(精品)第03章 输入输出系统.ppt

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1、第三章第三章 输入输出系统输入输出系统3.1输入输出系统综述输入输出系统综述 3.2 8259A中断控制器中断控制器 3.1 输入输出系统综述输入输出系统综述u3.1.1输入输入/输出系统概述输出系统概述u3.1.2 输入输入/输出控制方式输出控制方式u3.1.3 输入输入/输出指令输出指令 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述1.I/O接口接口 u输入输出设备与输入输出设备与CPU都是通过接口相连都是通过接口相连计计算算机机硬硬件件系系统统结结构构图图3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u外设之间存在巨大的差异外设之间存在巨大的差异u外设的种类繁多，性能各异外设的种类繁多

2、，性能各异 u外设输入输出的数据信号不同外设输入输出的数据信号不同 u外设的工作速度差异很大外设的工作速度差异很大 综上，要实现综上，要实现CPU与外设的数据交互，必须有专门的硬件与外设的数据交互，必须有专门的硬件电路实现硬件信号的连接，该硬件电路即是电路实现硬件信号的连接，该硬件电路即是接口电路接口电路。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u接口电路接口电路是是CPU与外设数据交互的中转站，它的作用与外设数据交互的中转站，它的作用和位置如下和位置如下：3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u接口电路的功能如下接口电路的功能如下：u数据缓存或锁存数据缓存或锁存 u为了缓解为了

3、缓解CPU与外设之间速度差异的矛盾，通常都在接口电路中设与外设之间速度差异的矛盾，通常都在接口电路中设置有数据缓冲器或者锁存器置有数据缓冲器或者锁存器 u 地址译码和端口读写地址译码和端口读写 u设置、保存控制命令和译码设置、保存控制命令和译码 u数据转换功能数据转换功能 u并行数据并行数据串行数据串行数据u中断管理功能中断管理功能u通信联络功能通信联络功能 u接口中常设置有状态寄存器，用于保存外设的状态，供主机在查询接口中常设置有状态寄存器，用于保存外设的状态，供主机在查询方式时使用，能够保证接口和外设高效可靠的传输数据方式时使用，能够保证接口和外设高效可靠的传输数据 3.1.1 输入输入/

4、输出系统概述输出系统概述u接口分类接口分类：u按照数据传送方式分类按照数据传送方式分类 u并行接口：如显示器接口、并行打印机接口等。常用芯片如并行接口：如显示器接口、并行打印机接口等。常用芯片如8255，8155、8755、u串行接口：如串行通信接口、鼠标接口等。常用芯片如串行接口：如串行通信接口、鼠标接口等。常用芯片如8250、16550u按照是否可编程控制分类按照是否可编程控制分类 u不可编程接口不可编程接口：如如Intel 8212通过连线确定是用于输入还是输出通过连线确定是用于输入还是输出 u可编程接口可编程接口 u按照接口的通用性分类按照接口的通用性分类 l通过接口：按照某种标准为多

5、类外设设计的标准接口。如通过接口：按照某种标准为多类外设设计的标准接口。如USB接口接口l专用接口：专门为某种外设而设计的专用接口。如专用接口：专门为某种外设而设计的专用接口。如Intel的的8279是键是键盘盘/显示器接口芯片，而显示器接口芯片，而8257是是CRT控制接口芯片。控制接口芯片。u按输入输出信号的类型分类按输入输出信号的类型分类 l数字接口：处理数字信号数字接口：处理数字信号l模拟接口：处理模拟信号模拟接口：处理模拟信号 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述2.端口端口u端口概念端口概念 接口电路中通常都设计有多个寄存器，接口电路中通常都设计有多个寄存器，CPU对接口

6、电对接口电路的控制和访问，实际上就是对这些寄存器的访问。路的控制和访问，实际上就是对这些寄存器的访问。每个寄存器都有特定的地址，每个寄存器都有特定的地址，CPU通过地址选定要访通过地址选定要访问的寄存器。这些寄存器被称为问的寄存器。这些寄存器被称为端口寄存器端口寄存器，简称为，简称为端口端口 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u按照端口中存放信息意义的不同，可分为按照端口中存放信息意义的不同，可分为3类类 u控制端口：控制端口：存放控制信息，由存放控制信息，由CPU通过控制命令写入通过控制命令写入u数据端口：数据端口：即数据缓存器或锁存器，存放即数据缓存器或锁存器，存放CPU与外设

