微机原理及应用_第6章

1、微机原理及应用微机原理及应用 第第6章章 输入输出输入输出 一、接口的基本概念 二、输入输出的寻址方式 三、CPU与外设交换信息的控制方式 一、接口的基本概念一、接口的基本概念 1.接口的定义及功能 2.接口电路中的信息 3.接口的类型 返回 二、输入输出的寻址方式二、输入输出的寻址方式 1. I/O端口的编址 2. I/O端口地址译码方法 返回 三、三、CPU与外设交换信息的控制方式与外设交换信息的控制方式 1. 程序控制方式 2. 中断控制方式 3. 直接存储器存取控制方式(DMA) 4. I/O处理机控制方式 返回 1.接口的定义及功能接口的定义及功能 输入输出(I/O)设备是计算机系统

2、的基本组成部分(简称外设), 是实现人-机联系的主要手段. 常见的外设有键盘,显示器,打印机,鼠标,开关量输入输出 通道和A/D,D/A转换器等等. 从原理上讲,输入输出操作类似于对于存储器的读写操作, CPU可以用访问存储器的相类似的方法同外部设备交 换数据.但是事实上实际上输入输出操作要比访问存 储器复杂地多. 微 处 理 器 CPU 存储器I/O接口I/O设备 数据总线 控制总线 地址总线 下一页 1.接口的定义及功能接口的定义及功能(续上页续上页) I/O接口,是在CPU与外设之间,使两者动作协调的连接电 路. 也就是说,在CPU与外设之间建立一个缓冲区,解决CPU与 外设备之间存在的

3、数据形式,数据的传递方式,以及传 递速率上存在很大差异的矛盾. 接口的功能就是对数据的传输控制. 微 处 理 器 CPU 存储器I/O接口I/O设备 数据总线 控制总线 地址总线 返回 1.接口的定义及功能接口的定义及功能(续上页续上页) 接口的功能就是对数据的传输控制. 接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称为I/O端口； 接口应有地址译码功能； 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种信息 2.接口电路中的信息接口电路中的信息 接口电路中通常包含数据信息, 控制信息和状态信息. 从含义和功能上,数据信息,控制信息和状态信息各不相同, 分别传送,各有通路,我们称这些通路为端口(PORT)

4、,三种 端口的集合就是接口. CPU 数据端口 控制端口 状态端口 外 部 设 备 接口 返回 CB DB AB 接口CPU I/O 设备 数据信息 控制信息 状态信息 2.接口电路中的数据信息接口电路中的数据信息(续上页续上页) 数据信息CPU与外设交换的基本信息就是数据，8位 或16位。 三种类型： (1)数字量: 是指由键盘,磁盘等读入的信号, 或由CPU送到 打印机,显示器等信息, 一般是二进制数,或是以ASCII 码表示的数据及字符号. (2)模拟量: 当微机系统用于过程控制系统时,则现场多数 是模拟量,如温度,压力,流量等,需要通过A/D和D/A转 换. (3)开关量: 是指可以表

5、示成两个状态的物理量,如开关的 “通”与“断”,电机的“运转”与“停止”,可以用 一位二进制表示. 返回 2.接口电路中的控制信息接口电路中的控制信息(续上页续上页) 控制信息CPU通过接口电路传送给外设,从而达到控 制外设的目的. 如外设的启动,停止或选通信号是常见的控制信号. 当然不同的外设,具体工作原理不同,其控制信号也会有所 不同. 返回 CB DB AB 接口CPU I/O 设备 数据信息 控制信息 状态信息 2.接口电路中的状态信息接口电路中的状态信息(续上页续上页) 状态信息是反映当前外设所处的工作状态,是外设通 过接口电路向CPU传送的信号. 如输出设备常用BUSY信号来表明现

