微機(jī)原理與接口技術(shù)第七章

第七章輸入輸出技術(shù)輸入輸出設(shè)備是微機(jī)的重要組成部分微機(jī)原理及接口技術(shù)I/O的特點(diǎn)：(1)外部設(shè)備種類繁多。(2)工作速度差別很大。(3)信號類型與電平種類不一。(4)信息結(jié)構(gòu)格式復(fù)雜。微機(jī)原理及接口技術(shù)輸入輸出的尋址方式CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式微機(jī)原理及接口技術(shù)第一節(jié)輸入輸出的尋址方式I/O端口尋址一臺微機(jī)帶多臺外設(shè)，它們通過接口電路與總線相連，某一時刻，CPU要和某一個外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，計算機(jī)要準(zhǔn)確地找到這一外設(shè)，即I/O尋址。有：(1)I/O指令尋址(獨(dú)立的I/O尋址)(2)存儲器映象尋址微機(jī)原理及接口技術(shù)一、I/O指令尋址

輸入輸出地址空間與存儲器地址空間是獨(dú)立分開的。I/O空間存儲器空間說明：

(1)指令中分別設(shè)立了面向存儲器和I/O的指令。

(2)有控制信號M/IO來區(qū)分存儲器讀寫和I/O。

(3)地址信號：存儲器A0～A19I/O直接尋址A0～A7DX間接尋址A0～A15

微機(jī)原理及接口技術(shù)二、存儲器映象尋址把一個外設(shè)端口作為存儲器的一個單元來對待，一個外設(shè)端口占有一個存儲器的地址。在進(jìn)行I/O傳送時，用和存儲器傳送相同的指令就可實現(xiàn)。I/O空間說明：(1)在內(nèi)存中辟出一部分空間作為I/O地址空間

(2)沒有存儲器和I/O的控制信號。

(3)CPU對外設(shè)可使用全部存儲器操作指令。

(4)I/O有較大的編程空間，但占用了部分內(nèi)存單元。

存儲空間微機(jī)原理及接口技術(shù)第二節(jié)CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式一、CPU與I/O設(shè)備之間的接口信息

1.數(shù)據(jù)數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量

2.狀態(tài)信息

用于確保CPU與外設(shè)間可靠交換數(shù)據(jù)的一類信息，通常反映出外設(shè)當(dāng)前的工作狀態(tài)。如：輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，輸出設(shè)備是否空。微機(jī)原理及接口技術(shù)

3.控制信息

用于控制外設(shè)的啟動與停止。說明:(1)狀態(tài)、控制信息可通過數(shù)據(jù)總線在CPU和I/O接口之間傳送，在I/O接口中，它們有各自的寄存器，有各自的端口地址。(2)CPU通過IN讀入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，了解外設(shè)運(yùn)行情況。CPU通過OUT寫入控制寄存器內(nèi)容，控制外設(shè)工作。(3)一個外設(shè)接口往往有幾個端口地址。微機(jī)原理及接口技術(shù)二、無條件傳送方式(同步方式)應(yīng)用場合

已知外部設(shè)備(如開關(guān)，七段顯示器等)已經(jīng)準(zhǔn)備好，而不必查詢它們的狀態(tài)的情況下，可直接用IN和OUT指令同外設(shè)傳送信息。微機(jī)原理及接口技術(shù)(3)由地址線譯碼，與WR，RD，M/IO組合得端口選擇信號(1)輸入接三態(tài)緩沖器與CPUDB相連，只有當(dāng)CPU執(zhí)行INA，(PORT)時選中三態(tài)緩沖器，數(shù)據(jù)送至DB。(4)接口電路與程序都簡單(2)輸出接鎖存器，因為CPU執(zhí)行OUT指令時只需幾μs，而外設(shè)數(shù)據(jù)需保持一段時間。37微機(jī)原理及接口技術(shù)三、查詢傳送方式(條件傳送)(1)從外設(shè)接口讀入狀態(tài)字。(2)檢查就緒位，判斷是否傳送數(shù)據(jù)。(3)如果外設(shè)未就緒，重復(fù)(1)(2)(4)外設(shè)就緒，CPU從外設(shè)讀入數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入外設(shè)，同時清除外設(shè)的就緒狀態(tài)標(biāo)志位。取外設(shè)狀態(tài)傳送數(shù)據(jù)就緒?傳完?開始NNYY結(jié)束微機(jī)原理及接口技術(shù)1.程序查詢輸入(1)輸入接口數(shù)據(jù)信息：鎖存器，三態(tài)緩沖器狀態(tài)信息：觸發(fā)器，三態(tài)緩沖器(2)接口有兩個端口地址：數(shù)據(jù)口(DATA_PORT)狀態(tài)口(STATUS_PORT)(3)輸入設(shè)備一邊發(fā)出數(shù)據(jù)，一邊發(fā)出選通信號(STB)(4)CPU先從狀態(tài)口讀入狀態(tài)信息到D7(5)狀態(tài)信息表明數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)據(jù)。微機(jī)原理及接口技術(shù)例：P159，外設(shè)狀態(tài)端口為2CH，其中D4=1時，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，數(shù)據(jù)端口為2DH，從外設(shè)讀入256個字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer。