7、要交互与外设要交互的数据信息的数据信息 u状态端口：状态端口：即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由CPU读出而不能写入读出而不能写入 u端口编址方式端口编址方式u存储器统一编址方式存储器统一编址方式 u独立编址方式独立编址方式 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u按照端口中存放信息意义的不同，可分为按照端口中存放信息意义的不同，可分为3类类 u控制端口：控制端口：存放控制信息，由存放控制信息，由CPU通过控制命令写入通过控制命令写入

8、u数据端口：数据端口：即数据缓存器或锁存器，存放即数据缓存器或锁存器，存放CPU与外设要交互与外设要交互的数据信息的数据信息 u状态端口：状态端口：即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由CPU读出而不能写入读出而不能写入 u端口编址方式端口编址方式u存储器统一编址方式存储器统一编址方式 u独立编址方式独立编址方式u 独立编址方式下，只能使用独立编址方式下，只能使用I/O指令访问指令访问I/O空间；也只能使用存储空间；也只能使用存储器指令访问存储器

9、空间器指令访问存储器空间3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述3.端口地址译码端口地址译码uCPUCPU是是通通过过地地址址对对不不同同的的接接口口或或端端口口加加以以区区分分的的。把把CPUCPU送送出出的的地地址址转转变变为为芯芯片片选选择择和和端端口口区区分分的的依依据据就就是是地址译码电路地址译码电路。u地址译码概念地址译码概念译译码码电电路路结结构构3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码说明地址译码说明u在在微微机机系系统统中中，I/OI/O译译码码电电路路除除了了受受A0A0A9A9这这1010根根地地址址线线所所确确定定的地址范围的限制之外，还要用到其他

10、一些控制信号。如：的地址范围的限制之外，还要用到其他一些控制信号。如：u利用利用IORIOR或或IOWIOW信号控制对端口的读写。信号控制对端口的读写。u读端口数据时，读端口数据时，IORIOR引脚电平有效引脚电平有效u向端口写数据时，向端口写数据时，IOWIOW引脚电平有效引脚电平有效u利用利用AENAEN信号控制非信号控制非DMADMA传送。传送。u用用IOCS16IOCS16控控制制对对8 8位位还还是是1616位位端端口口操操作作。用用信信号号SBHESBHE控控制制端端口的奇偶地址。口的奇偶地址。u可可见见，在在设设计计地地址址译译码码电电路路时时，不不仅仅要要选选择择地地址址范范围

11、围，还还要要根根据据CPUCPU与与I/OI/O端端口口交交换换数数据据时时的的流流向向（读读/写写）、数数据据宽宽度度（8 8位位/16/16位位），以以及及是是否否采采用用奇奇偶偶地地址址等等要要求求来来引引入入相相应应的的控控制制信信号号，从从而而形形成成地址译码电路。地址译码电路。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码地址译码-线选法线选法u高高位位地地址址线线不不经经过过译译码码，直直接接（或或经经反反相相器器）分分别别接接各各存存储储器器芯芯片片或或者者端端口口的的片片选选端端来来区区别别各各芯芯片片或或端端口的地址。口的地址。3.1.1输入输入/输出系统概述输出

12、系统概述u地址译码地址译码-全译码法全译码法u最最终终目目标标是是唯唯一一确确定定一一个个端端口口或或寄寄存存器器的的地地址址，需需要要所所有有地地址线都参加译码址线都参加译码。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=10 1111 0000=2F0H：个输入端与非门：个输入端与非门;：个输入端或门：个输入端或门3.1.1输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码地址译码-部分译码法部分译码法u用片内寻址外的高位地址的一部分译码产生片选信号。用片内寻址外的高位地址的一部分译码产生片选信号。例：设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，例：设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，其

13、端口地址为其端口地址为。分析：、由于接口芯片内部包含个端口地址，应先选中芯片，分析：、由于接口芯片内部包含个端口地址，应先选中芯片，再从选中的芯片内部选端口，因此，需要产生片选信号再从选中的芯片内部选端口，因此，需要产生片选信号，故采用部，故采用部分译码法。分译码法。这理：只有高位地址线参加译码，产生片选信号，而低位地址线不这理：只有高位地址线参加译码，产生片选信号，而低位地址线不经过译码电路，直接引入接口芯片，作为产生多个端口（地址范围）经过译码电路，直接引入接口芯片，作为产生多个端口（地址范围）之用。之用。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码地址译码-部分译码法部分译码

