大家好，又是我，沉迷學習無法自拔的小笨蛋康sir。

這個文集(點我)將會同步更新我觀看吳寧老師的《微機原理與接口技術》教學視頻寫的筆記，學習筆記，大概每周一章。

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第46講 I/O系統(tǒng)概述

了解和掌握：

I/O接口的基本功能

I/O端口及其編址方式

I/O地址譯碼

1. I/O接口

接口要解決的問題

? 速度匹配——數(shù)據(jù)的緩沖與暫存

? 信號的驅(qū)動能力——信號驅(qū)動

? 信號形式和電平的匹配——信號類型轉(zhuǎn)換

? 信息格式——信號格式轉(zhuǎn)換

? 時序匹配（定時關系）

? 總線隔離——三態(tài)門

接口的基本構成

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暫存輸入、輸出數(shù)據(jù)

保存外設當前狀態(tài)，供CPU讀取

存放控制命令（設定接口功能、參數(shù)和工作方式）

2. I/O端口及其編址

端口：接口電路中用于緩存數(shù)據(jù)及控制信息的部件

?數(shù)據(jù)端口

狀態(tài)端口

控制端口

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I/0端口編址

? 計算機系統(tǒng)中包含各類不同功能的接口電路。

? 每個接口中含1個或多個端口。

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? 端口編址

? 為確保CPU能夠訪問到每個不同的端口

? 尋址端口的方法：

? 先找到端口所在的接口電路芯片

? 再在該芯片上找具體訪問的端口

? 若接口中僅有一個端口，則找到芯片即找到端口

? 若接口中有多個端口，則找到芯片后需再找端口

每個端口地址=片選地址（高位地址）+片內(nèi)地址

? 8086/8088尋址端口的能力： 64K個端口

端口的編址方式：

與內(nèi)存統(tǒng)一編址

獨立編址（內(nèi)存地址資源充分利用。能夠應用于端口的指令較少。）

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8088/8086的I/O端口編址

? 采用I/O獨立編址方式，與內(nèi)存共用地址總線，用IO/#M信號狀態(tài)區(qū)分

? 訪問端口時僅使用地址總線的：A15～A0

? 可尋址的I/O端口數(shù)為64K(65536)個，I/O地址范圍：0～FFFFH

? IBM PC只使用了1024個I/O地址(0～3FFH)

3. I/O地址譯碼

? 目的：確定端口的地址

? 參加譯碼的信號： #IOR，#IOW，高位地址信號

(OUT指令將使總線的#IOW信號有效。IN指令將使總線的#IOR信號有效)

? 對端口讀/寫信號的產(chǎn)生條件:

? IO/#M=1

? #RD=0——>#IOR=0

? #WR=0——>#IOW=0

? 當接口只有一個端口時：

? 無片內(nèi)地址，全部地址信號均為高位地址（可全部參與譯碼），譯碼輸出直接選擇該端口；

? 當接口具有多個端口時：

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。

由于端口資源豐富，端口地址譯碼常采用部分地址譯碼

I/O地址譯碼例

? 某外設接口有4個端口，地址為2F0H——2F3H，由A15～A2譯碼得到，而A1、A0用來區(qū)分接口中的4個端口。試畫該接口與系統(tǒng)的連接圖。

? 地址范圍：

? × × × × 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0

? × × × × 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1

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第47講 簡單接口芯片

了解和掌握：

不同類型接口的特點

三態(tài)門接口

鎖存器接口

1. 接口的分類及特點

? 按傳輸信息的方向分類：輸入接口、輸出接口

? 按傳輸信息的類型分類：數(shù)字接口、模擬接口

? 按傳輸信息的方式分類：并行接口、串行接口

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接口特點

? 輸入接口：要求對數(shù)據(jù)具有控制能力 常用三態(tài)門實現(xiàn)

? 輸出接口：要求對數(shù)據(jù)具有鎖存能力 常用鎖存器實現(xiàn)

2. 三態(tài)門接口

特點：具有對數(shù)據(jù)的控制能力，但不具備對數(shù)據(jù)的控制能力

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? ? ? ? C低電平有效。C有效時,導通，Y始終等于X，當C無效時，Y和X斷開

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? ? ? ?C高電平有效(看C那里沒有圈圈)。

? 74LS244

? 含8個三態(tài)門的集成電路芯片

? 在外設具有數(shù)據(jù)保持能力時用來輸入接口

? ?? ? ? ? ? ? ? ?

