第4章 輸入輸出與中斷

    I/O接口——把外圍設(shè)備同微型計(jì)算機(jī)連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的控制電路稱為“外設(shè)接口電路”，即I/O接口

    I/O端口——I/O接口中可以由CPU進(jìn)行讀或?qū)懙募拇嫫鞅环Q為“端口”

    外設(shè)接口與CPU的信息傳送：

    1. 外設(shè)接口通過(guò)微機(jī)總線（片總線、內(nèi)總線、外總線）與CPU連接

    2. CPU同外設(shè)接****換的三種信息：

    （1） 數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量

    （2） 狀態(tài)信息，表示外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)

    （3） 控制信息用于控制外設(shè)接口的工作

    3. 數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息都是通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)傳送的

    I/O端口的編址方式及其特點(diǎn)：

    1. 獨(dú)立編址（專用的I/O端口編址）——存儲(chǔ)器和I/O端口在兩個(gè)獨(dú)立的地址空間中

    （1） 優(yōu)點(diǎn)：I/O端口的地址碼較短，譯碼電路簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)器同I/O端口的操作指令不同，程序比較清晰；存儲(chǔ)器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，可以分別設(shè)計(jì)

    （2） 缺點(diǎn)：需要有專用的I/O指令，程序設(shè)計(jì)的靈活性較差

    2. 統(tǒng)一編址（存儲(chǔ)器映像編址）——存儲(chǔ)器和I/O端口共用統(tǒng)一的地址空間，當(dāng)一個(gè)地址空間分配給I/O端口以后，存儲(chǔ)器就不能再占有這一部分的地址空間

    （1） 優(yōu)點(diǎn)：不需要專用的I/O指令，任何對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的指令都可用于I/O端口的數(shù)據(jù)操作，程序設(shè)計(jì)比較靈活；由于I/O端口的地址空間是內(nèi)存空間的一部分，這樣，I/O端口的地址空間可大可小，從而使外設(shè)的數(shù)量幾乎不受限制

    （2） 缺點(diǎn)：I/O端口占用了內(nèi)存空間的一部分，影響了系統(tǒng)的內(nèi)存容量；訪問(wèn)I/O端口也要同訪問(wèn)內(nèi)存一樣，由于內(nèi)存地址較長(zhǎng)，導(dǎo)致執(zhí)行時(shí)間增加

    微機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳送的控制方式：

    1. 程序控制方式，以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送的控制來(lái)自CPU，通過(guò)預(yù)先編制好的程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送

    2. DMA方式，直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)，不需要CPU干預(yù)，也不需要軟件介入的高速傳送方式

    程序控制傳送方式分為三種：

    1. 無(wú)條件傳送方式，又稱“同步傳送方式”，用于外設(shè)的定時(shí)是固定的而且是已知的場(chǎng)合，外設(shè)必須在微處理器限定的指令時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備就緒，并完成數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送

    2. 查詢傳送方式，當(dāng)CPU同外設(shè)工作不同步時(shí)，為保證數(shù)據(jù)傳送的正確而提出的，CPU必須先對(duì)外設(shè)進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，若外設(shè)已“準(zhǔn)備好”，才進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送

    3. 中斷傳送方式，解決了“無(wú)條件傳送方式”和“查詢傳送方式”只能串行工作的缺點(diǎn)，為了使CPU和外設(shè)之間可以并行工作，提出中斷傳送方式，采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時(shí)，CPU從啟動(dòng)外設(shè)到外設(shè)就緒這段時(shí)間，仍在執(zhí)行主程序，當(dāng)“中斷服務(wù)程序”執(zhí)行完畢后，則重新返回主程序

    DMA操作的基本方法：

    1. 周期挪用，DMA乘存儲(chǔ)器空閑時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，周期挪用不減慢CPU的操作

    2. 周期擴(kuò)展，CPU與DMA交替訪問(wèn)存儲(chǔ)器，這種方法會(huì)使CPU處理速度減慢，一次只能傳送一個(gè)字節(jié)

    3. CPU停機(jī)方式，CPU等待DMA的操作，這是最常用的DMA方式，由于CPU處于空閑狀態(tài)，所以會(huì)降低CPU的利用率

    DMAC及其傳送方式：

    1. 在DMA傳送方式中，對(duì)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行控制的硬件稱為DMA控制器，即：DMAC