14、法题目要求端口地址范围是题目要求端口地址范围是可知，其输入地址线的取值为：可知，其输入地址线的取值为：0 0？其中，低位地址其中，低位地址不参加译码电路译码。其值可变，用？示。不参加译码电路译码。其值可变，用？示。是是地址变化范围。地址变化范围。正好满足在接口芯片内部寻址个端口的要求。正好满足在接口芯片内部寻址个端口的要求。高位地址高位地址的取值为的取值为，并且是固定不变的，作为门电路，并且是固定不变的，作为门电路的输入。因此保证这根输入线取值不变的条件下，的输入。因此保证这根输入线取值不变的条件下，输出线为低电平（即输出线为低电平（即）的任何一种逻辑组合电）的任何一种逻辑组合电路，都能满足本

15、例设计要求。路，都能满足本例设计要求。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码地址译码-部分译码法部分译码法设计：符合上述设计：符合上述译码要求的电路译码要求的电路有许多，考虑到有许多，考虑到是单个接口（芯是单个接口（芯片），只需一个片），只需一个片选信号片选信号，故采，故采用门电路来用门电路来组成译码电路。组成译码电路。：输入端与非门输入端与非门：个三输入端或非门个三输入端或非门 设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，其端口地址为其端口地址为。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u地址译码地址译码-部分译码法部分

16、译码法设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，设计一片内拥有个端口的接口电路的地址译码电路，其端口地址为其端口地址为。设计：设计：如果我们用如果我们用，和，和（个非门芯片）来实现（个非门芯片）来实现可以吗可以吗 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u端口地址译码电路一般有两种结构形式端口地址译码电路一般有两种结构形式u固定式端口地址译码电路固定式端口地址译码电路：硬件电路不改动，：硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不变。译码输出的地址或地址范围不变。u门电路组合法门电路组合法u译码器译码法译码器译码法u可选式（开关式）端口地址译码可选式（开关式）端口地址译码：电路中有若：

17、电路中有若干个开关，硬件电路不改动，只改变开干个开关，硬件电路不改动，只改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。围发生变化。3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u门电路组合法门电路组合法（门电路译码法）（门电路译码法）u门门电电路路译译码码就就是是采采用用与与门门、与与非非门门、反反相相器器及及或或非非门等简单逻辑门器件构成译码电路。门等简单逻辑门器件构成译码电路。例：设计一个端口地址为的译码电路例：设计一个端口地址为的译码电路 分分析析：由由于于是是单单个个端端口口地地址址的的译译码码电电路路，不不需需要要产产生生片片选选信

18、信号号，故故采采用用全全译译码码方方法法。根根地地址址线线全全部部作作为为译译码码电电路路的的输输入入线线，参参加加译码。译码。要求的端口地址是，可知，位输入地址线的取值是：要求的端口地址是，可知，位输入地址线的取值是：3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u门电路组合法门电路组合法（门电路译码法）（门电路译码法）例：设计一个端口地址为的译码电路例：设计一个端口地址为的译码电路 设设计计：能能实实现现上上述述地地址址线线取取值值的的译译码码电电路路有有很很多多种种，一一般般采采用用门门电电路路有有与与门门、或或门、非门及与非、或非等。门、非门及与非、或非等。下面电路下面电路固定式单个端

19、口地址译码电路固定式单个端口地址译码电路 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u门电路组合法门电路组合法（门电路译码法）（门电路译码法）例：设计一个能能执行读写操作的端口地址的译码电路。例：设计一个能能执行读写操作的端口地址的译码电路。设计：设计：0 0 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u译码器译码电路译码器译码电路u如如果果接接口口电电路路需需要要使使用用多多个个端端口口地地址址，则则采采用用译译码码器器译译码码比比较较方方便便。如如：双双2-42-4译译码码器器74LS13974LS139；3-83-8译译码器码器74LS13874LS138，4-164-16译码器

20、译码器74LS15474LS154，等等 3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u译码器译码电路译码器译码电路 PCPC机中机中3-83-8译码器译码器74LS13874LS138的译码实例的译码实例3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u译码器译码电路译码器译码电路 PCPC机中机中3-83-8译码器译码器74LS13874LS138的译码实例的译码实例3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u比较器比较法比较器比较法例：设计一个地址可以改变的端口地址译码电路，并且在例：设计一个地址可以改变的端口地址译码电路，并且在范围内可以任意选译某一个端口地址。范围内可以任意选译某