mov ax，segbuffer mov ds，ax lea di，buffer mov cx，100hnext: mov dx，2chask: in al，dx test al，00010000B jzask mov dx，2dh in al，dx mov [di]，al in di loopnext

(1)從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息，檢測D4位(2)D4=0繼續(xù)查詢(3)D4=1外設(shè)準(zhǔn)備好，讀入數(shù)據(jù)微機(jī)原理及接口技術(shù)2.程序查詢輸出(1)輸出接口數(shù)據(jù)信息：鎖存器，數(shù)據(jù)端口地址狀態(tài)信息：觸發(fā)器，三態(tài)緩沖器，狀態(tài)端口地址

(2)輸出設(shè)備接收到CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)后，發(fā)出ACK信號，使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置0，即BUSY=0。CPU讀入這狀態(tài)信息(D7)，送下一個數(shù)據(jù)。(3)CPU執(zhí)行OUT指令，WR、M/IO、地址譯碼信號有效，數(shù)據(jù)打入數(shù)據(jù)鎖存器，同時令狀態(tài)觸發(fā)器Q=1，一方面通知輸出設(shè)備數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，另一方面使BUSY=1。微機(jī)原理及接口技術(shù)程序如下：

POLL: INAL，STATUS_PORT TESTAL，10000000B JNEPOLLMOVAL，STOREOUTDATA_PORT，AL微機(jī)原理及接口技術(shù)3.多個外設(shè)的查詢傳送

Y

N

Y

N

Y

N

讀設(shè)備1狀態(tài)就緒？就緒？就緒？設(shè)備1服務(wù)設(shè)備2服務(wù)設(shè)備3服務(wù)讀設(shè)備2狀態(tài)讀設(shè)備3狀態(tài)(1)程序決定查詢順序(2)設(shè)備1沒有就緒，則查詢設(shè)備2(3)查到某設(shè)備就緒，為其服務(wù)微機(jī)原理及接口技術(shù)總結(jié)：(1)查詢傳送，CPU需不斷地查詢外設(shè)接口的狀態(tài)，這樣占用CPU的大量工作時間。(2)外設(shè)越多，查詢的周期越長。微機(jī)原理及接口技術(shù)四、中斷傳送方式

