微型計算機系統(tǒng)硬件組成問題：為什么存儲器可以直接掛在系統(tǒng)總線上？而外設(shè)不能直接直接掛在系統(tǒng)總線上？2外部設(shè)備特點（1）品種繁多。（2）工作速度一般比CPU慢，且速度的分布也相當(dāng)寬。（3）信號類型與信息格式多樣化。1存儲器特點（1）功能單一，品種有限（2）速度與CPU匹配ABDBCBCPUI/O接口I/O設(shè)備

端口數(shù)據(jù)控制狀態(tài)1I/O接口(Interface)

I/O接口是一電子電路(以IC芯片或接口板形式出現(xiàn))，其內(nèi)有若干專用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成。它是CPU和I/O設(shè)備之間交換信息的媒介和橋梁。信息格式時序匹配速度匹配(Buffer)對傳送數(shù)據(jù)提供緩沖，以消除計算機與外設(shè)在“定時”或數(shù)據(jù)處理速度上的差異4.1I/O接口的基本功能信號形式匹配A/D、D/A；串/并、并/串信號電平和驅(qū)動能力

電平轉(zhuǎn)換、增加驅(qū)動能力

一.I/O端口I/O接口通常包含一組能夠與處理器交換信息的寄存器，稱為I/O端口寄存器，簡稱為I/O端口。（接口中可尋址并進行讀寫的寄存器。）4.2I/O接口中的I/O端口1.一個外設(shè)與CPU交換信息往往需要幾個端口：

數(shù)據(jù)端口控制端口狀態(tài)端口CPU對外設(shè)的訪問實際上是通過對I/O端口的訪問來實現(xiàn)的。

CPU對外設(shè)的各種操作（向外設(shè)發(fā)出控制命令、查詢外設(shè)的狀態(tài)向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)、從外設(shè)獲得數(shù)據(jù)），均歸結(jié)為對接口電路中各端口的讀/寫操作（IN/OUT指令）。存放數(shù)據(jù)信息存放狀態(tài)信息，即反映外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息狀態(tài)信息與控制信息可以廣義地看作數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)總線傳送。存放控制命令二、I/O端口的編址方式I/O端口獨立編址I/O端口與存儲單元統(tǒng)一編址端口地址：在微機系統(tǒng)中，每個端口分配有唯一的地址碼，稱之為端口地址：I/O端口的編址方式

1.統(tǒng)一編址把外設(shè)接口與內(nèi)存統(tǒng)一進行編址。各占據(jù)統(tǒng)一地址空間的不同部分。優(yōu)點指令統(tǒng)一，靈活；訪問控制信號統(tǒng)一。

缺點內(nèi)存可用地址空間減小0地址空間(共1MB)內(nèi)存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H

2.獨立編址外設(shè)地址空間和內(nèi)存地址空間相互獨立。優(yōu)點：內(nèi)存地址空間不受I/O編址的影響缺點：I/O指令功能較弱0I/O地址1MBFFFFFH0內(nèi)存地址1MBFFFFFH

8088/8086CPU的I/O編址方式采用I/O獨立編址方式最小模式下，通過控制總線中的來區(qū)分訪問存儲器還是IO端口；最大模式下通過控制總線

、

IOR、IOW區(qū)分訪問存儲器還是IO端口；I/O操作只使用20根地址線中的16根：A15

～A0 I/O地址范圍為0～FFFFHIBMPC只使用了1024個I/O地址(0～3FFH)M/IO8086總線A19-A0A9-A0MEMR、MEMWIOR、IOW、AEN存儲器輸入/輸出MEMR、MEMW在接口電路的設(shè)計中，可把幾個端口設(shè)計為相同的端口地址：（1）對數(shù)據(jù)輸入端口只進行讀操作（IN），對數(shù)據(jù)輸出端口僅進行寫操作（OUT），因此，數(shù)據(jù)輸入端口和數(shù)據(jù)輸出端口可使用相同的地址，接口電路用讀寫控制信號來區(qū)分。

