括：传送传送数据端口数据端口及传送及传送状态端口状态端口。n状态：由开关量状态：由开关量0、1 表示表示n多个外设多个外设：逐一查询、逐一服务：逐一查询、逐一服务第34页，本讲稿共70页n锁存

18、器，就是把当前的状态锁存起来，使锁存器，就是把当前的状态锁存起来，使CPU送送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。态不再发生变化，直到解除锁定。n缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据放处理器送往外设的数据第35页，本讲稿共70页查询式输出接口电路查询式输出接口电路第36页，本讲稿共70页

19、端口译码11输入缓冲器输出锁存器数据总线M/1三态缓冲器数据输入数据输出外设状态CPU不断读入并测试状态口的状态，只有当状态口的信号为“1”时，CPU才发出输入输出指令，此时M/才为低电平，译码器才开始工作。地址总线第37页，本讲稿共70页nMPU 是Micro Processor Unit的所写微处理器。早期甚至多达7、8颗，但目前大多合并成2颗，一般称作北桥（North Bridge，是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥）芯片和南桥（South Bridge，南桥芯片负责I/O总线之间的通信)芯片，在计算机中起到转接桥的作用，转接数据.（转自百科）nCPU是英语“Cent

20、ral Processing Unit”的缩写，是计算机的大脑，起到运算数据的作用，而CPU的指令调用、数据传输、各个设备的工作状态都需要CPU通过MPU转接控制才能完成第38页，本讲稿共70页n播放flv第39页，本讲稿共70页查询传送方式查询传送方式优点：n传送可靠、接口简单、不占用中断传输线、程序设计简单缺点nCpu需不断读取、检测状态，费时间、效率低适用于多个按一定规律工作的生产、机械过程适用于多个按一定规律工作的生产、机械过程第40页，本讲稿共70页查询传送方式查询传送方式实时响应实时响应n所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任一外围设备

21、的最短响应时间（也称危险时于任一外围设备的最短响应时间（也称危险时间）间）n各外设的服务时间各外设的服务时间 任一外设的最短响应时任一外设的最短响应时间间n最短响应时间最短响应时间：设备相邻：设备相邻2次请求服务的最短次请求服务的最短间隔时间间隔时间 不能丢失任何一个任务！不能丢失任何一个任务！第41页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式n为了更好地满足实时性的要求，通常采用中断控制为了更好地满足实时性的要求，通常采用中断控制I/O方式。方式。这样这样CPU不必花大量时间去查询各设备的状态位，不必花大量时间去查询各设备的状态位，而是当外设提出而是当外设提出中断请求时，中断请求时

22、，CPU才响应才响应。停止当前。停止当前的工作，去执行外围设备的服务程序。该中断服务程的工作，去执行外围设备的服务程序。该中断服务程序处理完后回到刚才的执行点继续执行先前未完成的序处理完后回到刚才的执行点继续执行先前未完成的程序。没有中断请求时，程序。没有中断请求时，CPU运行主程序。运行主程序。n计控系统一般采用外部中断方式。即通过计控系统一般采用外部中断方式。即通过I/O接口硬件向接口硬件向CPU发出中断请求信号。发出中断请求信号。第42页，本讲稿共70页图6-3中断方式原理图第43页，本讲稿共70页图6-8中断服务子程序第44页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式n定义：

23、定义：当外围设备需要请求服务时，向当外围设备需要请求服务时，向CPU发出中断发出中断请求，请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当前程序，转响应外围设备中断，停止执行当前程序，转去执行一个外围设备的服务程序。中断处理完毕，去执行一个外围设备的服务程序。中断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。又返回来执行原来的程序。n分类：外部中断、内部中断分类：外部中断、内部中断第45页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式n外部中断：外部中断：通过通过IO接口硬件向接口硬件向CPU发出中断请求信号，发出中断请求信号，从而引起一个中断处理过程。从而引起一个中断处理过程。n8086有两个中断引