為了提高CPU的工作效率，可采用中斷方式。1.中斷主程序中斷服務(wù)程序中斷請求微機(jī)原理及接口技術(shù)2.中斷傳送的接口電路中斷過程：(2)中斷允許的話(中斷屏蔽Q=1)，門打開，發(fā)出INTR，中斷禁止的話(中斷屏蔽Q=0),門關(guān)閉，不能發(fā)INTR(5)中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，CPU返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。(4)CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序，輸入數(shù)據(jù)。(1)輸入設(shè)備發(fā)數(shù)據(jù)和STB信號，把數(shù)據(jù)打入鎖存器，并使中斷請求觸發(fā)器Q=1。(3)CPU接受此請求，發(fā)中斷響應(yīng)INTA，一方面開啟三態(tài)緩沖器，把接口的中斷矢量經(jīng)DB送CPU，使CPU根據(jù)此中斷矢量轉(zhuǎn)向執(zhí)行此外設(shè)的中斷服務(wù)程序。另一方面將中斷請求觸發(fā)器復(fù)位，清除INTR。微機(jī)原理及接口技術(shù)查詢傳送方式中斷傳送方式微機(jī)原理及接口技術(shù)中斷傳送方式的特點(diǎn)：(1)中斷傳送比程序查詢大大提高了CPU的效率。(2)中斷傳送仍由CPU通過程序來傳送數(shù)據(jù)。38微機(jī)原理及接口技術(shù)1.DMA傳送方式(1)利用專門的DMA電路，讓外設(shè)與內(nèi)存間直接進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送，而不通過CPU，這樣不用涉及保護(hù)現(xiàn)場，而只跟存儲器的工作速度有關(guān)。(2)DMA傳送時CPU交出總線的管理權(quán)，處于保持狀態(tài)，由DMA控制器管理總線。五、直接內(nèi)存存取(DMA)傳送方式微機(jī)原理及接口技術(shù)2.DMA傳送方式通常用來高速傳送大批量的數(shù)據(jù)塊

(1)硬盤和軟盤I/O(2)快速通信通道I/O(3)多處理機(jī)和多程序數(shù)據(jù)塊傳送(4)圖像處理(5)快速數(shù)據(jù)采集(6)DRAM的刷新操作微機(jī)原理及接口技術(shù)3.DMA傳送包括(1)存儲單元傳送：存儲器→存儲器(2)DMA讀傳送：存儲器→I/O設(shè)備(3)

DMA寫傳送：I/O設(shè)備→存儲器微機(jī)原理及接口技術(shù)4.DMA控制器的功能(1)能向CPU發(fā)DMA請求信號HOLD。(2)CPU響應(yīng)總線請求，發(fā)出響應(yīng)信號HLDA，給DMAC后，接管總線控制權(quán)，進(jìn)入DMA方式。(3)發(fā)地址信息，能對存儲器尋址及能修改地址指針。(4)發(fā)讀寫等控制信號。(5)能決定傳送的字節(jié)數(shù)，判斷DMA傳送是否結(jié)束。(6)發(fā)DMA結(jié)束信號，使CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。微機(jī)原理及接口技術(shù)5.DMA過程(2)DMAC向CPU發(fā)HOLD，當(dāng)CPU現(xiàn)行機(jī)器周期結(jié)束后響應(yīng)總線請求，發(fā)HLDA，把總線控制權(quán)讓給DMAC。(1)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，發(fā)一個選通脈沖使DMA請求觸發(fā)器置1，一方面使控制/狀態(tài)端口發(fā)就緒信號，另一方面向DMAC發(fā)DMA請求信號。(3)DMAC接管總線，發(fā)地址和控制信息，控制外設(shè)和內(nèi)存間直接傳送數(shù)據(jù)，然后修改地址指針和計數(shù)器，檢查傳送是否結(jié)束，直至傳送結(jié)束。(4)傳送完，DMAC撤消HOLD，在下一周期使HLDA變低，CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。微機(jī)原理及接口技術(shù)(1)I/O設(shè)備向DMAC發(fā)出DMA請求；(2)DMAC向CPU發(fā)出總線請求；(3)CPU向DMAC發(fā)出總線響應(yīng)信號；(4)DMAC接管對系統(tǒng)總線的控制；(5)DMAC向I/O設(shè)備發(fā)出的DMA應(yīng)答信號；(6)DMAC進(jìn)行一個字節(jié)的傳送；(7)完成設(shè)定的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送，CPU恢復(fù)對系統(tǒng)總線的控制。微機(jī)原理及接口技術(shù)6.DMA控制器(1)DMA控制器在系統(tǒng)中的兩種工作狀態(tài)

主動態(tài)

DMAC獲得總線控制權(quán)之后

DMAC取代CPU而成為系統(tǒng)的主控者通過總線向存儲器或I/O設(shè)備發(fā)出地址、讀/寫信號。微機(jī)原理及接口技術(shù)

被動態(tài)

DMAC獲得總線控制權(quán)之