INAL，80H OUT80H，AL（2）由于對狀態(tài)端口只進行讀操作（IN），對控制端口僅進行寫操作（OUT），因此，狀態(tài)端口和控制端口可使用相同的地址。

INAL，81H OUT81H，AL系統(tǒng)板上的I/O芯片大多是可編程的大規(guī)模集成電路，完成相應(yīng)的接口操作。如定時/計數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口、鍵盤控制器等。I/O擴展槽上的接口控制卡由若干個集成電路按一定的邏輯組成的一個部件。如軟驅(qū)卡、硬驅(qū)卡、圖形卡、聲卡、打印卡、串行通信卡等4.3I/O接口硬件分類I/O接口的硬件分成兩類：I/O端口地址分配

PC微機I/O地址線可有16根，對應(yīng)的I/O端口編址可達(dá)64K字節(jié)，其端口地址譯碼是采用部分譯碼法，即只使用了低10位地址線一個A0~A9，故其I/O端口地址范圍是0000H~003FFH，總共只有1024個端口。表2.1系統(tǒng)板上接口芯片的端口地址I/O芯片名稱端口地址DMA控制器1000~01FHDMA控制器20C0~0DFHDMA頁面寄存器080~09FH中斷控制器1020~03FH中斷控制器20A0~0BFH

定時器040~05FH并行接口芯片（鍵盤接口）060~06FHRT/CMOSRAM070~07FH

協(xié)處理器0F0~0FFH2.2I/O端口地址分配表2.2擴展槽上接口控制卡的端口地址I/0接口名稱端口地址游戲控制卡200～20FH并行口控制卡1370～37FH并行口控制卡2270～27FH串行口控制卡13F8～3FFH串行口控制卡22F0～2FFH原型插件板（用戶可用）300～31FH同步通信卡13A0～3AFH同步通信卡2380～38FH單顯MDA3B0～3BFH彩顯CGA3D0～3DFH彩顯EGA/VGA3C0～3CFH硬驅(qū)控制卡1F0～1FFH軟驅(qū)控制卡3F0～3F7HPC網(wǎng)卡360～36FH三、I/O地址空間的選用①凡是被系統(tǒng)配置占用了的地址一律不能使用；②未被占用的地址，用戶可以使用，但申明保留的地址，不要使用。③用戶可使用300H~31FH地址。4.4輸入輸出的控制方式

主機與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的控制方式有以下三種：程序方式中斷方式直接存儲器存取(DMA,DirectMemoryAccess)程序傳送方式CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)交換在程序（指令)控制下進行。又分為：無條件程序傳送； 條件傳送即程序查詢;1無條件程序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)繼電器步進電機優(yōu)點：軟件及接口硬件簡單缺點：只適用于慢速簡單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄認(rèn)為外設(shè)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，直接與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)查詢方式的流程圖超時?READY?與外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換超時錯讀入并測試外設(shè)狀態(tài)YNYN傳送完？防止死循環(huán)復(fù)位計時器NY2程序查詢方式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？”適用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好，而且對傳送速率、傳送效率要求不高的場合。對外設(shè)的要求：應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息對接口的要求：需要提供狀態(tài)端口優(yōu)點：軟件比較簡單缺點：CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實時性差，速度較慢

