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1、第八章第八章 输入输出程序设计输入输出程序设计22023-3-30本章内容提要本章内容提要 I/OI/O设备的数据传送方式设备的数据传送方式程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式中断传送方式中断传送方式32023-3-308.1 I/O8.1 I/O设备的数据传动方式设备的数据传动方式 CPUCPU与外设与外设直接存储器存取（直接存储器存取（DMADMA）方式）方式42023-3-308.1.1 CPU8.1.1 CPU与外设与外设 与与CPUCPU进行数据交换的，除了存储器外，还有输入输出设备进行数据交换的，除了存储器外，还有输入输出设备（统称为外设）。（统称为外设）。 输入输入INI
2、N和输出和输出OUTOUT指令，可以从外设读取数据和向外设提供指令，可以从外设读取数据和向外设提供数据。数据。 由于外设种类繁多，其工作原理、数据格式、操作时序等各由于外设种类繁多，其工作原理、数据格式、操作时序等各异，所以在处理器与外设之间还有一个协调两者数据传送的逻辑异，所以在处理器与外设之间还有一个协调两者数据传送的逻辑电路，称为电路，称为输入输出（输入输出（I/OI/O）接口电路）接口电路。 处理器并不直接操纵外设，而是通过处理器并不直接操纵外设，而是通过I/OI/O接口来控制外设。接口来控制外设。52023-3-30I/OI/O接口电路中的寄存器接口电路中的寄存器I/OI/O接口电路
3、呈现给程序员的，是各种可编程寄存器。接口电路呈现给程序员的，是各种可编程寄存器。这些寄存器可以分成三类：这些寄存器可以分成三类：数据寄存器数据寄存器它保存和处理与外设间交换的数据；它保存和处理与外设间交换的数据；控制寄存器控制寄存器处理器通过它对外设进行控制，也称处理器通过它对外设进行控制，也称命令寄存器；命令寄存器；状态寄存器状态寄存器外设的当前工作状态通过它向处理器外设的当前工作状态通过它向处理器提供。提供。 在涉及外设操作的输入输出程序中，各种寄存器以在涉及外设操作的输入输出程序中，各种寄存器以I/OI/O地址（端地址（端口）体现；对应三类寄存器分别称为：口）体现；对应三类寄存器分别称为
4、：数据端口、控制端口、状态数据端口、控制端口、状态端口。端口。62023-3-30CPUCPU与外设数据传送方式与外设数据传送方式程序直接控制传送方式程序直接控制传送方式程序查询程序查询I/OI/O方式方式中断传送方式中断传送方式直接存储器存取（直接存储器存取（DMADMA）方式）方式72023-3-308.1.2 8.1.2 直接存储器存取（直接存储器存取（DMADMA）方式）方式主要由硬件主要由硬件DMADMA控制器实现其传送功能。控制器实现其传送功能。DMADMA（direct memory accessdirect memory access）方式，也称为成组数据传送方式。）方式，也称
5、为成组数据传送方式。主要用于一些高速的主要用于一些高速的I/OI/O设备。如磁带、磁盘、设备。如磁带、磁盘、A/DA/D等设备。等设备。 传送数据时，每个字节一到达端口，就直接从接口送到存储器；传送数据时，每个字节一到达端口，就直接从接口送到存储器；同样，接口和它的同样，接口和它的DMADMA控制器也能直接从存储器取出字节并把它送到控制器也能直接从存储器取出字节并把它送到I/OI/O设备去。设备去。82023-3-30DMADMA工作原理工作原理DMADMA控制器（控制器（intel 8237Aintel 8237A）一般包括四个寄存器：）一般包括四个寄存器：控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态