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三態(tài)門接口應用例

編寫程序：

? 判斷圖中的開關狀態(tài)。若所有開關都閉合，則程序轉(zhuǎn)向標號NEXT1，否則轉(zhuǎn)向標號為NEXT2的程序段執(zhí)行。

采用了部分地址譯碼，地址線A1和A0未參加譯碼。

接口芯片的地址范圍：

83FCH～83FFH 當?shù)刂房偩€上A15～A0出現(xiàn)此4個地址之一時，#E1#E2端有效，三態(tài)門導通。

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? ? ? ?

題目分析：

? 當開關斷開時，三態(tài)門輸入端I呈現(xiàn)高電位；

? 當開關閉合時，三態(tài)門輸入端I呈現(xiàn)低電位；

M0V DX，83FCH

IN AL，DX

AND AL，0FFH；改變狀態(tài)位標志而不改變操作數(shù)

JZ NEXT1;ZF=1說明AL=00H也就是說8個I都是低電平

JMP NEXT2

┇

NEXT1:

┇

NEXT2:

┇

3. 鎖存器接口

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（每當CP處于脈沖的上升沿時，C的狀態(tài)會鎖存在Q里，Q非鎖存Q相反狀態(tài)。平沿下降沿都不會改變）

特點：

? 具有對數(shù)據(jù)的鎖存能力

8D鎖存存器

74LS273：8D觸發(fā)器，不具備數(shù)據(jù)的控制能力。只能做輸出接口

74LS373：含三態(tài)的8D觸發(fā)器，具有對數(shù)據(jù)的控制能力。既可以做輸入接口，也可以做輸出接口。

74LS273

? 由8個D觸發(fā)器組成

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(CP 為脈沖輸入端，在每個脈沖的上升沿將輸入端 Di的狀態(tài)鎖存在 Qi 輸出端，并將此狀態(tài)保持到下一個時鐘脈沖的上升沿)

鎖存器接口例：

應用74LS273作為輸出接口，實現(xiàn)對8個發(fā)光二極管的控制。

題目分析：

? 由圖得，要使接到Q端的發(fā)光二極管亮，其對應的Q端須輸出“1”狀態(tài)，反之輸出“0”狀態(tài)。

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? ? ? ?

(A0-A15都是1時，與非門是0，產(chǎn)生不了上升沿。#IOW由0到1的跳變，使或門由0到1也跳變，產(chǎn)生上升沿，可做觸發(fā)。)

由圖得出鎖存器74LS273的端口地址：FFFFH

程序段：

MOV DX，0FFFFH ；數(shù)字的第一個數(shù)符是字符型時其前要加0

MOV AL，01000001B

OUT DX，AL

第48講 基本輸入輸出方法

基本輸入/輸出方法

無條件傳送

查詢式傳送

中斷方式傳送

直接存儲器存取(DMA)

（無條件傳送、查詢式傳送屬于程序控制方式）

1. 無條件傳送

? 要求外設總是處于準備好狀態(tài)

? 優(yōu)點：

? 軟件及接口硬件簡單

? 缺點：

? 只適用于簡單外設，適應范圍較窄

無條件傳送例

讀取開關的狀態(tài)； 當開關閉合時，輸出編碼使發(fā)光二極管亮。

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2. 查詢工作方式

? 僅當條件滿足時才能進行數(shù)據(jù)傳送；

? 每滿足一次條件只能進行一次數(shù)據(jù)傳送。

? 適用場合：

? 外設并不總是準備好

? 對傳送速率和效率要求不高

? 工作條件：

? 外設應提供設備狀態(tài)信息

? 接口應具備狀態(tài)端口

?

