微机原理与接口技术课件:第6章 输入输出和中断技术.ppt
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在微机原理与接口技术中,输入输出(Input/Output, I/O)是计算机与外部设备之间进行数据交换的关键机制。第六章主要讲解了输入输出和中断技术,这是理解计算机系统核心功能的重要部分。 I/O接口是连接外部设备与计算机内部总线的逻辑电路集合,它的主要任务是协调不同速度、信号电平、数据格式和时序的设备与CPU之间的通信。接口需要解决的主要问题包括速度匹配(通过缓冲技术)、信号电平和驱动能力的转换、信号形式的匹配(如模拟信号与数字信号之间的转换,A/D和D/A转换)、信息格式的处理(如字节流、块、数据包、帧)以及时序同步和总线隔离。 I/O接口的编址方式主要有两种:统一编址和独立编址。统一编址将I/O端口与内存地址空间合并,使得指令和访问控制信号统一,但会占用一部分内存地址空间。而独立编址则使I/O地址空间与内存地址空间分开,避免了对内存空间的影响,但I/O指令的功能相对较弱。8088/8086 CPU采用的是独立编址方式,但它们的地址线与存储器共用,通过IO/M信号来区分I/O操作和内存操作,可寻址的I/O端口数为64K,但在IBM PC中实际使用的只有1024个。 I/O端口地址的译码是通过地址线A15至A0来完成的,OUT指令激活输出信号,IN指令激活输入信号。对于具有多个端口的接口,高位地址线用于确定接口的基地址,低位地址线则用于选择具体端口。 I/O数据的传送方式主要包括并行和串行。并行传输速度快但成本高,适合近距离传输,如PC的并行接口常用于连接打印机。串行传输速度慢但成本低,适合长距离传输,如PC的串行接口常用于串行通信。 简单接口电路通常包含数据线、控制线和状态线。数据输入/输出寄存器用于暂存数据,命令寄存器存放控制命令,设置接口的工作方式和参数,状态寄存器保存外设的当前状态供CPU读取。数据输入接口需要三态输出能力,而数据输出接口常用锁存器实现。三态门是一种可以处于高电平、低电平或高阻态的门电路,广泛应用于接口设计中,如74LS244芯片就是常用的三态门组件。 中断技术是微机系统中的一种重要机制,它允许CPU在执行正常程序的同时响应外部事件。中断系统由中断基本概念、8086/8088中断系统和8259中断控制器组成。8259是中断控制器,它可以管理和扩展系统的中断源,提供中断优先级控制。 中断技术允许CPU在执行指令的过程中暂停,处理突发事件,然后返回原来的任务,这样提高了系统的实时性和效率。中断分为无条件、查询、中断和DMA等基本方法。DMA(Direct Memory Access,直接内存访问)是另一种高效的数据传输方式,它允许外部设备直接访问内存,绕过CPU,适用于大量数据传输。 总结起来,输入输出和中断技术是微机系统中不可或缺的部分,它们确保了计算机能够有效地与外部世界交互,并在多任务环境下高效运行。理解和掌握这些概念对于深入理解计算机系统的工作原理至关重要。
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