21、一个端口地址。设计：确定地址开关的位数设计：确定地址开关的位数题题目目要要求求种种选选译译，故故采采用用位位地地址址开开关关，其其次次，地地址址开开关关不不能能直直接接在在系系统统地地址址线线上上，需需通通过过中中介介元元件件（比比较较器器或或异异或或门）进行地址转移，我们采用比较器。门）进行地址转移，我们采用比较器。从从题题目目要要求求的的地地址址范范围围可可知知，译译码码电电路路的的输输入地址的取值为：入地址的取值为：3.1.1 输入输入/输出系统概述输出系统概述u比较器比较法比较器比较法3.1.2 输入输入/输出控制方式输出控制方式u无条件传送方式无条件传送方式u程序查询方式程序查询方式

22、u中断控制方式中断控制方式uDMA方式方式3.1.3 输入输入/输出指令输出指令1.IN(INput word or input byte)输入指令输入指令指令格式：指令格式：INAX/AL,端口地址端口地址操作：将指定端口的内容操作：将指定端口的内容(字或字节字或字节)读入到累加器读入到累加器AX或或AL中中受影响的标志位：无受影响的标志位：无说明：说明：u目标操作数一定是目标操作数一定是AX或者或者AL。当端口为。当端口为16位时，一定是位时，一定是AX；当端口是；当端口是8位时，一定用位时，一定用ALu当端口地址在当端口地址在0255之间时，可以在指令中直接给出端口地址，也可以之间时，可

23、以在指令中直接给出端口地址，也可以使用使用DX，让，让DX中存放端口地址；当端口地址大于中存放端口地址；当端口地址大于255时，必须使用时，必须使用DX。举例：举例：INAL,20;把地址为把地址为20的端口中的内容的端口中的内容(8位端口位端口)传送到传送到AX中中INAX,20;把地址为把地址为20的端口中的内容的端口中的内容(16位端口位端口)传送到传送到AX中中INAL,DX;把把DX指出的端口内容指出的端口内容(8位端口位端口)传动到传动到AL中中INAX,DX;把把DX指出的端口内容指出的端口内容(16位端口位端口)传动到传动到AL中中3.1.3 输入输入/输出指令输出指令2.OU

24、T(OUTput word or output byte)输出指令输出指令指令格式：指令格式：OUT 端口地址，端口地址，AX/AL操作：将累加器操作：将累加器AX或或AL的内容传送到指定的端口中的内容传送到指定的端口中受影响的标志位：无受影响的标志位：无说明：同说明：同IN指令指令举例：举例：OUT20,AL;把把AX中的内容中的内容(8位端口位端口)传送到地址为传送到地址为20的端口中的端口中OUT20,AX;把把AX中的内容中的内容(16位端口位端口)传送到地址为传送到地址为20的端口中的端口中OUTDX,AL;把把AL内容内容(8位端口位端口)传动到传动到DX指出的端口中指出的端口中O

25、UTDX,AX;把把AL 内容内容(16位端口位端口)传动到传动到DX指出的端口中指出的端口中3.2 8259A中断控制器中断控制器 u3.2.1 8259A中断控制器结构介绍中断控制器结构介绍u3.2.2 8259A工作原理介绍工作原理介绍u3.2.3 8259A编程控制方式编程控制方式u3.2.4 PC机中可屏蔽中断的硬件结构机中可屏蔽中断的硬件结构u3.2.5 硬件中断服务程序设计硬件中断服务程序设计3.2.1 8259A中断控制器结构介绍中断控制器结构介绍8259A用于管理可屏蔽中断用于管理可屏蔽中断其其主要任务是接收外部设备的主要任务是接收外部设备的中断请求，中断请求，然后然后根据优

26、先级的高低和预先规定的排优规则决定哪个设备能够申根据优先级的高低和预先规定的排优规则决定哪个设备能够申请中断，由请中断，由8259A向向CPU发中断请求发中断请求信号。信号。当当CPU响应此请求并给出中断应答之后，响应此请求并给出中断应答之后，8259A还要把一个中断方还要把一个中断方式码通过数据总线交给式码通过数据总线交给CPU，供，供CPU识别是谁发出的中断请求。识别是谁发出的中断请求。8259A引脚图 每个每个8259A有有8个中断请求个中断请求输入端，因此单个输入端，因此单个8259A可以处理可以处理8级中断。在不增加任何硬件线路的情况下，通过级连级中断。在不增加任何硬件线路的情况下，