查詢工作方式流程圖

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? 優(yōu)點：軟硬件比較簡單

? 缺點：CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實時性差，速度較慢

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3. 中斷控制方式

? 特點：外設在需要時向CPU提出請求，CPU再去為它服務。服務結束后或在外設不需要時，CPU可執(zhí)行自己的程序。

? 優(yōu)點：CPU效率高，實時性好，速度快。

? 缺點：程序編制相對較為復雜。

以上三種I/O方式的共性：

? 信息的傳送均需通過CPU

? 軟件：外設與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過CPU執(zhí)行程序來完成的（PIO方式）；

? 硬件： I/O接口和存儲器的讀寫控制信號、地址信號都是由CPU發(fā)出的。

? 缺點：程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度

CPU掌握總線控制權

? I/O過程由CPU控制；地址信號、控制信號均由CPU產(chǎn)生。

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4. 直接存儲器存取方式 DMA

? 特點：

外設直接與存儲器進行數(shù)據(jù)交換 ，CPU不再擔當數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎撸?/p>

總線由DMA控制器（DMAC）進行控制（CPU要放棄總線控制權），內(nèi)存/外設的地址和讀寫控制信號均由DMAC提供。

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DMA控制方式的工作過程

① 外設向DMA控制器發(fā)出“DMA傳送請求”信號DRQ；

② DMA控制器收到請求后，向CPU發(fā)出“總線請求”信號HOLD；

③ CPU在完成當前總線周期后會立即發(fā)出HLDA信號，對HOLD信號進行響應；

④ DMA控制器收到HLDA信號后，就開始控制總線，并向外設發(fā)出DMA響應信號DACK。

DMA工作方式

? 周期竊?。好總€DMA周期只傳送一個字節(jié)或一個字就立即釋放總線。

? 數(shù)據(jù)塊傳送：DMAC在申請到總線后，將一塊數(shù)據(jù)傳送完后才釋放總線，而不管中間DREQ是否有效。

? 直接存取方式：DMA的數(shù)據(jù)傳送請求直接發(fā)到主存儲器，在得到響應后，整個工作過程在DMA控制器中由硬件完成。

周期竊取的DMA方式

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4種基本I/0控制方式總結

? 無條件傳送：

? 簡單，適用范圍小，僅適用于“隨時準備好”的低速外設

? 查詢工作方式

?簡單，適用于具備“狀態(tài)信息”的低速外設

?CPU效率低，控制實時性差

? 中斷方式

? 適用于中速外設

? 相對于查詢方式，CPU效率較高，控制實時性較好

? DMA方式：

? 數(shù)據(jù)傳輸由DMA硬件來控制，數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設之間交換，可以達到很高的傳輸速率。

? 控制復雜，硬件成本相對較高

第49講 簡單I/O接口電路設計示例

例1

? 外設狀態(tài)端口地址為03FBH，第5位(bit5)為狀態(tài)標志（=1忙，=0準備好）；外設數(shù)據(jù)端口地址為03F8H，寫入數(shù)據(jù)會使狀態(tài)標志置1 ；外設把數(shù)據(jù)讀走后又把它置0。

? 要求：

? 畫出該控制系統(tǒng)電路圖

? 利用查詢工作方式，將DATA下100B數(shù)據(jù)輸出。

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? 題目分析:

? 外設有1位狀態(tài)位，需要通過輸入接口將狀態(tài)信息輸入系統(tǒng)；

? 可選擇一個三態(tài)門或74LS244接口

? 數(shù)據(jù)需由系統(tǒng)輸出，需要通過輸出接口

? 可選擇74LS273接口

? 輸入接口地址= 03FBH，bit5=1表示“忙”

輸出接口地址=03F8H

? 待輸出數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的首地址=DATA；

? 待輸出數(shù)據(jù)塊大小=100B

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控制程序

LEA SI,DATA

MOV CX,100

AGAIN:MOV DX,03FBH

WAITT:IN AL,DX

TEST AL,20H

JNZ WAITT

MOV DX,03F8H

MOV AL,[SI]

?OUT DX,AL

INC SI

LOOP AGAIN

HLT

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例2

根據(jù)開關狀態(tài)在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字或符號

? 設輸出接口的地址為F0H，輸入接口地址為F1H;( 僅給出8位地址，為部分地址譯碼)

? 當開關的狀態(tài)分別為0000～1111時，在7段數(shù)碼管上對應顯示’0’～’F’

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題目分析：

輸入設備：4個開關

輸出設備：1個七段數(shù)碼管

需要1個輸入接口，1個輸出接口

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第50講 中斷技術

理解和掌握：

1 中斷的基本概念

2 中斷響應的一般過程

3 中斷向量表

4 8088/8086中斷系統(tǒng)

1. 中斷的基本概念

中斷：CPU執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件(中斷源)(外部或內(nèi)部)，引起CPU暫時中斷正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段特殊的服務程序(中斷服務(處理)子程序)，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。