24、脚：有两个中断引脚：NMI和和INTR。qNMI是非屏蔽中断，不受中断允许标志是非屏蔽中断，不受中断允许标志IF控制的，控制的，只要收到信号立即响应中断服务程序。一般用来处只要收到信号立即响应中断服务程序。一般用来处理设备的中断故障。理设备的中断故障。qINTR为可屏蔽中断，只有当为可屏蔽中断，只有当IF1时才相应中断服时才相应中断服务程序。务程序。第46页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式多重中断处理时必须解决以下四个问题多重中断处理时必须解决以下四个问题n保存现场和恢复现场保存现场和恢复现场 在中断服务程序开始设置保存现场、中断返回前恢复在中断服务程序开始设置保存现场、中

25、断返回前恢复现场。现场。（软件编程可解决，保存（软件编程可解决，保存/恢复指令）恢复指令）保存和恢复通用寄存器的内容保存和恢复通用寄存器的内容n正确判断中断源正确判断中断源 要能正确地找到申请中断的外围设备的要能正确地找到申请中断的外围设备的中断服务程序中断服务程序入口地址入口地址，且能跳转到这个入口。，且能跳转到这个入口。（硬件为基础解决（硬件为基础解决中断向量表；软件查询）中断向量表；软件查询）第47页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式n实时响应实时响应 对于每个外围设备的中断请求，对于每个外围设备的中断请求，CPUCPU都能接受到都能接受到并在最短响应时间内给予服务。并

26、在最短响应时间内给予服务。n按优先权顺序处理按优先权顺序处理 优先权顺序：多个外围设备同时提出中断请求时，优先权顺序：多个外围设备同时提出中断请求时，应能按轻重缓急设定中断顺序，逐个进行处理。应能按轻重缓急设定中断顺序，逐个进行处理。优先优先级高的中断源可中断优先级低的中断级高的中断源可中断优先级低的中断多重中断处理时必须解决以下四个问题多重中断处理时必须解决以下四个问题第48页，本讲稿共70页第49页，本讲稿共70页小结小结多重中断处理时必须解决的四个问题多重中断处理时必须解决的四个问题n 保存现场和恢复现场。保存现场和恢复现场。n 正确判断中断源。正确判断中断源。n 实时响应。实时响应。n

27、 按优先权顺序处理。按优先权顺序处理。第50页，本讲稿共70页测验n设置接口通道的原因？（设置接口通道的原因？（5点）点）nIO信号的种类？信号的种类？n简述简述CPU与外界的通信方式，优缺点与外界的通信方式，优缺点nIO基本控制方式有哪基本控制方式有哪3种？种？第51页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式A、中断优先级问题的解决、中断优先级问题的解决软件查询方式软件查询方式雏菊链法雏菊链法专用硬件方式专用硬件方式第52页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式1）软件查询方式：）软件查询方式：想让谁先谁就先想让谁先谁就先 接口硬件电路包括三部分：接口硬件电路包括三

28、部分：中断寄存器、中断申请中断寄存器、中断申请电路和并行电路和并行IO接口接口 存放存放存放存放中断请求中断请求中断请求中断请求信息信息信息信息中断中断申请申请电路电路外围设备优先顺序由外围设备优先顺序由查询序列中它所处的位置决定查询序列中它所处的位置决定查询序列中它所处的位置决定查询序列中它所处的位置决定第53页，本讲稿共70页n只需有简单的硬件电路，如将只需有简单的硬件电路，如将A、B、C三台设备的中断请求信号三台设备的中断请求信号“或或”后作为系统后作为系统INTR，nA、B、C三台设备中只要至少三台设备中只要至少有一台设备提出中断请求，都有一台设备提出中断请求，都可以向可以向CPU发中