27、通过级连8259A最多可最多可以管理以管理64级中断。级中断。8259AINTA INT IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7SP/EN 到到8086INTA CAS0 CAS1INT CAS2 IR0 IR1 IR2 IR3 IR4 IR5 IR6 IR7SPEN 到到8086 IR0INTA IR1 IR2INT IR3 IR4CAS0 IR5CAS1 IR6CAS2 IR7 SP/EN IR0INTA IR1 IR2INT IR3 IR4CAS0 IR5CAS1 IR6CAS2 IR7 SP/EN8259A：中中断断请请求求输输入入（最最多多64条条）8259A

28、8259ACPU对可屏蔽中断的响应。对可屏蔽中断的响应。当外设通过当外设通过8259A向向CPU提出申请，且提出申请，且CPU的的IF=1时，时，CPU就就挂起正在处理的任务，进行中断响应和处理。整个过程如下：挂起正在处理的任务，进行中断响应和处理。整个过程如下：响应中断；响应中断；读取读取8259A送来的方式码；送来的方式码；将标志寄存器将标志寄存器F的内容压栈；的内容压栈；清除中断允许标志位清除中断允许标志位IF和陷阱标志位和陷阱标志位TF；将代码段寄存器将代码段寄存器CS和指令指针和指令指针IP的内容压栈；的内容压栈；根据方式码找到服务程序入口，且调用服务程序；根据方式码找到服务程序入口

29、，且调用服务程序；执行用户中断服务程序；执行用户中断服务程序；将保存在栈中的将保存在栈中的IP和和CS的内容从栈中弹回到的内容从栈中弹回到IP和和CS；将保存在栈中的标志寄存器将保存在栈中的标志寄存器F的内容从栈中弹回到标志寄存器的内容从栈中弹回到标志寄存器F；从中断返回。从中断返回。以上过程的以上过程的由硬件自动完成，由硬件自动完成，执行执行IRET指令实现。指令实现。CPU对对 非屏蔽中断非屏蔽中断 的的 响应响应 这类中断不能被屏蔽这类中断不能被屏蔽，即使在关中断的情况下（，即使在关中断的情况下（IF=0），在执），在执行完当前指令后，行完当前指令后，CPU也会立即响应。非屏蔽中断的方式

30、码规定为也会立即响应。非屏蔽中断的方式码规定为2。响应非屏蔽中断的过程如下：。响应非屏蔽中断的过程如下：将标志寄存器将标志寄存器F的内容压栈；的内容压栈；清除中断允许标志位清除中断允许标志位IF和陷阱标志位和陷阱标志位TF；将代码段寄存器将代码段寄存器CS和指令指针和指令指针IP的内容压栈；的内容压栈；根据方式码（根据方式码（=2）找到服务程序入口，且调用服务程序；）找到服务程序入口，且调用服务程序；执行非屏蔽中断服务程序；执行非屏蔽中断服务程序；将保存在栈中的将保存在栈中的IP和和CS的内容从栈中弹回到的内容从栈中弹回到IP和和CS；将保存在栈中的标志寄存器将保存在栈中的标志寄存器F的内容从

31、栈中弹回到标志寄存器的内容从栈中弹回到标志寄存器F；从中断返回。从中断返回。以上过程的以上过程的由硬件自动完成，由硬件自动完成，执行执行IRET指令实现。指令实现。8259A逻辑结构逻辑结构数据总线数据总线缓冲器缓冲器读读/写写控制电路控制电路级连缓冲器级连缓冲器/比较器比较器D0D7CSRDWRA0CAS0CAS1CAS2SP/EN控制电路控制电路INTAINT中断屏蔽寄存器中断屏蔽寄存器(IMR)优先权优先权分析器分析器服务服务寄存器寄存器(ISR)中断中断请求请求寄存器寄存器(IRR):IR0IR7（1）中断请求寄存器（中断请求寄存器（IRR）和服务寄存器（）和服务寄存器（ISR）IRR

32、：用于存放所有正在请求服务的中断级：用于存放所有正在请求服务的中断级 ISR：用于存放所有正在被服务的中断级。在中断服务的过程：用于存放所有正在被服务的中断级。在中断服务的过程中，在中，在EOI（中断结束）命令使（中断结束）命令使ISR复位之前，复位之前，8259A不再接受优先不再接受优先级低的中断请求级低的中断请求（2）优先级分析器优先级分析器：该逻辑部件确定：该逻辑部件确定IRR中所存的正在请求服务的中所存的正在请求服务的各中断级中的最高优先级，将最高优先级的中断源选出来，送给各中断级中的最高优先级，将最高优先级的中断源选出来，送给ISR。优先级通常是。优先级通常是IR0IR1IR7，可以

