第微機原理及接口技術(shù) 7章 輸入輸出接口

第7章輸入輸出接口7.1輸入輸出概述

7.1.1I/O端口編址方式

7.1.2CPU和I/O設(shè)備間的接口信息7.2輸入輸出的控制方式

7.2.1程序傳送方式

7.2.2中斷傳送方式

7.2.3直接存儲器存取方式本章小結(jié)第七章

輸入輸出接口基本內(nèi)容:I/O接口概念；I/O接口應(yīng)用背景；CPU與I/O設(shè)備間的信號種類；I/O端口的編址方式；I/O三種傳輸方式:程序查詢方式,程序中斷方式,DMA方式基本要求:

理解I/O接口的作用和一般結(jié)構(gòu)；掌握I/O的編址方式和I/O傳輸方式的三種方式；重點內(nèi)容:I/O接口信號種類；I/O編址方式；三種傳輸方式；難點內(nèi)容:

三種傳輸方式第七章

輸入輸出接口什么是I/O接口（電路）？I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路，接口就是CPU與外設(shè)的連接部件。PC機系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總線槽的電路板（適配器）都是接口電路CPU接口電路

I/O設(shè)備接口在CPU與外設(shè)之間7.1輸入輸出接口概述7.1輸入輸出接口概述為什么要接口電路?

外部設(shè)備種類繁多，從工作原理來講，可分為機械式、電動式、電子式和其它形式等幾類。它們對所傳輸?shù)男畔⒌囊笠哺鞑幌嗤?，這就給計算機和外設(shè)之間的信息交換帶來以下一些問題：(1)速度不匹配：CPU的速度很高，而外設(shè)的速度要低得多，而且不同的外設(shè)速度差異甚大，它們之中既有每秒鐘能傳送兆位數(shù)量級的硬磁盤，也有每秒鐘只能打印百位字符的串行打印機或速度更慢的鍵盤。7.1輸入輸出接口概述為什么要接口電路?(2)信號電平不匹配：CPU所使用的信號都是TTL電平，而外設(shè)大多是復(fù)雜的機電設(shè)備，往往不能用TTL電平所驅(qū)動，必須有自己的電源系統(tǒng)和信號電平。(3)信號格式不匹配：CPU系統(tǒng)總線上傳送的通常是8位、16位或32位的并行數(shù)據(jù)，而各種外設(shè)使用的信息格式各不相同。有些設(shè)備上用的是模擬量，而有些是數(shù)字量或開關(guān)量；有些設(shè)備上的信息是電流量，而有些卻是電壓量，有些設(shè)備采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，而有些則用并行方式。(4)時序不匹配：各種外設(shè)都有自己的定時和控制邏輯，與計算機的CPU時序不一致。接口的功能有：(1)鎖存功能(2)緩沖隔離功能(3)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能(串/并轉(zhuǎn)換)；(4)聯(lián)絡(luò)功能(協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息)；(5)尋址功能；7.1輸入輸出接口概述輸入/輸出接口及其功能數(shù)據(jù)信息：外設(shè)的數(shù)據(jù)：數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量。狀態(tài)信息：I/O設(shè)備的狀態(tài)控制信息：CPU的控制信息CPU和外設(shè)之間交換的三種信息7.1輸入輸出接口概述I/O接口的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)端口:存放CPU與外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)信息。狀態(tài)端口:反映當(dāng)前外設(shè)所處的工作狀態(tài)?？刂贫丝?CPU通過接口向外設(shè)傳送控制信息?？刂瓶偩€CB地址總線ABI/O接口電路數(shù)據(jù)控制狀態(tài)數(shù)據(jù)總線DBCPU外設(shè)控制端口狀態(tài)端口數(shù)據(jù)端口7.1輸入輸出接口概述概念I(lǐng)/O端口:是接口電路中CPU能訪問的寄存器的地址.I/O操作:CPU對I/O接口電路(與設(shè)備相關(guān))的操作.不是訪問I/O設(shè)備.端口編址方式——兩種方式將存儲器與外設(shè)端口統(tǒng)一編址外設(shè)端口單獨編址I/O端口及尋址方式7.1輸入輸出接口概述I/O端口單獨編址內(nèi)存空間I/O空間FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口獨立編址7.1輸入輸出接口概述7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

程序控制方式硬件傳送方式無條件傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式DMA直接存儲器存取方式一、

無條件傳送方式由程序控制CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。傳送過程：外設(shè)已準(zhǔn)備好，不查詢外設(shè)的狀態(tài)輸入時，外設(shè)的數(shù)據(jù)已送到三態(tài)緩沖器。輸出時，CPU的輸出信息已送到輸出鎖存器的輸入端。用途：用于簡單外設(shè)開關(guān)LED顯示器7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