29、断请求。进入发中断请求。进入中中断服务子程序断服务子程序后，再用后，再用软件查软件查询的方式分别对不同的设备的询的方式分别对不同的设备的服务服务n查询程序的设计思想同查询式，查询程序的设计思想同查询式，查查询的前后顺序就给出了设备的优先询的前后顺序就给出了设备的优先级级图6-5 软件查询方式第54页，本讲稿共70页软件查询中断控制程序n PUSH AX 因为在查询程序中要用到AX寄存器，因 nDVC1:IN AL,STAT1 要保存它原来的内容 n TEST AL,20H n JZ DVC2 n CALL CCS1 n JMP DVAND nDVC2:IN AL,STAT2n TEST AL,

30、20Hn JZ DVC3n CALL CCS2n JMP DVANDnDVC3:IN AL,STAT3n TEST AL,20Hn JMP DVANDn CALL CCS3 DVEND:POP AXn IRET外围设备中断的优先权由所处查询序列中的位置决定。第55页，本讲稿共70页2、中断控制、中断控制I/O方式方式2）雏菊链法（硬件方法）雏菊链法（硬件方法）n雏菊链法：在每个外围设备的接口上连接一个雏菊链法：在每个外围设备的接口上连接一个逻辑电路逻辑电路，逻辑电路构成雏菊链控制中断，逻辑电路构成雏菊链控制中断回答回答信号信号的通路的通路n雏菊链是中断回答信号的控制通路雏菊链是中断回答信号的控

31、制通路。雏菊链法雏菊链法:所有 I/O 模块共享一根共同的中断请求线共享一根共同的中断请求线.当 CPU 检测到中断请求信号,则 发出中断确认信号.中断确认信号依次在确认信号依次在 I/O 模块间传递模块间传递,直到发出请求的模块,该模 块则把它的 ID 送往送往数据线由数据线由 CPU 读取读取 第56页，本讲稿共70页CPU及总线控制逻辑INTR设备1接口雏菊链逻辑电路1中断应答11中断请求设备2接口雏菊链逻辑电路中断应答中断请求在雏菊链电路中在雏菊链电路中如果某级设备发出中断请求，则如果某级设备发出中断请求，则截获截获该选通信号，从而使自该选通信号，从而使自己的中断请求得到响应。己的中断

32、请求得到响应。并且使后面的设备无法再获得该选通信号并且使后面的设备无法再获得该选通信号。该设备截获选通信号后则撤销自该设备截获选通信号后则撤销自己的中断请求，然后己的中断请求，然后发一个中断类型号发一个中断类型号，使，使CPU找到正确的中断程序入口。如果该设备没有提出请求，则找到正确的中断程序入口。如果该设备没有提出请求，则该选通信号会继续往后传递。当有几个设备同时提出中断请求时，该选通信号会继续往后传递。当有几个设备同时提出中断请求时，最接近最接近CPU的设备先得到响应，优的设备先得到响应，优先级最高。先级最高。中断允许信号0第57页，本讲稿共70页n基本设计思想基本设计思想：将所有的设备连

33、成一条链，靠近CPU的设备优先级最高，越远的设备优先级别越低，则发出中断响应信号，若级别高的设备发出了中断请求，在它接到中断响应信号的同时，封锁其后的较低级设备使得它们的中断请求不能响应，只有等它的中断服务结束以后才开放，允许为低级的设备服务。第58页，本讲稿共70页n若两个设备同时发出中断申请，会怎样？n接近接近CPU的得到中断响应，后面得不到响应的设的得到中断响应，后面得不到响应的设备一直保持中断请求。备一直保持中断请求。n中断结束后才会响应下个中断中断结束后才会响应下个中断第59页，本讲稿共70页专用硬件方式n采用采用“中断控制器中断控制器”进行优先级管理。进行优先级管理。如：如：采用可