33、通过软件改变，可以通过软件改变（3）中断屏蔽寄存器（中断屏蔽寄存器（IMR）：存放一个屏蔽字，该字：存放一个屏蔽字，该字“1”所对所对应的中断请求被封锁掉，即使中断请求出现，应的中断请求被封锁掉，即使中断请求出现，8259A也不再理会，也不再理会，内容可由程序修改内容可由程序修改 （4）中断输出信号（中断输出信号（INT）：该引脚直接接至：该引脚直接接至CPU的中断输入端。这是的中断输入端。这是8259A输出给输出给CPU的总的总的的中断请求信号中断请求信号（5）中断响应信号（中断响应信号（INTA）：CPU接受了接受了8259A的中断请求之后，输出给的中断请求之后，输出给8259A一个一个I

34、NTA脉冲通脉冲通知知8259A，并让，并让8259A把一个中断向量码放到把一个中断向量码放到数数据总线上据总线上（6）级连缓冲器级连缓冲器/比较器比较器：当多个：当多个8259A组合用于组合用于扩充系统的中断级数目时，该部件存储并比较系扩充系统的中断级数目时，该部件存储并比较系统中所使用的从中断控制器的识别码统中所使用的从中断控制器的识别码 3.2.2 8259A工作原理介绍（工作过程）工作原理介绍（工作过程）（1）中断源在中断请求输入端）中断源在中断请求输入端IR0IR7上产生中断请求。上产生中断请求。（2）中断请求被锁存在中断请求被锁存在IRR中中，通过通过IMR的过滤的过滤，结果送给优

35、先级，结果送给优先级分析器。分析器。（3）优先级分析器检出优先级最高的中断请求位优先级分析器检出优先级最高的中断请求位，设置设置ISR中的对中的对应位。应位。（4）控制电路接受中断请求，）控制电路接受中断请求，向向CPU输出输出INT信号信号。（5）CPU接受接受INT信号，接受信号，接受8259A的中断请求后，的中断请求后，给给8259A一个一个INTA信号，要求得到中断的方式码信号，要求得到中断的方式码。（6）8259A通过数据总线把方式码传送给通过数据总线把方式码传送给CUP。（8）CPU读取该中断向量码，转移到相应的中断处理程序。读取该中断向量码，转移到相应的中断处理程序。（9）中断结

36、束是通过向）中断结束是通过向8259A送一条送一条EOI命令，使命令，使ISR复位来实现复位来实现的。的。u3.2.3 8259A编程控制方式编程控制方式 8259A是可编程的中断控制器，可根据需要通过软件来设置它是可编程的中断控制器，可根据需要通过软件来设置它的工作的工作方式。方式。8259A的程序设计是通过使用两种命令字来实现的，这两种命的程序设计是通过使用两种命令字来实现的，这两种命令字由令字由4个初始化命令字个初始化命令字（ICW1ICW4）和）和3个操作命令字个操作命令字（OCW1OCW3）组成。组成。由于由于8259A只有只有两个地址两个地址（奇地址（奇地址A0=1和偶地址和偶地址

37、A0=0），但却），但却有多个命令字，因此各命令字的设置要求按一定的顺序。有多个命令字，因此各命令字的设置要求按一定的顺序。8259A的初始化ICW1ICW2ICW4ICW3SNGL=1？NYA0=0A0=1A0=1A0=1 1.初始化命令字初始化命令字ICW ICW是初始设置时使用是初始设置时使用的的命令。命令。它它包括包括ICW1ICW4四种四种命令，用于设置命令，用于设置8259A的的工作方式、中断向量的高工作方式、中断向量的高5位位等。等。初始化初始化命令字的设置过程命令字的设置过程必须按一定的顺序完成。必须按一定的顺序完成。1 LTIM SNGL 1ICW1 D7 D6 D5 D4

38、D3 D2 D1 D0LTIM：中断：中断检测位：检测位：1=电平检测（高电平）电平检测（高电平）0=边缘检测（上升沿）边缘检测（上升沿）SNGL：1=单独使用，单独使用，0=级连使用级连使用 D4位为位为ICW1的特征位，必须为的特征位，必须为1。无论。无论8259A处于什么状态，处于什么状态，只要向只要向8259A的偶地址写入一个第四位为的偶地址写入一个第四位为1的命令字，的命令字，8259A就认为就认为是是ICW1，从而进入到初始化操作，并将其后写入到奇地址的，从而进入到初始化操作，并将其后写入到奇地址的13字字节的命令字作为节的命令字作为ICW2ICW4。T7 T6 T5 T4 T3