    2. DMAC的三種傳送方式：

    （1） 單字節(jié)傳送方式

    （2） 成組傳送方式

    （3） 請(qǐng)求傳送方式

    DMAC的基本功能：

    1. 能接收外設(shè)的DMA請(qǐng)求信號(hào)，并能向外設(shè)發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)

    2. 能向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)CPU發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)后，能接管對(duì)總線的控制權(quán)，進(jìn)入DMA方式

    3. 能發(fā)出地址信息，對(duì)存儲(chǔ)器尋址并修改地址指針

    4. 能發(fā)出讀、寫等控制信號(hào)，包括存儲(chǔ)器訪問(wèn)信號(hào)和I/O訪問(wèn)信號(hào)

    5. 能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷DMA傳送是否結(jié)束

    6. 能發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào)，釋放總線，使CPU恢復(fù)正常工作

    8086中斷的特點(diǎn)：

    1. 最多可處理256種不同的中斷類型，每個(gè)中斷都有一個(gè)中斷類型碼

    2. 外部中斷（硬件中斷）；內(nèi)部中斷（軟件中斷）

    8086內(nèi)部中斷的特點(diǎn)：

    1. 中斷類型碼或者包含在指令中，或者是預(yù)先規(guī)定的

    2. 不執(zhí)行INTA總線周期

    3. 除單步中斷外，任何內(nèi)部中斷都無(wú)法禁止

    4. 除單步中斷外，任何內(nèi)部中斷的優(yōu)先級(jí)都比任何外部中斷的高

    中斷向量表：

    1. 中斷向量表是存放中斷服務(wù)程序入口地址（即：中斷向量）的表格

    2. 它存放在存儲(chǔ)器的最低端，共1024個(gè)字節(jié)，每4個(gè)字節(jié)存放一個(gè)中斷向量（形成一個(gè)單元），一共可存256個(gè)中斷向量

    3. 每個(gè)單元（4字節(jié)）高地址的兩個(gè)字節(jié)存放中斷向量的段基值，低地址存放偏移量

    4. 每個(gè)單元（4字節(jié)）的最低地址為向量表地址指針，其值為對(duì)應(yīng)的中斷類型碼乘4

    8086中斷系統(tǒng)、中斷分類 （南京大學(xué)出版的《應(yīng)試指導(dǎo)》 P50 表格）

    中斷控制器的基本要求：

    1. 能控制多個(gè)中斷源，實(shí)現(xiàn)中斷傳送

    2. 能對(duì)多個(gè)中斷源同時(shí)發(fā)出的中斷請(qǐng)求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判別

    3. 能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套

    4. 能提供對(duì)應(yīng)中斷源的中斷類型碼

    可編程中斷控制器8259A的主要功能：

    1. 每一片8259A可管理8級(jí)優(yōu)先權(quán)中斷源，通過(guò)8259A的級(jí)聯(lián)，最多可管理64級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷源

    2. 對(duì)任何一級(jí)中斷源都可單獨(dú)進(jìn)行屏蔽，使該級(jí)中斷請(qǐng)求暫時(shí)被掛起，直到取消屏蔽時(shí)為止

    3. 能向CPU提供可編程的標(biāo)識(shí)碼，對(duì)于8086CPU來(lái)說(shuō)就是中斷類型碼

    4. 具有多種中斷優(yōu)先權(quán)管理方式：

    （1） 完全嵌套方式

    （2） 自動(dòng)循環(huán)方式

    （3） 特殊循環(huán)方式

    （4） 特殊屏蔽方式

    （5） 查詢排序方式

    8259A的結(jié)構(gòu)，由8個(gè)基本組成部分：

    1. IRR，8位中斷請(qǐng)求寄存器，用來(lái)存放從外設(shè)來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)IR0 ~ IR7

    2. IMR，8位中斷屏蔽寄存器，用來(lái)存放CPU送來(lái)的屏蔽信號(hào)

    3. ISR，8位中斷服務(wù)寄存器，用來(lái)記憶正在處理中的中斷級(jí)別

    4. PR，優(yōu)先級(jí)判別器，也稱優(yōu)先級(jí)分析器

    5. 控制邏輯

    6. 數(shù)據(jù)總線緩沖器

    7. 讀/寫邏輯

    8. 級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器

    其中，IRR、IMR、ISR、PR和控制邏輯五個(gè)部分是實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先管理的核心部件

    8259A的中斷結(jié)束方式：

    1. EOI命令方式：

    （1） 普通EOI命令

    （2） 特殊EOI命令

    2. 自動(dòng)EOI方式

    8259A的中斷工作順序 （教科書 P93 ~ P94）