34、编程中断控制器采用可编程中断控制器8259A。1片片8259A可以管理可以管理8级中断源。效率级中断源。效率 高，使用灵活方便高，使用灵活方便。第60页，本讲稿共70页图6-7中断控制器的系统连接第61页，本讲稿共70页n有了中断控制器以后，有了中断控制器以后，CPU的的INTR和引脚不再与接和引脚不再与接口直接相连，而是与中断控制器相连口直接相连，而是与中断控制器相连n外设的中断请求信号通过外设的中断请求信号通过IR0IR7进入中断控制器，进入中断控制器，经经优先级管理逻辑优先级管理逻辑优先级管理逻辑优先级管理逻辑确认为级别最高的那个请求的类确认为级别最高的那个请求的类型号会经过中断类型寄存

35、器在当前中断服务寄存器型号会经过中断类型寄存器在当前中断服务寄存器的某位上置的某位上置1，并向，并向CPU发发INTR请求，请求，CPU发出信发出信号后，中断控制器将号后，中断控制器将中断类型码中断类型码送出。送出。n在整个过程中，优先级较低的中断请求都受到阻塞，在整个过程中，优先级较低的中断请求都受到阻塞，直到较高级的中断服务完毕之后，当前服务寄存器直到较高级的中断服务完毕之后，当前服务寄存器的对应位清的对应位清0，较低级的中断请求才有可能被响应，较低级的中断请求才有可能被响应 第62页，本讲稿共70页实时响应的条件n采用中断控制采用中断控制I/O方式时，当外设没有提出中断请求时，方式时，当

36、外设没有提出中断请求时，CPU运行主程序。仅当外设提出中断请求时才临时中断主程序运行主程序。仅当外设提出中断请求时才临时中断主程序去为外设服务。因此这种方式可以较好得解决去为外设服务。因此这种方式可以较好得解决CPU与外设与外设在在速度上差别很大速度上差别很大的问题，的问题，协调二者的工作，效率较高。协调二者的工作，效率较高。n为了更好地满足实时性的要求，为了更好地满足实时性的要求，可以根据外设最短响应可以根据外设最短响应时间的长短恰当地安排优先级顺序。时间的长短恰当地安排优先级顺序。n为了满足实时性的要求还有一些必须满足的条件为了满足实时性的要求还有一些必须满足的条件第63页，本讲稿共70页

37、n假设采用软件查询的中断控制方式，现在我们有假设采用软件查询的中断控制方式，现在我们有n个中断方式控制的外设。个中断方式控制的外设。把他们按照最短响应时间从小到大的顺序排列。各外设的实际服务时间为把他们按照最短响应时间从小到大的顺序排列。各外设的实际服务时间为S1，S2,.Si,.Sn。设其中第。设其中第i个设备的服务时间最长。最短响应时间是个设备的服务时间最长。最短响应时间是C1,C2,C3,Cn即即nSi Smax。n最坏的一种情况是，当第最坏的一种情况是，当第i个设备刚刚进入服务程序时，其他所有个设备刚刚进入服务程序时，其他所有的设备都提出中断请求。假设不允许中断嵌套，那么系统必须为的设

38、备都提出中断请求。假设不允许中断嵌套，那么系统必须为第第i个设备服务完后才能依次从第个设备服务完后才能依次从第1个设备开始为其余设备服务。要满足实时个设备开始为其余设备服务。要满足实时性要求，必须在各设备的最短响应时间内使他们都得到服务，则最短响应时性要求，必须在各设备的最短响应时间内使他们都得到服务，则最短响应时间必须满足下列条件：间必须满足下列条件：在允许中断嵌套时，优先权较高的设备的实在允许中断嵌套时，优先权较高的设备的实时响应要求较容易满足。但是若优先权高的时响应要求较容易满足。但是若优先权高的外设以过高的频率外设以过高的频率中断中断优先权低的外设服务优先权低的外设服务程序的话，则优先