6、寄存器地址寄存器地址寄存器字节计数器字节计数器在信息传送前，应初始化这些寄存器。在信息传送前，应初始化这些寄存器。地址寄存器地址寄存器要传送的数据块首地址；要传送的数据块首地址；字节寄存器字节寄存器要传送的数据长度（字节数）；要传送的数据长度（字节数）；状态寄存器状态寄存器控制字，指出数据是输入还是输出，并启动控制字，指出数据是输入还是输出，并启动DMADMA操作。操作。每个字节传送后，地址寄存器加每个字节传送后，地址寄存器加1 1，字节计数器减，字节计数器减1 1。92023-3-30DMADMA传送步骤传送步骤由系统完成以下步骤：由系统完成以下步骤：DMADMA控制器向控制器向CPUCPU
7、发出发出HOLDHOLD信号，请求使用总线。信号，请求使用总线。CPUCPU发出响应信号发出响应信号HOLDHOLD给给DMADMA控制器，并将总线让出，这时控制器，并将总线让出，这时CPUCPU放弃放弃了对总线的控制，而了对总线的控制，而DMADMA控制器获得了总线控制权。控制器获得了总线控制权。传输数据的存储器地址（在地址寄存器中）通过总线发出。传输数据的存储器地址（在地址寄存器中）通过总线发出。传输的字节数通过数据总线进行传送。传输的字节数通过数据总线进行传送。地址寄存器加地址寄存器加1 1，以指向下一个要传送的字节。，以指向下一个要传送的字节。字节计数器减字节计数器减1 1。如字节计数
8、器非如字节计数器非0 0，转向第，转向第3 3步。步。否则，否则，DMADMA控制器撤销总线请求信号控制器撤销总线请求信号HOLDHOLD，传送结束，传送结束102023-3-308.2 8.2 程序直接控制程序直接控制I/OI/O方式方式 I/O端口端口I/O指令指令I/O程序举例程序举例112023-3-308.2.1 I/O8.2.1 I/O端口端口 80 x86 80 x86中，中，I/OI/O端口独立编址，允许设置端口独立编址，允许设置64K64K（6553565535）个）个8 8位端口，位端口，或或32K32K（3276832768）个）个1616位端口。位端口。CPUCPU和内
9、存通过和内存通过I/OI/O端口与外设进行通信。端口与外设进行通信。表表8.18.1列出了部分端口地址（十六进制）。列出了部分端口地址（十六进制）。122023-3-308.2.2 I/O8.2.2 I/O指令指令 IN/OUT IN/OUT指令，即可传送字节又可传送字，使用的寄存器必须是指令，即可传送字节又可传送字，使用的寄存器必须是ALAL或或AXAX。 直接寻址：寻址直接寻址：寻址0 0255255号端口。号端口。间接寻址：所有端口，使用间接寻址：所有端口，使用DXDX寄存器。寄存器。ININAX , 28HAX , 28HMOVMOVDATA_WORD , AXDATA_WORD ,
10、AXININAL , 27HAL , 27HTESTTESTAL , 00000100HAL , 00000100HJNZJNZERRORERRORMOVMOVDX , 126HDX , 126HININAL , DXAL , DX; ;端口端口126H126HORORAL , 80HAL , 80H; ;第第7 7位控制成组数据传送位控制成组数据传送OUTOUTDX , ALDX , AL132023-3-308.2.3 I/O8.2.3 I/O程序举例程序举例例例8.1 8.1 发声子程序发声子程序SOUNDSOUND例例8.28.2查询方式查询方式打印字符程序打印字符程序PRT_CHAR
11、PRT_CHAR例例8.38.3查询方式查询方式控制数据输入控制数据输入142023-3-308.3 8.3 中断传送方式中断传送方式 8086的中断分类的中断分类中断向量表中断向量表中断过程中断过程中断优先级和中断嵌套中断优先级和中断嵌套中断处理过程中断处理过程152023-3-30中断的相关概念中断的相关概念 中断是中断是CPUCPU和外设进行数据传送的有效办法。它可以避免因反和外设进行数据传送的有效办法。它可以避免因反复查询外设状态而浪费的时间，从而提高复查询外设状态而浪费的时间，从而提高CPUCPU的效率。的效率。 中断是一种使中断是一种使CPUCPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事