使用查詢方式，CPU必須檢測接口電路的狀態(tài)寄存器，如果設(shè)備未準(zhǔn)備好，CPU就要不斷地查詢，降低了CPU的運行效率.動畫演示在進行輸入輸出操作時，輸入需要緩沖，輸出需要鎖存輸入緩沖：輸入時，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和外設(shè)間接三態(tài)緩沖器，當(dāng)讀該緩沖器的控制信號有效時，才將緩沖器的三態(tài)門打開，使外設(shè)的數(shù)據(jù)進入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線。常用的三態(tài)緩沖器有：74LS244(單向)74LS245(雙向)當(dāng)三態(tài)緩沖器的控制端有效時，三態(tài)門打開，允許數(shù)據(jù)通過否則，三態(tài)門關(guān)閉，呈高阻狀態(tài)輸出鎖存：輸出時，需要在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和外設(shè)間接鎖存器，在鎖存允許端為無效電平時，數(shù)據(jù)總線上的新數(shù)據(jù)不能進入鎖存器。只有當(dāng)確知外設(shè)已經(jīng)取走上次輸出的數(shù)據(jù)時，方能在鎖存允許端為有效電平時，將新數(shù)據(jù)送入鎖存器保留。常用的鎖存器有：74LS273(8D觸發(fā)器)74LS373(8位鎖存器，三態(tài)輸出)中斷方式

CPU無需循環(huán)查詢外設(shè)狀態(tài)，而是外部設(shè)備在需要進行數(shù)據(jù)傳送時才中斷CPU正在進行的工作，讓CPU來為其服務(wù)。即CPU在沒有外設(shè)請求時可以去做更重要的事情，有請求時才去傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提高了CPU的利用率。優(yōu)點：CPU效率高，實時性好，速度快。缺點：程序編制較為復(fù)雜。DMA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

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(中斷處理子程序)來完成的；（IN/OUT指令）

2）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（總線由CPU控制）。缺點：對于高速外設(shè)（如磁盤、高速A/D），中斷方式不能滿足數(shù)據(jù)傳輸速度的要求—解決：DMA傳輸

DMA傳輸:

外設(shè)

內(nèi)存外設(shè)直接與存儲器進行數(shù)據(jù)交換，CPU不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎撸豢偩€由DMA控制器（DMAC）進行控制（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均由DMAC提供。優(yōu)點：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）DMA=DirectMemoryAccess直接存儲器訪問DMA方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O的數(shù)據(jù)傳送方式，它可以讓外設(shè)接口直接與內(nèi)存進行高速的數(shù)據(jù)傳送，而不必經(jīng)過CPU.這種專門的硬件電路稱為DMA控制器，簡稱DMAC.DMA傳送原理示意圖

①系統(tǒng)總線CPUDMAC存儲器外設(shè)接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACK②③④⑤AENIOWIORMEMWMEMR①外設(shè)發(fā)出DMA請求②DMAC向CPU申請總線③CPU響應(yīng)，釋放總線控制權(quán)④DMAC得到總線控制權(quán)，并發(fā)出DMA響應(yīng)信號⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號和地址信息，控制外設(shè)與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送⑥數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信號⑦CPU釋放HLDA信號，并重新控制總線⑥⑦中斷的定義CPU執(zhí)行程序時，由于發(fā)生了某種隨機的事件(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(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——中斷源。例如：外設(shè)——請求輸入輸出數(shù)據(jù)，報告故障等事件——掉電、硬件故障、軟件、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：INTR、NMIINTR——可屏蔽中斷請求，高電平有效，受IF標(biāo)志的控制。IF=1時，執(zhí)行完當(dāng)前指令后CPU對它作出響應(yīng)。NMI——非屏蔽中斷請求，上升沿有效，任何時候CPU都要響應(yīng)此中斷請求信號。為何計算機中要引入中斷？提高數(shù)據(jù)傳輸率；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。實現(xiàn)對特殊事件的實時響應(yīng)。中斷過程五個步驟：中斷請求中斷判優(yōu)(中斷源識別)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步驟。1中斷請求外設(shè)接口（中斷源）發(fā)出中斷請求信號，送到CPU的INTR或NMI引腳；中斷請求信號：邊沿請求，電平請求 例如，NMI為邊沿請求，INTR為電平請求中斷請求信號應(yīng)保持到中斷被處理為止；CPU響應(yīng)中斷后，中斷請求信號應(yīng)及時撤銷。在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)的排隊判優(yōu)后向CPU發(fā)出：

(I/O接口)

