《微機(jī)原理與接口技術(shù)：16第7章 中斷系統(tǒng).doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《微機(jī)原理與接口技術(shù)：16第7章 中斷系統(tǒng).doc（6頁珍藏版）》請?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、交通信息與控制工程系教案（理論教學(xué)用）課程名稱微機(jī)原理與接口技術(shù)第 16 次第 8 周2 學(xué)時(shí)上課教室WM1310課程類型專業(yè)基礎(chǔ)課授課對象自動化專業(yè)章節(jié)名稱第7章 中斷系統(tǒng)（7.1，7.2）教學(xué)目的和要求1. 了解輸入輸出接口的基本原理，端口的編址、譯碼和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送方式2. 了解簡單的接口電路芯片，并掌握接口的應(yīng)用3. 掌握輸入輸出的控制方式4. 了解中斷的基本概念以及8086系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)講 授主要內(nèi)容及時(shí)間分配輸入輸出接口（15min）簡單接口電路（15min）輸入輸出控制方式（30min）中斷技術(shù)（30min）教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)： 接口電路的應(yīng)用 輸入輸出的控制方式 中斷技術(shù)難點(diǎn)： 中斷

2、系統(tǒng)的使用要求掌握知識點(diǎn)和分析方法1 掌握對I/O的基本處理方法，如讀寫端口，控制端口，接口的控制方法等。2 理解中斷的概念。啟發(fā)與提問1 計(jì)算機(jī)上有那些輸入輸出接口？2 接口控制方式與總線控制方式有那些區(qū)別？教學(xué)手段多媒體作業(yè)布置思考題：1在什么情況下要使用中斷？主 要參考資料備注注：教案按授課次數(shù)填寫，每次授課均應(yīng)填寫一份。重復(fù)班授課可不另填寫教案。長安大學(xué)講稿(第十六講)講 授 內(nèi) 容第6章 輸入輸出及中斷技術(shù)6.1 輸入輸出接口I/O接口：l 將外設(shè)連接到總線上的一組邏輯電路的總稱。l 實(shí)現(xiàn)外設(shè)與主機(jī)之間的信息交換。I/O端口：l 接口中的寄存器I/O接口要解決的問題l 速度匹配(Bu

3、ffer)l 信號的驅(qū)動能力(電平轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器) l 信號形式和電平的匹配(A/D、D/A) l 信息格式(字節(jié)流、塊、數(shù)據(jù)包、幀) l 時(shí)序匹配(定時(shí)關(guān)系)l 總線隔離(三態(tài)門)接口的功能：l I/O地址譯碼與設(shè)備選擇l 信息的輸入輸出l 數(shù)據(jù)的緩沖與暫存l 信息轉(zhuǎn)換l 增加信號的驅(qū)動能力二、I/O端口的編址方式CPU能夠訪問I/O接口，是通過I/O接口內(nèi)部的一組寄存器實(shí)現(xiàn)，這些寄存器稱為I/O端口。 分為數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口l 輸入輸出接口包含一組稱為I/O端口的寄存器。為了讓CPU能夠訪問這些I/O端口，每個I/O端口都需有自己的端口地址(或端口號)。l 在一個微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中

4、，如何編排這些I/O接口的端口地址，即所謂I/O端口的編址方式。l 常見的I/O端口編址方式有兩種: l 一種是I/O端口和存儲器統(tǒng)一編址，也稱存儲器映像的I/O(Memory Mapped I/O)方式；l 另一種是I/O端口和存儲器分開編址，也稱I/O映像的I/O(I/O Mapped I/O)方式。端口與內(nèi)存的統(tǒng)一編址特點(diǎn)：l 指令及控制信號統(tǒng)一l 內(nèi)存地址資源減少端口的獨(dú)立編址特點(diǎn)：l 內(nèi)存地址資源充分利用l 能夠應(yīng)用于端口的指令較少8088/8086的I/O端口編址l 采用I/O獨(dú)立編址方式(但地址線與存儲器共用)l 地址線上的地址信號用IO/M來區(qū)分l I/O操作只使用20根地址線