12、件的中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作。操作。中断源中断源引起中断的事件。引起中断的事件。 外部中断（硬件中断）外部中断（硬件中断）由外设控制器或协处理器引起的中断。由外设控制器或协处理器引起的中断。 内部中断（软件中断）内部中断（软件中断）由程序中安排的中断指令由程序中安排的中断指令INTINT产生的产生的中断，或由中断，或由CPUCPU的某些错误结果产生的中断。的某些错误结果产生的中断。8080/80888080/8088的中断源的中断源如图如图8.38.3所示所示。162023-3-308.3.1 80868.3.1 8086的中断分类的中断分类 软件中断软件中断硬件中断硬件中断
13、172023-3-301. 1. 软件中断软件中断 软件中断又称内中断。软件中断又称内中断。它通常由三种情况引起：它通常由三种情况引起：由中断指令由中断指令INTINT引起引起；由于由于CPUCPU的某些错误引起的某些错误引起；为调试程序（为调试程序（DEBUGDEBUG）设置的中断）设置的中断。182023-3-30（1 1）中断指令）中断指令INTINT引起的内中断引起的内中断 CPU CPU执行完一条执行完一条INT nINT n指令后，会立即产生中断，并调用系统中指令后，会立即产生中断，并调用系统中相应的中断处理程序来完成中断功能，相应的中断处理程序来完成中断功能，n n指出中断类型号
14、。指出中断类型号。INTINT指令可以指定指令可以指定0 00FFH0FFH中的任何类型号。中的任何类型号。 除系统占用的类型号之外，用户还可利用为用户保留的类型号除系统占用的类型号之外，用户还可利用为用户保留的类型号扩充新的中断处理功能。扩充新的中断处理功能。 INT n INT n 、INTOINTO、除法错中断都不能被禁止，而且比任何外部中断、除法错中断都不能被禁止，而且比任何外部中断的优先级都高。的优先级都高。192023-3-30（2 2）处理）处理CPUCPU某种错误的中断某种错误的中断除法错中断：除法错中断：INT 0INT 0 在执行除法时，如果除数为在执行除法时，如果除数为0
15、 0或商超过了寄存器所能表达或商超过了寄存器所能表达的范围，则产生一个类型为的范围，则产生一个类型为0 0的中断。的中断。溢出中断：溢出中断：INTOINTO中断类型号为中断类型号为4 4 若溢出标志若溢出标志OF=1OF=1，则产生溢出中断；否则，不产生中断，则产生溢出中断；否则，不产生中断，CPUCPU继续运行原程序。继续运行原程序。 该中断的处理程序，主要是打印出一个错误信息，在处该中断的处理程序，主要是打印出一个错误信息，在处理结束后，不返回原程序继续执行，而是把控制权交给操作理结束后，不返回原程序继续执行，而是把控制权交给操作系统。系统。 如：如：ADDADDAX , VALUEAX
16、 , VALUEINTOINTO; ;测试加法溢出测试加法溢出202023-3-30（3 3）为调试程序（）为调试程序（DEBUGDEBUG）设置的中断）设置的中断 单步中断：为寻找程序中的问题，进行单步工作（一次只执行一单步中断：为寻找程序中的问题，进行单步工作（一次只执行一条指令）。类型号为条指令）。类型号为1 1。 当单步标志位当单步标志位TFTF1 1时，每条指令执行后，时，每条指令执行后，CPUCPU会自动产生单会自动产生单步中断。步中断。 使用单步中断可以逐条指令地跟踪程序的流程，观察使用单步中断可以逐条指令地跟踪程序的流程，观察CPUCPU每每执行一条指令后，各个寄存器及有关存储单元的变化，从而指出执行一条指令后，各个寄存器及有关存储单元的变化，从而指出和确定产生错误的原因。和确定产生错误的原因。 断点中断：将程序分段，为每段设置一个断点。中断类型号为断点中断：将程序分段，为每段设置一个断点。中断类型号为3 3。 当当CPUCPU执行到断点时便产生中断，可以检查各寄存器及有关存执行到断点时便产生中断，可以检查各寄存器及有关存储单元的内容。储单元的内容。 断点可以设置在程序