→PIC→CPU2中斷源識別計算機中的中斷源有很多，CPU必須識別是哪一個設(shè)備產(chǎn)生中斷。識別中斷源有兩個方法：軟件查詢。簡單硬件方式之菊花鏈法中斷矢量法。由中斷源提供中斷類型號，CPU根據(jù)類型確定中斷源。（8086/8088即采用此種方法）中斷判優(yōu)多個中斷源產(chǎn)生中斷，CPU首先為誰服務(wù)？

——中斷優(yōu)先級排隊問題。中斷優(yōu)先級控制要處理兩種情況：對同時產(chǎn)生的中斷：應(yīng)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)的原則處理；對非同時產(chǎn)生的中斷：低優(yōu)先級別的中斷處理程序允許被高優(yōu)先級別的中斷源所中斷——即允許中斷嵌套。中斷優(yōu)先級的控制方法硬件判優(yōu)——鏈?zhǔn)脚袃?yōu)、并行判優(yōu)（中斷向量法）軟件判優(yōu)——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）通常將中斷判優(yōu)與中斷源識別合并在一起進行處理。x86系統(tǒng)中，這項任務(wù)由PIC和CPU共同完成。INTAinCPUINTAINTR外設(shè)1外設(shè)2外設(shè)接口1菊花鏈邏輯電路外設(shè)接口2外設(shè)3外設(shè)接口3≥1菊花鏈邏輯電路菊花鏈邏輯電路┇IREQIREQIREQ中斷確認(rèn)鏈?zhǔn)脚袃?yōu)電路原理圖INTAinINTAin中斷確認(rèn)中斷確認(rèn)菊花鏈邏輯電路INTAinIREQINTR&=1

≥1INTAoutDB三態(tài)門中斷向量碼E外設(shè)接口中斷確認(rèn)菊花鏈邏輯電路3中斷響應(yīng)在每條指令的最后一個時鐘周期，CPU檢測INTR或NMI信號。若以下條件成立，則CPU響應(yīng)中斷：當(dāng)前指令執(zhí)行完。對INTR，還應(yīng)滿足以下條件當(dāng)前指令是STI和IRET，則下條指令也要執(zhí)行完。當(dāng)前指令帶有LOCK、REP等指令前綴時，則把它們看成一個整體，要求完整地執(zhí)行完；對INTR，CPU應(yīng)處于開中斷狀態(tài)，即IF=1；當(dāng)前沒有復(fù)位(RESET)和保持(HOLD)信號。若NMI和

INTR

同時發(fā)生，則首先響應(yīng)NMI。中斷響應(yīng)（續(xù)）CPU中斷響應(yīng)時，要做下述三項工作：向中斷源發(fā)出INTA#中斷響應(yīng)信號；斷點保護，包括CS、IP和PSW（FLAGS）。這主要是保證中斷結(jié)束后能返回被中斷的程序。獲得中斷服務(wù)程序首地址（入口）。中斷處理（中斷服務(wù)）中斷服務(wù)子程序特點為”遠(yuǎn)”過程（類型為FAR）要用IRET指令返回中斷服務(wù)子程序要做的工作保護現(xiàn)場(PUSH

reg’s)

開中斷(STI)

進行中斷處理

恢復(fù)現(xiàn)場(POP

reg’s)

中斷返回(IRET)

8088的中斷系統(tǒng)與中斷有關(guān)的控制線為：NMI、INTR、INTA#8088系統(tǒng)的中斷源內(nèi)部中斷除法溢出：類型號0，商大于目的操作數(shù)所能表達(dá)的范圍時產(chǎn)生。單步中斷：類型號1，TF=1時產(chǎn)生斷點中斷：類型號3，這是一個軟件中斷，即INT3指令。溢出中斷：類型號4，這是一個軟件中斷，即INTO指令。軟件中斷：即INTn指令，類型號n(0-255)。外部中斷非屏蔽中斷NMI：類型號2，不可用軟件屏蔽，