第4章 输入输出与中断

I/O接口——把外围设备同微型计算机连接起来实现数据传送的控制电路称为“外设接口电路”，即I/O接口

I/O端口——I/O接口中可以由CPU进行读或写的寄存器被称为“端口”

外设接口与CPU的信息传送：

1. 外设接口通过微机总线(片总线、内总线、外总线)与CPU连接

2. CPU同外设接****换的三种信息：

(1) 数据信息，包括数字量、模拟量和开关量

(2) 状态信息，表示外设当前所处的工作状态

(3) 控制信息用于控制外设接口的工作

3. 数据信息、状态信息、控制信息都是通过数据总线来传送的

I/O端口的编址方式及其特点：

1. 独立编址(专用的I/O端口编址)——存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中

(1) 优点：I/O端口的地址码较短，译码电路简单，存储器同I/O端口的操作指令不同，程序比较清晰;存储器和I/O端口的控制结构相互独立，可以分别设计

(2) 缺点：需要有专用的I/O指令，程序设计的灵活性较差

2. 统一编址(存储器映像编址)——存储器和I/O端口共用统一的地址空间，当一个地址空间分配给I/O端口以后，存储器就不能再占有这一部分的地址空间

(1) 优点：不需要专用的I/O指令，任何对存储器数据进行操作的指令都可用于I/O端口的数据操作，程序设计比较灵活;由于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分，这样，I/O端口的地址空间可大可小，从而使外设的数量几乎不受限制

(2) 缺点：I/O端口占用了内存空间的一部分，影响了系统的内存容量;访问I/O端口也要同访问内存一样，由于内存地址较长，导致执行时间增加

微机系统中，数据传送的控制方式：

1. 程序控制方式，以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，通过预先编制好的程序实现数据的传送

2. DMA方式，直接存储器访问，不需要CPU干预，也不需要软件介入的高速传送方式

程序控制传送方式分为三种：

1. 无条件传送方式，又称“同步传送方式”，用于外设的定时是固定的而且是已知的场合，外设必须在微处理器限定的指令时间内准备就绪，并完成数据的接收或发送

2. 查询传送方式，当CPU同外设工作不同步时，为保证数据传送的正确而提出的，CPU必须先对外设进行状态检测，若外设已“准备好”，才进行数据传送

3. 中断传送方式，解决了“无条件传送方式”和“查询传送方式”只能串行工作的缺点，为了使CPU和外设之间可以并行工作，提出中断传送方式，采用中断方式传送数据时，CPU从启动外设到外设就绪这段时间，仍在执行主程序，当“中断服务程序”执行完毕后，则重新返回主程序

DMA操作的基本方法：

1. 周期挪用，DMA乘存储器空闲时访问存储器，周期挪用不减慢CPU的操作

2. 周期扩展，CPU与DMA交替访问存储器，这种方法会使CPU处理速度减慢，一次只能传送一个字节3. CPU停机方式，CPU等待DMA的操作，这是最常用的DMA方式，由于CPU处于空闲状态，所以会降低CPU的利用率

DMAC及其传送方式：

1. 在DMA传送方式中，对数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器，即：DMAC

2. DMAC的三种传送方式：

(1) 单字节传送方式

(2) 成组传送方式

(3) 请求传送方式

DMAC的基本功能：

1. 能接收外设的DMA请求信号，并能向外设发出DMA响应信号

2. 能向CPU发出总线请求信号，当CPU发出总线响应信号后，能接管对总线的控制权，进入DMA方式

3. 能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针

4. 能发出读、写等控制信号，包括存储器访问信号和I/O访问信号

5. 能决定传送的字节数，并能判断DMA传送是否结束

6. 能发出DMA结束信号，释放总线，使CPU恢复正常工作