39、ICW2 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 其其高五位状态高五位状态T7T3即是中断向量码的高五位即是中断向量码的高五位，低三位状态可低三位状态可为任意值，不使用。为任意值，不使用。一旦一旦ICW2设定后，设定后，8259A的的8个输入端所管理的中断源的中断个输入端所管理的中断源的中断方式码即可确定下来。方式码即可确定下来。某一某一IR端的中断方式码的确定方法如下端的中断方式码的确定方法如下：中：中断方式码的高断方式码的高5位即是位即是ICW2的高的高5位，而低位，而低3位则是该位则是该IR端的二进制端的二进制编码值。例：初始化编码值。例：初始化8259A时，设定的时，设定的IC

40、W2=15H，则，则IR3端的中断端的中断方式码则为方式码则为13H。ICW2：15H 0 0 0 1 0 1 0 1IR3端的中断方式码：端的中断方式码：13H 0 0 0 1 0 0 1 1 ICW2的高的高5位位 3的二进制编码的二进制编码由一片由一片8259A引入的引入的8级中断请求的类型码肯定连续级中断请求的类型码肯定连续中断类型码由对中断类型码由对8259A初始化时写入的相应控制字初始化时写入的相应控制字ICW2来确定。来确定。ICW2只确定中断类型码的高只确定中断类型码的高5位，中断类型码低位，中断类型码低3位为相应的位为相应的IR引脚的二进制编码引脚的二进制编码lICW2 S7

41、 S6 S5 S4 S3 S2/ID2 S1/ID1 S0/ID0ICW3 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 若若8259A单独使用，则不需设置该命令字，只有在单独使用，则不需设置该命令字，只有在8259A级连级连使用时，才需要该命令字。使用时，才需要该命令字。若若8259A作主控制器使用作主控制器使用：则：则S7S0的某一位为的某一位为1，表示该，表示该8259A的相应的的相应的IR端连接有一个从属端连接有一个从属8259A，若，若S7S0的某一位状态的某一位状态为为0，则表示对应的，则表示对应的IR端未连从属端未连从属8259A；若若8259A是是作从属控制器使用作从属控制器

42、使用：则：则ICW3的高的高5位为位为0，而低，而低3位位则是该从属则是该从属8259A的识别地址，即它连接到主的识别地址，即它连接到主8259A的的IR端的二进端的二进制编码值。制编码值。例：假设系统中使用了两片例：假设系统中使用了两片8259A管理管理15级中断，从属控制器级中断，从属控制器连接在主控制器的连接在主控制器的IR4端，则主控制器的端，则主控制器的ICW3应设置为应设置为10H，而从，而从属属8259A的的ICW3应设置为应设置为04H。0 0 0 SFNM BUF M/S AEOI 1 ICW4 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0SFNM：1=特殊完全嵌套方式特殊

43、完全嵌套方式，0=完全嵌套方式。完全嵌套方式。BUF：1=缓冲方式，缓冲方式，0=非缓冲方式。非缓冲方式。M/S：若：若BUF=0，则该位可忽略。若系统中只有一个，则该位可忽略。若系统中只有一个8259A，则该，则该 位为位为1；否则，该位为；否则，该位为1表示主控制器，为表示主控制器，为0表示从属控制器。表示从属控制器。AEOI：1=自动自动EOI方式，方式，0=EOI方式方式。自动自动EOI方式方式：在：在CPU响应中断后，自动把响应中断后，自动把ISR中为中为1的位清的位清0，即清除中断标志即清除中断标志 EOI方式方式：在中断返回之前需要给：在中断返回之前需要给8259A发送发送特殊中

44、断结束特殊中断结束命令字，清除中断标志命令字，清除中断标志举例：举例：（1）在）在IBM PC、IBM PC/XT系统中，使用一片系统中，使用一片8259A管理中断，管理中断，系统分配给系统分配给8259A的地址是的地址是20H和和21H。在系统初启时，已经对。在系统初启时，已经对8259A进行了初始化，程序段如下：进行了初始化，程序段如下：MOV AL，13H ;ICW1 8259A单独使用，边缘检测，不需要单独使用，边缘检测，不需要ICW3OUT20H，ALMOV AL，08H;ICW2 IR0IR7八个输入端的八个输入端的中断码中断码分别为分别为08H0FHOUT21H，ALMOV AL

