输入输出接口技术.ppt

《输入输出接口技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《输入输出接口技术.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第8章 输入输出接口技术,本讲内容基本概念 I/O端口的编址 输入输出的基本方法：无条件、查询、中断、DMA,什么是I/O接口（电路）？I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路，I/O接口就是CPU与外设的连接部件。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I/O接口电路,接口在CPU与外设之间,I/O接口的基本结构示意图,为什么需要接口电路?,1。外部设备的种类多种多样。2。传输的信息也有多种的。3。速度的相差更大。所以就需要在计算机与外部设备之间设置一种部件，使CPU和外部设备的工作协调起来，有效地完成输入输出任务。这种部件称为输入输出接

2、口。,I/O接口要解决的问题速度匹配(Buffer)信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器)信号形式匹配(A/D、D/A)信息格式(字节流、块、数据包、帧)时序匹配(定时关系)总线隔离(三态门),I/O地址译码与设备选择把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离（高阻态）数据的缓冲与暂存缓解接口与CPU工作速度的差异 输出接口有锁存环节 输入接口有缓冲环节对外设进行监测、控制与管理，中断处理信号电平与类型的转换形式、格式、电平、功率、码制等,I/O接口的功能,什么是微机接口技术？,处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序

3、，支持和连接有关的设备,接口电路交换的信息：,数据信息。控制信息。状态信息。,I/O端口：I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I)。不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号称为端口地址(或端口号)。端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。,I/O接口的编址方式,定义 把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。优点指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。缺点内存可用地址空间减小例如:MCS-51单片机,0,地址空间(共1MB),内存地址(960KB)

4、,I/O地址(64KB),FFFFFH,EFFFFHF0000H,1.统一编址,定义:外设地址空间和内存地址空间相互独立。优点：内存地址空间不受I/O编址的影响缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号,00000H,内存地址空间,内存空间(1MB),I/O空间(64KB),FFFFH,FFFFFH,I/O地址空间,0000H,2.独立编址,例如:8088/8086 微机系统,采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用 来区分：/0 时为I/O地址/M地址I/O操作只使用20根地址线中的16/8根：A15/7 A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)/256

5、个I/O地址范围为0FFFFH/0FFHIBM PC只使用了10根 A9 A0 1024个I/O地址(03FFH)原因:够用为度,简化电路,8088/8086 CPU的I/O编址方式,、A15 A0 OUT指令 将使总线的 信号有效 IN 指令 将使总线的 信号有效 当接口只有1个端口(仅数据口,无状态口和控制口)时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；下面先介绍这种简单情况 当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。,I/O端口地址的译码,例如：某外设接口有4个端口(如8255/8253)，地址为2F0H2F

6、3H，则其基地址为2F0H，由A15A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。请思考:A0A15=?,I/O接口(4端口),A0,A1,CS,译码器,A0,A1,A2A15,I/O接口(1端口),CS,译码器,A0A15,并行定义:一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送特点:速度快、距离短、成本高例如：PC机的并行接口(通常用于连接打印机)串行定义:数据按位进行传送特点:速度慢、距离远、成本低例如：PC机的串行接口(通常用于串行通信),I/O数据的传送方式,CPU与外设间的数据传送方式,I/O接口电路基础：三态缓冲器/锁存器问题：CPU与外设的工作速度不一致，尤其是当外设由其他C

7、PU或时序电路控制时更加明显，应如何解决效率和可靠性。,数据传送控制：使两者高效、可靠地进行数据传送,(1)无条件传送方式(2)条件传送方式(查询方式)(3)中断传送方式(4)DMA传送方式(Direct Memory Access)存贮器直接存取方式,四种传送方式,(程序方式),无条件传送方式(同步传送方式),实现方法 CPU不查询外设工作状态，与外设速度的匹配通过在软件上延时完成，在程序中直接用I/O指令，完成与外设的数据传送特点 1.适用于外设动作时间已知，前提：CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好。如开关、发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)、继电器、步进电机等。2.软

8、硬件十分简单。,(程序方式之一),典型无条件传送方式接口电路（输入）,该电路在CPU执行指令(当外设开关准备好后-开关动作时间固定)MOV DX,284H IN AL,DX功能:将输入设备的数据读入CPU内AL中,图中译码电路的作用：只当A15A0上出现284H时，（即0000 0010 1000 0100B）输出0，其他输出1。,74LS244 E1/E2,例:开关,典型无条件传送方式接口电路（输出）,图中译码电路的作用：只当A15A0上出现288H时，（即0000 0010 1000 1000B）输出0，其他输出1。,例:LED指示灯,74LS273,条件传送方式(查询传送方式),实现方法