5、中的16根：A15A0l 可尋址的I/O端口數(shù)為64K(65536)個l I/O地址范圍為0FFFFH三、I/O地址的譯碼目的：l 確定端口的地址參加譯碼的信號：l IOR，IOW，A15 A0l OUT指令將使總線的IOW信號有效l IN指令將使總線的IOR信號有效l 當(dāng)接口只有一個端口時(shí)，16位地址線一般應(yīng)全部參與譯碼，譯碼輸出直接選擇該端口；當(dāng)接口具有多個端口時(shí)，則16位地址線的高位參與譯碼（決定接口的基地址），而低位則用于確定要訪問哪一個端口。l 用IO/M引腳的狀態(tài)確定地址總線中的信號是內(nèi)存地址還是IO端口地址。四、I/O數(shù)據(jù)的傳送方式并行 ：一個數(shù)據(jù)單位同時(shí)傳送。串行 ： 數(shù)據(jù)按位

6、傳送。6.2 簡單接口電路一、接口的基本構(gòu)成l 數(shù)據(jù)輸入/輸出寄存器 暫存輸入/輸出的數(shù)據(jù)l 命令寄存器 存放控制命令，用來設(shè)定接口功能、工作參數(shù)和工作方式。l 狀態(tài)寄存器 保存外設(shè)當(dāng)前狀態(tài)，以供CPU讀取。二、接口的類型及特點(diǎn)輸入接口：要求對數(shù)據(jù)具有控制能力（常用三態(tài)門實(shí)現(xiàn)）輸出接口：要求對數(shù)據(jù)具有鎖存能力（常用鎖存器實(shí)現(xiàn)）74LS244l 含8個三態(tài)門的集成電路芯片l 有兩個控制端，每個控制4個三態(tài)門，控制端有效時(shí)（低電平），三態(tài)門導(dǎo)通。l 連接8個開關(guān)l 在外設(shè)具有數(shù)據(jù)保持能力時(shí)用來輸入接口三態(tài)門接口應(yīng)用例利用三態(tài)門作為輸入接口（接口地址380H）接到地址范圍為70000H-71FFFH

7、的EEPROM芯片的READY/BUSY端，當(dāng)三態(tài)門輸出高電平時(shí)，可向98C64A寫入一個字節(jié)數(shù)據(jù)，輸出低電平時(shí)則不能寫入。四、鎖存器接口l 通常由D觸發(fā)器構(gòu)成；l 特點(diǎn)：具有對數(shù)據(jù)的鎖存能力；不具備對數(shù)據(jù)的控制能力。常用鎖存器芯片l 74LS273： 不具備數(shù)據(jù)的控制能力。l 74LS373： 具有對數(shù)據(jù)的控制能力。I/O接口綜合應(yīng)用例l 根據(jù)開關(guān)狀態(tài)在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字或符號l 設(shè)輸出接口的地址為F0Hl 設(shè)輸入接口地址為F1Hl 當(dāng)開關(guān)的狀態(tài)分別為00001111時(shí)，在7段數(shù)碼管上對應(yīng)顯示0F6.3 基本輸入/輸出方法一、無條件傳送l 適用于總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)的外設(shè)；l 優(yōu)點(diǎn)：軟件及接

8、口硬件簡單；l 缺點(diǎn)：只適用于簡單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄。二、查詢工作方式適用場合：l 外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好l 對傳送速率和效率要求不高對外設(shè)及接口的要求：l 外設(shè)應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息l 接口應(yīng)具備狀態(tài)端口l 優(yōu)點(diǎn)：軟件比較簡單l 缺點(diǎn)：CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性 差，速度較慢三、中斷控制方式特點(diǎn)：l 外設(shè)在需要時(shí)向CPU提出請求，CPU再去為它服務(wù)。服務(wù)結(jié)束后或在外設(shè)不需要時(shí)，CPU可執(zhí)行自己的程序l 優(yōu)點(diǎn)：CPU效率高，實(shí)時(shí)性好，速度快。l 缺點(diǎn)：程序編制較為復(fù)雜。簡單介紹DMA數(shù)據(jù)傳輸方式。6.4 中斷技術(shù)一、中斷的基本概念l 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C

9、PU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。中斷源：引起CPU中斷的事件，發(fā)出中斷請求的來源內(nèi)部中斷：異常中斷，軟件中斷；外部中斷：可屏蔽中斷，不可屏蔽中斷引入中斷的原因l 提高數(shù)據(jù)傳輸率；l 避免了CPU不斷檢測外設(shè)狀態(tài)的過程；提高了CPU的利用率；l 實(shí)現(xiàn)對特殊事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)。二、外部中斷響應(yīng)的一般過程中斷請求l 中斷請求信號分為邊沿（NMI）和電平(INTR)處發(fā)。l 中斷請求信號應(yīng)保持到中斷被處理為止；l CPU響應(yīng)中斷后，中斷請求信號應(yīng)及時(shí)撤銷。中斷判優(yōu) l 對同時(shí)