45、，09H；ICW4 使用使用缓冲方式和缓冲方式和EOI方式方式OUT21H，AL（2）在）在IBM PC/AT系统中，使用两片系统中，使用两片8259A管理中断，从属管理中断，从属8259A连接在主连接在主8259A的的IR2端，系统分配给主端，系统分配给主8259A的地址是的地址是20H和和21H，分配给从，分配给从8259A的地址是的地址是0A0H和和0A1H。在系统初启时，已经对。在系统初启时，已经对两片两片8259A进行了初始化，程序段如下：进行了初始化，程序段如下：；初始化主；初始化主8259AMOV AL，11H；8259A级连使用，边缘检测，需要级连使用，边缘检测，需要ICW3O

46、UT20H，ALMOV AL，08H；IR0IR7八个输入端的中断方式码分别为八个输入端的中断方式码分别为08H0FHOUT21H，ALMOV AL，04H；在；在IR2端接有一从属端接有一从属8259AOUT21H，ALMOV AL，11H；使用特殊完全嵌套方式、非缓冲方式和；使用特殊完全嵌套方式、非缓冲方式和EOI方式方式OUT21H，AL；初始化从；初始化从8259AMOV AL，11H；8259A级连使用，边缘检测，需要级连使用，边缘检测，需要ICW3OUT0A0H，ALMOV AL，70H；IR0IR7八个输入端的中断方式码分别为八个输入端的中断方式码分别为70H77HOUT0A1H

47、，ALMOV AL，02H；从属；从属8259A连接在主连接在主8259A的的IR2端端OUT0A1H，ALMOV AL，01H；使用非缓冲方式和；使用非缓冲方式和EOI方式方式OUT0A1H，AL 2.操作命令字操作命令字OCW OCW是在操作过程中给出的命令字，初始设定结束后的命令是在操作过程中给出的命令字，初始设定结束后的命令都可以看作是都可以看作是OCW命令。命令。M7 M6 M5 M4 M3 M2 M1 M0OCW1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 （1）OCW1：中断屏蔽命令字（写入：中断屏蔽命令字（写入奇地址，奇地址，用于设置用于设置IMR）中断屏蔽命令字是中断屏

48、蔽寄存器置位、复位的命令中断屏蔽命令字是中断屏蔽寄存器置位、复位的命令。如果某。如果某条中断请求输入线对应的屏蔽位为条中断请求输入线对应的屏蔽位为1，该条线上的中断请求就被屏，该条线上的中断请求就被屏蔽了。通过蔽了。通过8259A的奇地址输出给的奇地址输出给8259A的一个字节就是的一个字节就是OCW1。例如：例如：MOV AL，13HOUT21H，AL执行这两条指令就把执行这两条指令就把IR0、IR1和和IR4上的中断请求封锁了。上的中断请求封锁了。通过通过8259A的偶地址输出给的偶地址输出给8259A的命令被解释为的命令被解释为ICW1、OCW2或或OCW3。这三个命令是靠命令字的第。这

49、三个命令是靠命令字的第3、4位区分的。位区分的。D4、D3=00是是OCW2，D4、D3=01是是OCW3，D4=1是是ICW1。R SL EOI 0 0 L2 L1 L0OCW2 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0（2）OCW2：中断结束命令（：中断结束命令（EOI命令）（写入偶命令）（写入偶地址）（复位地址）（复位ISR）EOI命令用于指定复位的命令用于指定复位的ISR位及改变中断优先级。位及改变中断优先级。RSL意意义义00不指定，正常优先级方式（不指定，正常优先级方式（IR0IR1IR2IR7)01复位由复位由L2L0指定的指定的ISR位位10优先级循环优先级循环左移一级（

50、略）左移一级（略）11循环优先级方式，循环优先级方式，L2L0指定的指定的中断优先级最低（略）中断优先级最低（略）表表8.2OCW2中中R和和SL位的意义位的意义 当当EOI命令给出时，第命令给出时，第7位位R和第和第6位位SL的四种组合的意义如表的四种组合的意义如表8.2。MOV AL，01100011B OUT 20H，AL MOV AL，11100011B OUT 20H，AL MOV AL，10100000B OUT 20H，AL复位复位ISR的第的第3位位使得使得IR4的优先级最高，的优先级最高，IR5次之，次之，IR3的优先级最低的优先级最低使得中断优先级在原有的基础上循环左移一使