9、：在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当外设准备好后，再才执行I/O指令，实现数据传送。特点：1.CPU通过不断查询外设状态，实现与外设的速度匹配;2.CPU的工作效率低，响应速度慢;3.适用于简单、慢速的或实时性要求不高的外设.,(程序方式之二),编程流程,状态信号,数据信号,I/O接口,查询方式输入接口电路,状态端口 D7=1 表示外设准备好,输入装置,+5v,STB,MOV DX,288HIN AL,DX,MOV DX,28CHIN AL,DX,D0:D7,READY,编程从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中,流程图,STATUS EQU 28CH MOV AX,S

10、EG buffer;取缓冲区首地址 MOV DS,AX LEA DI,buffer MOV CX,50H;传送个数 next:MOV DX,STATUS ask：IN AL,DX;从状态端口读入状态信息 TEST AL,1000 0000B;80H,检测D7位 JZ ask;D7=0,继续查询MOV DX,288H IN AL,DX;从数据端口读入数据MOV DI,AL;送缓冲区 INC DI;修改缓冲区指针 LOOP next;传送下一个.,查询方式输入程序片段,思考:若状态口和数据口为83H和80H,则程序应如何修改?,状态信号,数据信号,I/O接口,查询方式输出接口,状态端口 D0=0

11、表示外设准备好,MOV DX,288HOUT DX,AL,MOV DX,28CHIN AL,DX,READY(BUSY),编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设,条件查询输出流程图,STATUS_PORT EQU 28CHDATA_PORT EQU 288H MOV AX,SEG buffer;取缓冲区首地址 MOV DS,AX LEA SI,buffer MOV CX,80H;传送个数 next:MOV DX,STATUS_PORT ask：IN AL,DX;从状态端口读入状态信息 TEST AL,0000 0001B;检测D0位 JNZ ask;D0=1,继续查询 MOV AL,

12、SI;从缓冲区取数 MOV DX,DATA_PORT OUT DX,AL;从数据端口输出数据 INC SI;修改缓冲区指针 LOOP next;输出下一个.,查询方式输出程序片断,中断传送方式,实现方法：1.当外设准备好，向CPU发出中断请求 2.CPU在满足响应中断的条件下，发出中断响应信号；3.CPU暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，完成与外设的数据传送；4.CPU从中断服务程序返回，继续执行被中断的程序,中断方式下CPU执行程序流程,硬件中断-NMI 与INTR两根线申请中断(与CALL差别大)软件中断-INT n与INTO指令(与CALL功能类似),时间随机两者无关,1.CPU和外

13、设大部分时间处在并行工作状态,只在CPU响应外设的中断申请后，进入数据传送的过程。2.中断传送方式提高了CPU的效率。3.对外设的请求能作出实时响应,可处理故障。4.适于实时、快速、复杂的外设，但不适用于大量、高速频繁数据交换DMA。,中断传送方式的特点,DMA传输方式,前面3种I/O方式共性:都需要CPU作为中介：外设 CPU 内存 两个含义：1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）；2）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的（总线由CPU控制）。缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/秒）解决办法：DMA传输

14、外设 内存,DMAC,DMA 传送方式(直接存储器存取方式),实现方法 1.由专用接口芯片DMA控制器(称DMAC)控 制传送过程，2.当外设需传送数据时，通过DMAC向 CPU发出总线请求HOLD；3.CPU发出总线响应信号HLDA，释放总线；4.DMAC接管总线，控制外设、内存之间直 接数据传送,DMA 传送方式过程,(i8237),DMAC内部包括四个基本寄存器,地址寄存器：用于存取下一个要访问的内存单元的地址，地址寄存器的内容加1或减1操作，取决于DMAC的设计字节计数器：用于存放尚未传送完毕字节的数量，字节计数器在DMA过程中自动作减1操作控制寄存器：用于对DMAC操作的控制状态寄存器：反映DMAC当前所处的状态，例如，数据块传输是否结束等状态信息,DMA传送流程：,1.外设和内存之间，直接进行数据传送，不通过CPU,传送效率高。适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间进行大批量数据 传送。2.电路结构复杂，硬件开销较大。,DMA传送方式的特点,几种数据传送方式特点？,无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步查询传送：简单实用，效率较低，硬件开销小中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但中断服务保护现场等需要额外时间开销，需要硬件开销进行中断管理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,需要硬件开销,