10、產(chǎn)生的中斷： 首先處理優(yōu)先級別較高的中斷；若優(yōu)先級別相同，則按先來先服務(wù)的原則l 對非同時(shí)產(chǎn)生的中斷： 低優(yōu)先級的中斷程序允許被高優(yōu)先級的中斷源所中斷軟件判優(yōu)1. 采用軟件查詢法解決中斷優(yōu)先級只需要少量硬件電路。2. 順序查詢中斷請求，先查詢的先服務(wù)即先查詢的優(yōu)先級別高）優(yōu)點(diǎn)：硬件簡單，優(yōu)先權(quán)安排靈活。缺點(diǎn)：花費(fèi)時(shí)間較長，中斷源較大時(shí)影響中斷的實(shí)時(shí)性。l 硬件判優(yōu)l 中斷向量法每個中斷源提供一個中斷向量碼，由硬件電路（8259）判斷向量碼的優(yōu)先級，并講優(yōu)先級高中斷的送到CPU中。l 鏈?zhǔn)脚袃?yōu)電路 在每個設(shè)備接口設(shè)置一個簡單的邏輯電路，以便根據(jù)優(yōu)先級順序來傳遞或截留CPU發(fā)出的中斷響應(yīng)信號INT

11、A，以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)中斷的優(yōu)先順序。中斷嵌套l 當(dāng)CPU正在執(zhí)行優(yōu)先級較低的中斷服務(wù)程序時(shí)，允許響應(yīng)比它優(yōu)先級高的中斷請求，而將正在處理的中斷暫時(shí)掛起，這就是中斷嵌套。l 此時(shí)，CPU首先為級別高的中斷服務(wù)，待優(yōu)先級高的中斷服務(wù)結(jié)束后，再返回到剛才被中斷的較低的那一級，繼續(xù)為它進(jìn)行中斷服務(wù)。中斷響應(yīng)l 向中斷源發(fā)出INTA中斷響應(yīng)信號；l 保護(hù)斷點(diǎn)。包括FLAGS、 CS和IPl 獲得中斷服務(wù)程序入口地址中斷處理中斷服務(wù)子程序的特點(diǎn)：l 為“遠(yuǎn)過程”l 用IRET指令返回中斷服務(wù)子程序完成的工作l 保護(hù)現(xiàn)場l 開中斷（STI）l 中斷處理l 關(guān)中斷（CLI）l 恢復(fù)現(xiàn)場l 中斷返回中斷返回l 執(zhí)行I

12、RET指令，使IP、CS和FLAGS從堆棧彈出。三、8088/8086中斷系統(tǒng)256個中斷源內(nèi)部中斷除法錯中斷溢出中斷單步中斷軟件中斷外部中斷非屏蔽中斷可屏蔽中斷中斷向量表l 存放各類中斷的中斷服務(wù)程序的入口地址；l 每個入口占用4 Bytes，低字為段內(nèi)偏移，高字為段基址；l 表的地址位于內(nèi)存的00000H003FFH，大小為1KB，共256個入口。8088內(nèi)部中斷響應(yīng)過程特點(diǎn)：l 無INTA周期l 中斷類型碼固定或由指令給出響應(yīng)過程步驟： 中斷類型碼 PUSH FLAG CLEAR IF，TF PUSH CS PUSH IP （I P）=（TYPE*4+1）:（TYPE*4+0） （CS）=（TYPE*4+3）:（TYPE*4+2） 裝入中斷程序執(zhí)行8088外部中斷響應(yīng)過程可屏蔽中斷： 第1個INTA，8259進(jìn)行優(yōu)先級排隊(duì)判優(yōu)處理 第1個INTA ，8259把中斷類型碼放到DB上，由CPU讀入 PUSH FLAG CLEAR IF，TF PUSH CS PUSH IP （I P）=（TYPE*4+1）:（TYPE*4+0） （CS）=（TYPE*4+3）:（TYPE*4+2） 中斷服務(wù)程序l NMI中斷響應(yīng)過程與內(nèi)部中斷類似（中斷類型碼為2）