微機(jī)信息傳遞方式與中斷

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1、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【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?！窘虒W(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)。28.1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,DirectMemoryAccess)38.1.1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

2、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48.1.2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5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)YNYN傳送完？防止死循環(huán)復(fù)位計(jì)時(shí)器NY輸入演示輸出演示6D5D7-D0A9

3、A3≥1&A15

4、A10≥1IOWD7-D03F8H外設(shè)

5、D7D6D5D4D3D2D1D0BUSYCPQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0狀態(tài)端口GG2AG2BCBAA2A1A074LS138Y0≥1IORY3OE74LS374CPQQDSSTROBE3FBH7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。88.1.3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)

6、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。98.1.4DMA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10DMA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?/p>

7、者；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）118.2中斷技術(shù)8.2.1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12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

8、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。13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、NMIINTR——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

9、有效，任何時(shí)候CPU都要響應(yīng)此中斷請(qǐng)求信號(hào)。14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)。158.2.2中斷過程五個(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。161）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

10、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→CPU172.1）中斷源識(shí)別計(jì)算機(jī)中的中斷源有很多，CPU必須識(shí)