《输入／输出》PPT课件.ppt

第6章微型计算机接口,本章主要内容接口电路中的信息微型计算机接口及其组成计算机与外设交换数据的方式,接口电路中的信息,接口电路中通常包括3种信息，即：数据信息、状态信息和控制信息1.数据信息CPU与外设交换的基本信息就是数据数据信息一般分为3种类型，即数字量、模拟量、开关量 数字量数字量是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数据和字符,接口电路中的信息,模拟量当微机系统用于过程控制时，大量的现场物理量（如温度、压力、流量等）经过传感器转换为连续变化的电量，经过放大后就是模拟的电压或电流它们必须经过A/D转换，变成数字量才能送入计算机反过来当执行机构需要用模拟量控制时，计算机输出的数字量也必须经过D/A转换,接口电路中的信息,开关量开关量就是一些表示两种状态的量，如：开关的开闭，二极管的截止与导通等,接口电路中的信息,2.状态信息状态信息是反映外设当前工作状态的信息3.控制信息控制信息是CPU通过接口传送给外设的控制信息，它是用来控制外设工作的信息,微型计算机接口及其组成,微机与外界要进行数据传送必须通过外部设备进行；微机的外部设备多种多样；工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大；外部设备不能和CPU直接相连；所以必须使用 I/O接口电路。,什么是I/O接口,I/O接口是位于系统与外设之间、用来协助完成数据传送和控制I/O任务的逻辑电路PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路,I/O接口的主要功能,对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节输入接口有缓冲环节对信号的形式和数据格式进行变换微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量对I/O端口进行寻址把选中的外设与总线相接，并将未选中的设备与总线隔离（高阻态）与CPU和I/O设备进行联络,I/O端口的编址,I/O端口有两种编址方式1.I/O端口与存储器统一编址方式外设端口地址和存储器单元地址共占存储器的访问空间，即一个外设端口占用一个存储单元地址如:R6502,M6800 等采用此种方式（示意图见下页）,I/O端口与存储器统一编址方式示意,I/O端口与存储器共享一个地址空间外设端口作为存储器的一个单元,对外设的操作可使用全部的存储器指令,I/O端口与存储器统一编址方式示意,优点：不需要专门的I/O指令I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活 缺点：I/O口地址占用内存单元号，将减少内存容量程序不易阅读(不易区别访主存或访问外设),I/O端口的编址,2.I/O端口独立编址方式这种编址方式是I/O端口地址和存储器单元分别建立两个地址空间，独立编址。CPU用专门的I/O指令去访问I/O端口如:8086/8088,Z80 等采用此种方式 示意图见下页,I/O地址空间独立于存储地址空间 CPU有专门的I/O操作指令 优点：控制和译码电路相对简单专门的I/O指令使程序清晰易读指令简单、速度快 缺点：增加硬件开销I/O指令没有存储器指令丰富,I/O端口独立编址方式,输入输出指令,在第3章已经介绍。,IBM PC/XT的I/O端口地址,在PC机中，仅用A9A0表示I/O口地址(形成1KB端口)000H1FFH：分配给系统板上的I/O芯片使用200H3FFH：分配给扩展槽的I/O的地址,I/O端口地址译码方法,I/O地址的译码方法与存储器译码的方法基本一样，方法也有多种，这里举一个例子：,4个端口，地址300-303H,这是一种局部译码方法，按照系统分配给某接口的地址区域，对地址总线的某些位进行译码，产生对该接口包含的寄存器（端口）的组选信号，再由低位地址线对组内寄存器（端口）译码寻址，从而确定与CPU通信的外部设备例如IBM PC系统板上的接口地址译码就是采用此种译码寻址方式,CPU与外设信息交换控制方式,本节主要内容无条件传送方式查询方式（条件传送方式）中断控制方式直接存储器存取（DMA）控制方式,1.无条件传送控制方式 在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为他们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送；称为无条件传送，或称为立即传送、同步传送 适用于简单设备，如LED数码管、按键或按钮等 无条件传送的接口和操作均十分简单,1.