選中地址數(shù)據(jù)寫信號讀信號輸出端口無條件傳送輸入端口一、

無條件傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

查詢式數(shù)據(jù)傳送過程3個環(huán)節(jié)：查詢狀態(tài)環(huán)節(jié)CPU尋址狀態(tài)口，讀取狀態(tài)字檢測是否滿足“就緒”條件如果不滿足，回到第一步讀取狀態(tài)字；數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài)，尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)特點：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN流程二、

查詢傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

1）查詢式輸入7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式例：設(shè)有某輸入接口，狀態(tài)口地址83H,數(shù)據(jù)口地址80H,當(dāng)狀態(tài)口的D7為1時,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。試編寫查尋式輸入一個數(shù)據(jù)的程序；POLL：INAL，83HTESTAL，80H；檢查狀態(tài)位D7JZPOLL；D7=0,沒就緒，繼續(xù)查詢

INAL，80H；D7=1,就緒，從數(shù)據(jù)端口；讀入數(shù)據(jù)D7D6D0READY7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式2）查詢式輸出：CPU查詢外設(shè)狀態(tài)是否忙,不忙,執(zhí)行輸出;否則等待。7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

例：設(shè)有某輸出接口，狀態(tài)口地址63H,數(shù)據(jù)口地址60H,當(dāng)狀態(tài)口的D0為1時,輸出忙BUSY，D0為0時，可以輸出數(shù)據(jù)。試編寫查尋式輸出DAT單元一個數(shù)據(jù)的程序。查詢部分的程序：POLL：INAL，63H；讀入狀態(tài)

TESTAL，01H；檢查忙標(biāo)志D0JNZPOLL；D0=1,未就緒，繼續(xù)查詢

MOVAL，DAT；D0=0,就緒,數(shù)據(jù)送ALOUT60H，AL；將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)端口

D7D6

D0BUSY7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式例：設(shè)有某輸入接口，狀態(tài)口地址83H,數(shù)據(jù)口地址80H,當(dāng)狀態(tài)口的D7為1時,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。試用查尋式方式，輸入10個數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存在BUF開始的單元中的程序，編寫主要程序段。

BUFDB10DUP(?)MOVSI,0MOVCX,10POLL:INAL,83HTESTAL,80;檢查狀態(tài)位READYJZPOLLINAL,80HMOVBUF[SI],AL;存數(shù)據(jù)

INCSILOOPPOLL…...7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

當(dāng)系統(tǒng)中有多個外設(shè)時查詢方式如何工作？7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式查詢傳送方式優(yōu)點：接口電路和程序設(shè)計都較為簡單，容易實現(xiàn)。缺點：CPU外設(shè)不能并行工作，CPU的效率低，外設(shè)得不到及時響應(yīng)。適用場合：這種傳送方式適用于一般工作速度較慢的外設(shè)，特別是外設(shè)數(shù)量不多，實時性要求不高的場合。7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式原理在每次外設(shè)準(zhǔn)備好或空閑時，主動向CPU發(fā)出中斷請求，以示要傳送數(shù)據(jù)，CPU響應(yīng)該請求后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，實現(xiàn)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送。三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

斷點主程序中斷服務(wù)程序中斷請求對外設(shè)進行處理繼續(xù)執(zhí)行返回斷點中斷過程大致分為：中斷請求：由需要提供中斷服務(wù)的設(shè)備提出；中斷響應(yīng)：CPU給設(shè)備發(fā)出一個中斷應(yīng)答信號；現(xiàn)場保護：保護執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的各種信息；執(zhí)行中斷服務(wù)程序：完成特定的操作；恢復(fù)現(xiàn)場：中斷返回：返回到主程序三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

優(yōu)點：系統(tǒng)的工作效率高，CPU、I/O設(shè)備可以并行工作，外設(shè)可以主動向CPU請求，能夠得到CPU的及時響應(yīng)。缺點：每次傳送數(shù)據(jù)，CPU都要做許多額外的工作，傳送速度仍然不是很快。適用場合：這種方式適用于一般工作速度不是很快的外設(shè)，特別是實時控制、檢測場合。三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

四、直接存儲器存取方式（DMA）

(DirectMemoryAccess)7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

希望克服程序控制傳送的不足CPU外設(shè)存儲器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用專用接口直接數(shù)據(jù)傳送7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

DMA的功能有哪些？①能接受外設(shè)的請求，并能向CPU發(fā)DMA請求信號；②CPU接到DMA請求信號，如果允許，CPU發(fā)DMA響應(yīng)信號，DMA控制器接管總線，進入DMA方式；③能尋址存儲器，并修改地址；④能向外設(shè)發(fā)讀/寫信號；⑤能控制傳誦的字節(jié)數(shù)，判斷DMA是否結(jié)束；⑥D(zhuǎn)MA結(jié)束時，能向CPU發(fā)出結(jié)束信號，將總線控制權(quán)交還CPU；7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

HLDA發(fā)存儲器地址傳送數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？DMA結(jié)束修改地址指針圖7.17DMA流程圖7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

幾種數(shù)據(jù)傳送方式特點？無條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步查詢傳送：