引入中斷的原因

? 提高對外設請求的響應實時性。

? 提高了CPU的利用率。避免了CPU不斷檢測外設狀態(tài)的過程。

中斷類型

根據(jù)中斷請求的來源分為：

內(nèi)部中斷

異常中斷——異常事件引起

軟件中斷——中斷指令引起

外部中斷

可屏蔽中斷——INTR中斷 可屏蔽意思是如果CPU有比響應此中斷更重要的就可屏蔽此中斷

非屏蔽中斷——NMI中斷 必須響應

外部可屏蔽中斷

2. 外部可屏蔽中斷響應的一般過程

? 中斷請求

? 中斷源識別及中斷判優(yōu)

? 中斷響應

? 中斷處理（服務）

? 中斷返回

1）中斷請求

外部可屏蔽中斷請求信號：INTR

? ?中斷請求信號應保持到中斷被處理為止；

? ?CPU響應中斷后，中斷請求信號應及時撤銷

2）中斷源識別

軟件查詢法

中斷矢量法——由中斷源提供中斷類型號，CPU 根據(jù)類型確定中斷源

中斷判優(yōu)（當有多個中斷源同時提出請求時，響應誰？）

優(yōu)先級法則：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

排隊法則先：來先響應

中斷源識別及判優(yōu)由硬件系統(tǒng)完成

中斷源判優(yōu)

中斷控制器判優(yōu)：根據(jù)中斷向量碼（中斷類型碼）確定中斷源

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3）中斷響應

外部可屏蔽中斷響應信號：#INTA

向中斷源發(fā)出#INTA中斷響應信號；

關中斷——不允許響應其它中斷

保護硬件現(xiàn)場——將FLAGS壓入堆棧

保護斷點——將CS、IP壓入堆棧

獲得中斷服務程序入口地址

由硬件系統(tǒng)完成

4）中斷處理

? ?執(zhí)行中斷服務子程序

? ?中斷服務子程序的特點：為“遠過程”、用IRET指令返回

中斷服務子程序完成的工作

? 關中斷，保護現(xiàn)場，保護斷點，找入口地址

? 保護軟件現(xiàn)場（參數(shù)）

? 開中斷（STI）

? 中斷處理

? 關中斷（CLI）

? 恢復現(xiàn)場

? 中斷返回

5）中斷返回

? 執(zhí)行IRET指令，使IP、CS和FLAGS從堆棧彈出(恢復斷點和硬件現(xiàn)場)

中斷處理過程

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3.中斷向量表

? 存放各類中斷的中斷服務程序的入口地址；

? 位于內(nèi)存的00000H～003FFH。

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? 每個入口占用4 Bytes，低字為段內(nèi)偏移，高字為段基址；

? 中斷向量表大小為1KB，共256個入口。

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4. 8088/8086中斷系統(tǒng)

256個中斷源

內(nèi)部中斷

異常中斷：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

8088內(nèi)部中斷與NMI中斷

內(nèi)部中斷特點：

? 無#INTA周期

? 中斷類型碼固定或由指令給出

8088/8086 中斷響應和處理流程

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輸入輸出與中斷技術小結

應理解：

I/O接口的基本概念和功能

什么是端口？

I/O端口的編址方式

4種基本I/O方法的特點及適用場合

什么是中斷？什么是中斷向量表？

中斷響應的一般過程

應掌握：

I/O接口譯碼電路設計方法

利用無條件傳送或查詢方式實現(xiàn)對簡單外設的控制

利用三態(tài)門接口和鎖存器接口芯片實現(xiàn)對簡單外設的控制

注意點與常見問題

? 4種基本輸入輸出方法各自的應用場合

? 無條件傳送方式：

? 外設隨時處于“準備好”狀態(tài)，且不能提供狀態(tài)信息

? 查詢方式：

? 外設必須要能夠提供狀態(tài)信息

? 中斷方式：

? 外設必須具備發(fā)出高電平中斷請求信號的能力

? 常用于實時性要求較高的中速外設控制

? DMA方式

? ? 整個輸入輸出由硬件系統(tǒng)完成，適用于高速外設。

?簡單接口電路設計

? 譯碼電路設計 訪問端口最多16位地址信號

? ?總線信號 訪問I/O端口的讀寫控制信號

?接口系統(tǒng)的譯碼電路常采用部分地址譯碼

?中斷技術

? ?中斷響應的一般過程

? ?中斷向量表 每個表項的含義