微型计算机的输入输出微机原理与接口技术彭虎.ppt
第六章 微型计算机的输入/输出,I/O接口功能 I/O端口及其寻址方式 输入/输出方式 及CPU与外设通信的接口 8086CPU的输入/输出总线简述,6.1 I/O接口功能一、CPU与外设通信特点需要有接口作为CPU与外设通讯的桥梁；速度信号种类：模拟、数字；并行、串行逻辑电平需要有数据信息传送之前的“联络”；要传递的信息有三方面内容：状态、数据及控制信息。,CPU I/O接口 外设,控制数据地址,控制数据状态,接口电路通常包含一组能够与处理器交换信息的寄存器或缓冲器，称为I/O端口 数据端口 存放数据信息 状态端口 存放状态信息，即反映外设 当前工作状态的信息 控制端口 存放控制信息,二、接口的功能进行地址译码或设备选择，以便使CPU能与某一指定的外部设备通讯；状态信息的应答，以协调数据传送之前的准备工作；进行中断管理，提供中断信号；,进行数据格式转换，如正负逻辑的转换，串行与并行数据转换等；进行电平转换，如TTL电平与MOS电平间的转换；协调速度；时序控制，提供实时时钟信号。,6.2 I/O端口及其寻址方式,一、存储器映像的I/O寻址 存储单元和I/O端口的地址统一编址,I/O 端口,存储单元,I/O 地址空间,存储器地址空间,整个地址空间,举例：键盘及发光二极管接口 使用两个芯片74LS244(8BIT三态门)和74LS273（8BIT 寄存器发器）,74LS244,74LS273,这种编址方式的优点：利用多余的内存译码资源；可以用访向存储器的指令来访问I/O端口，而访问存储器的指令功能比较强，不仅有一般的传送指令，还有算术、逻辑运算指令，以及各种移位、比较指令等，并且可以实现直接对I/O端口内的数据进行处理。缺点是：由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而使用户的存储地址空间相对减小。另外不利于程序阅读。,2、I/O映像的I/O寻址 I/O端口地址与存储单元地址分开编址,存储单元,存储地址空间,I/O 端口,I/O 地址空间,特点,1、地址线：A15A02、M/IO=13、用I/O指令,这种编址方式的优点是：1、I/O端口不占用存储器地址，故不会减少用户的存储器地址空间；2、采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解。这种编址方式的缺点是：1、单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行输入/输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操作；2、由于采用了专用的I/O操作时序及I/O控制信号线，因而增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。,6.3 输入/输出方式及CPU与外设通 信的接口 1、同步传送方式2、异步查询方式 程序控制传送方式3、中断方式 4、直接存储器存取方式,一、程序控制传送方式(一)、同步传送方式（无条件方式）CPU直接与外设传送数据并不需要了解外设状态，认为外设已经准备就绪，直接与外设传送数据,CPU,译码,数据线,M/IO,WR,或门,地址线,接口,外设,输 出,CPU,译码,数据线,M/IO,RD,或门,地址线,接口,外设,输 入,（二）、异步查询方式 在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。,输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数据是否已经准备就绪；,数据线,状态线,外设,常用的状态线有IBF，READY功能：1、输入设备准备好数据，状态线有效；2、CPU读数据端口，取走数据后，状态线转换为无效,1、STB有效，(1)、输入设备数据进入锁存器；(2)、IBF 有效2、CPU读状态端口3、CPU读数据端口，同时清IBF,外设,STBIBF/RD,1,2,3,输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲。,数据线,状态线,外设,常用的状态线有empty，busy功能：1、输出设备空闲，BUSY无效；2、CPU写数据端口，输出设备输出数据，状态线转换为有效,1、CPU读状态端口，查BUSY线2、CPU写数据，(1)、数据进入数据锁存器；(2)、BUSY 有效3、输出设备工作完毕，busy无效,外设,举例：打印机接口,条件传送特点,优点：电路简单缺点：降低CPU效率，实时性不强,（三）、中断方式 当外设作好传送准备后，主动向CPU请求中断，CPU响应中断后在中断处理程序中与外设交换数据。在中断未发生时，CPU可以执行其他程序，这样可以提高CPU的利用率。,/BUSY,送打印机数据,/BUSY,送打印机数据,/BUSY,送打印机数据,/BUSY,送打印机数据,检测状态线,检测状态线,中断申请信号,主程序,中断服务子程序,中断逻辑,主程序,中断服务子程序,中断申请信号,与程序查询方式相比，中断控制方式的数据交换具有如下特点:(1)提高了CPU的工作效率;(2)CPU具有控制外围设备服务的主动权;(3)CPU可以和外设并行工作;(4)可适合实时系统对I/O处理的要求。,二、直接存储器存取方式（DMA）(Direct Memory Access)。在高速的外设或成块交换数据的情况，采用程序控制方式进行数据的传输，是无法满足要求的。在这种情况下，采用DMA方式。,ABDBCB,CPU DMAC RAM/ROM I/O,DMA方式是在外设与内存间建立起直接的通道，CPU不再直接参加外设和内存间的数据传输。当系统需要进行DMA传输时，将CPU对地址和数据及控制线的管理权交由DMA控制器进行控制，当完成了一次DMA数据传输后，再将这个控制权还给CPU，这些工作都是由硬件自动实现的，并不需要程序进行控制。,CPU,外设,存储器,总线,：执行程序指令的数据传送路径；：DMA方式的数据传送路径,外设,外设,DMAC,内存,内存,DMAC,DMA传送的几种形式,8086CPU为DMA提供两根信号线1、HOLD 总线保持请求2、HLDA 总线保持响应,ABDBCB,CPU DMAC Memory I/O,HOLD,HLDA,(1)DMAC接收I/O接口的DMA请求，并向CPU发出总线请求信号HOLD；,DMA的基本功能和步骤,(2)当CPU发出总线回答信号HLAD后，接管对总线的控制，进入DMA传送过程；,(3)能实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数据传送过程中自动修改地址；,(4)能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号；,(5)能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束；,(6)在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对总线的控制。,DMA的基本功能和步骤(1)DMAC接收I/O接口的DMA请求，并向CPU发出总线请求信号HOLD；(2)当CPU发出总线回答信号HLAD后，接管对总线的控制，进入DMA传送过程；(3)能实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数据传送过程中自动修改地址；(4)能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号；(5)能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束；(6)在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对总线的控制。,6.4 8086CPU的输入/输出1、I/O 寻址64K2、8086CPU的IO指令（1）直接寻址输入输出指令(八位端口地址)IN AL，n(字节输入)IN AX，n(字输入)OUT n，AL(字节输出)OUT n，AX(字输出),0000H00FFH,0100HFFFFH,n,（2）DX寄存器间接寻址输入（十六位端口地址）IN AL，DX(字节输入)IN AX，DX(字输入)OUT DX，AL(字节输出)OUT DX，AX(字输出),0000H00FFH,0100HFFFFH,DX,3、有关端口地址问题 a、8086CPU与外设交换数据可以字或字节进行，b、当以字节进行时，偶地址端口的字节数据由低8位数据线D7D0位传送，奇地址端口的字节数据由高8位数据线D15D8传送，c、当用户在安排外设的端口地址时，如果外设是以8位的方式与CPU连接，就只能将其数据线或者与CPU的低八位或者与高八位连接，这样同一台外设的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址，这时设备的端口地址就会是不连续的。,