无条件传送控制方式,这种传送有一个前提，就是：外设必须随时就绪，外部控制过程的各种动作时间是固定的且是已知的情况其输入输出原理如下页图所示,无条件传送控制I/O原理示意,2.条件传送控制方式,条件传送又称为查询传送，它是在传送数据前，CPU需要了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（“就绪”状态），实现数据的输入输出。若外设未准备好，CPU就要等待对多个外设的情况下，CPU将按一定的顺序依次查询每个设备（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽；缺点是传送效率低,就绪（Ready）的意义,在输入场合“就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，等着CPU来读取 该状态也可以用接口中数据缓冲器已“满”来描述,就绪（Ready）的意义,在输出场合“就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CPU输出的数据该状态也可以用接口中数据缓冲器已“空”，或者用外设“闲”或不“忙（BUSY）”来描述,查询传送的两个环节,查询环节寻址状态口读取状态寄存器的标志位若不就绪就继续查询，直至就绪,查询传送的两个环节,传送环节寻址数据口是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输出，通过输出指令从数据端口输出数据,查询输入,输入时的数据和状态信息,程序流程图,查询输入的程序实现,LTEST:IN AL,STATUS_PORT;从状态口读入信息 AND AL,80H;检查ready=1?JZ LTEST;ready不等于1，循环 IN AL,DATA_PORT;ready=1,从数据口读 入数据,查询输入方式，输入数据必须经过三个步骤：CPU从状态口读取状态字 CPU用指令查询状态是否满足条件，不满足再读状态字，否则进入下一步 CPU从数据口读取数据,查询输入方式小结,查询输出（省略）,3.中断控制方式,无条件传送方式，需要已知定时时间，因此可靠性差，但硬件、软件简单 查询传送方式，CPU需要花大量的时间去读状态字，效率低；多个外设操作采用轮询机制，因此实时性差中断控制方式适用于多个外设及实时系统,（1）中断控制方式过程,CPU若采用中断控制方式与外设交换数据，其过程是：CUP启动外设工作后，就去作自己的工作，这时外设和CPU是并行工作的，即外设准备数据，CPU执行程序。当外设准备就绪，向CPU发出中断请求 一旦CPU响应请求，就暂停原程序的执行，而转去执行一段预先安排好的中断服务程序,（1）中断控制方式过程,在中断服务程序中，进行数据传输；此时CPU和外设是串行工作的 服务结束后，CPU又返回原来的断点，继续执行原来的程序,（2）中断传送方式进行数据输入时的基本电路,中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每一个指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚但是每传送一次数据，就要中断一次不适用大数据量传送 有关8086/8088的中断系统,详见第7章,中断控制方式小结,4.直接存储器存取（DMA）控制方式,用于高速的I/O及成组交换数据,希望克服程序控制传送的不足：外设-CPU-存储器外设存储器外设-存储器 CPU释放总线，I/O操作完全由DMA控制器管理,DMA控制的基本原理,DMA控制的基本原理如下图所示。,DMA控制的基本原理,DMA的工作过程如下：外围设备向DMA控制器发出DMA传送请求 DMA控制器向CPU发出的总线请求信号(HOLD)CPU 执行完现行总线周期后，向DMA控制器发出响应信号（HLDA）,DMA控制原理的基本原理,CUP将CB、AB及DB让出，由DMA控制器进行控制 DMA控制器向外围设备发出DMA请求信号的回答信号 进行DMA传送 DMA传送完毕，DMA控制器撤消对CPU的总线请求，总线控制权还给CPU，恢复正常运行,无条件传送：慢速外设需要与CPU保持同步查询传送：简单实用，效率极低中断传送：外设主动，可以与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送,小结,DMA控制器8237A及其应用内容不要求。,作业,P164 6.3，6.4，看懂例6.16.3题程序段如下：LP1:IN AL,60H AND AL,80H JZ LP1 IN AL,61H,6.4题程序段如下：,LEA SI,BUFFER MOV CX,400HLP1:IN AL,86H TEST AL,80H JNZ LP1 MOV AL,SI OUT 85H,AL INC SI LOOP LP1 HLT,