39、权低的外设的中断请求能程序的话，则优先权低的外设的中断请求能否得到实时响应还要具体分析，否得到实时响应还要具体分析，所以必须合所以必须合理安排中断优先权理安排中断优先权第64页，本讲稿共70页3、直接存储器存取方式DMAn中断控制方式虽然与程序控制方式相比较效率要高一点。中断控制方式虽然与程序控制方式相比较效率要高一点。但是对于一些要求但是对于一些要求高速传递数据的场合高速传递数据的场合仍然不实用。仍然不实用。n原因：原因：q中断控制方式中无论是进入中断服务程序前还是中断返回时都中断控制方式中无论是进入中断服务程序前还是中断返回时都要进行要进行大量的准备工作大量的准备工作（保存断点，状态信息；

40、恢复断点，（保存断点，状态信息；恢复断点，状态信息）；状态信息）；q而且在而且在中断控制方式中数据的传递仍然是通过中断控制方式中数据的传递仍然是通过CPUCPU执行输入输出执行输入输出指令指令实现的，实现的，效率相对来说不是很高。效率相对来说不是很高。第65页，本讲稿共70页3、直接存取DMA方式nDirect Memory Accessn不经过不经过CPU，在内存的不同区域之间，或者在，在内存的不同区域之间，或者在内存与外设端口之间直接进行数据传送的方式，内存与外设端口之间直接进行数据传送的方式，可以大大提高信息的传送速度可以大大提高信息的传送速度 n用硬件的方式实现数据的传递，速度快用硬件

41、的方式实现数据的传递，速度快n需要增加硬件需要增加硬件 DMAC 直接存储器存取控制器直接存储器存取控制器第66页，本讲稿共70页3、直接存取DMA方式DMA方式传送的主要步骤方式传送的主要步骤n外设外设准备就绪时，向准备就绪时，向DMA控制器发控制器发DMA请求，请求，DMA控制器接到此信控制器接到此信号后，向号后，向CPU发发DMA请求；请求；nCPU接到接到HOLD请求后，如果条件允许（一个总线操作结束），则发出请求后，如果条件允许（一个总线操作结束），则发出HLDA信号作为响应，同时，信号作为响应，同时，放弃对总线的控制放弃对总线的控制；nDMA控制器取得总线控制权后，往地址总线发送控

42、制器取得总线控制权后，往地址总线发送地址信号地址信号，每传送，每传送1个字个字节，就会自动修改地址寄存器的内容，以指向下一个要传送的字节；节，就会自动修改地址寄存器的内容，以指向下一个要传送的字节；n每传送一个字节，每传送一个字节，字节计数器字节计数器的值减的值减1，当减到，当减到0时，时，DMA过程结束；过程结束；nDMA控制器向控制器向CPU发结束信号，将总线控制权交回发结束信号，将总线控制权交回CPU。总线权利的交换总线权利的交换第67页，本讲稿共70页3、直接存取DMA方式第68页，本讲稿共70页3、直接存取DMA方式nDMAC暂时占用数据总线，地址总线和控制总线。暂时占用数据总线，地

43、址总线和控制总线。nCPU的的HOLD引脚引脚接受接受DMAC的总线请求，的总线请求，HLDA引脚引脚发送发送总线请求的允许信号。总线请求的允许信号。均为高电平有效。均为高电平有效。DMA传送控制方式，传送控制方式，n解决了在内存的不同区域之间，或者内存与外设之间大量解决了在内存的不同区域之间，或者内存与外设之间大量数据的快速传送问题数据的快速传送问题n代价是需要增加专门的硬件控制电路，代价是需要增加专门的硬件控制电路，第69页，本讲稿共70页DMA控制方式控制方式DMA控制方式：是一种成块传送数据的方式。控制方式：是一种成块传送数据的方式。8237A的数据的数据传送速率可达传送速率可达1.6M字节字节/s；8257A的数据传的数据传送速率可达送速率可达125M字节字节/s。第70页，本讲稿共70页