6、在正处于忙碌状态, 输入设备常用READY信号来表明输入的数据已经准 备好等等. 返回 3.接口的类型接口的类型 接口电路目前都有现成的接口芯片来实现. (1)按通用性可以分为两类:专用接口和通用接口; 如显示控制器,键盘控制器等属于专用接口; 通用接口可以供几类外设使用. (2)接口按与外设数据的传送方式可以分为并行接口和串 行接口. 并行接口是指主机与外设之间信息的传送按字节或字进 行. 串行接口是指主机与外设备之间信息的传送是按通讯规 则一位一位进行. 返回 1. I/O端口的编址端口的编址 (1)I/O端口和存储器统一编址 (2)I/O端口独立编址 返回 2. I/O端口地址译码方法端

7、口地址译码方法 直接地址译码属于一种局部译码法,对地址总线的某些 位进行译码. CPU直接与59相连; 低位是芯片本身 端口选择; 如8237: A9A8=11; A7 A6A5=000; A4A0由具体芯片接线法 返回 DMACS8237片选 INTECS8259片选 T/C CS 8253片选 PPI CS 8255片选 写DMA页面寄存器 写NMI屏蔽寄存器 74LS138 XA5 XA6 XA7 XA8 XA9 XIOW G1 G2A G2B A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 AEN (1)I/O端口和存储器统一编址端口和存储器统一编址 这种编址方式是外设端口

8、地址和存储器单元地址, 共占存储器的地址, 即一个外设端口占用一个 存储单元地址. CPU对外设端口的读写操作相当于对存储单元的 读写操作. CPU可以采用任意一条访问存储器的指令,访问 I/O端口. 返回 (2)I/O端口独立编址端口独立编址 这种编址方式是让I/O端口和存储器地址分别建 立两个地址空间,独立编址. CPU采用专门的I/O指令去访问I/O端口. 8086/8088采用I/O端口独立编址,设置了专门的 I/O指令. 返回 8086/8088的的I/O指令指令 (1)直接端口寻址方式 IN AL, PORT;端口PORT的字节信息送AL OUT PORT,AL;将AL的数据信息送

9、到端口PORT IN AX, PORT;端口PORT的字信息送AX, 即端口PORT ;的字节信息送AL, 端口PORT+1的字节 ;信息送AH OUT PORT,AX;将AX的字信息送端口,即AL送端口 ;PORT,AH送端口PORT+1 注:端口PORT的地址范围是8位,即0255 下一页 8086/8088的的I/O指令指令(续上页续上页) (2)间接端口寻址方式 IN AL, DX;从DX所表示的端口输入字节数据到AL OUT DX,AL ;将AL中的数据输出到以DX表示的端口 IN AX, DX;从DX所表示的端口输入字数据到AX,即 ;DX端口的字及到AL,DX+1端口的字节 ;到

10、AH OUT DX,AX ;将AX的字数据输出到以DX表示的端口,即 ;AL输出到DX端口,AH输出到DX+1 注:当端口地址大于8位时,必须用间接端口寻址方式 返回 1. 程序控制方式程序控制方式 (1)无条件传送控制方式 这是一种简单的数据传送方式,适用于任何时候均处于 “准备就绪”状态的外部设备,CPU可以随时执行I/O 指令来完成数据传送操作. 例题 (2)条件传送控制方式 查询输入 查询输出 例题 返回 例： 如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的I/O端口 地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令： MOV AL, 0 OUT80H, AL +5V I/O 接口 (80H) CP

11、U DB AB CB 返回 查询输入查询输入 若CPU需要外设输入数据时,首先从状态端口读入状态信息,判断数据 是否准备好. 程序段: LTEST: IN AL, S_PORT ;从状态口读入 AND AL,80H;检查READY=1? JZ LTEST;READY=0,继续等待 IN AL, D_PORT ;READY=1,从数据口 ;读入数据 N Y 输入状态信息 READY？ 输入数据 READY（1位) 数据端口（8位） 输入 状态端口（1位） 返回 查询输出查询输出 CPU输出数据前,先查询外设的状态端口的状态信息,若为“空”,则 执行输出指令把把数据送入数据端口. 程序段: WAI

12、T1: IN AL, S_PORT ;从状态端口读入 AND AL,01H ;BUSY=0? JNZ WAIT1 ;BUSY=1,返回 MOV AL, DOUT ;BUSY=0,取数 OUT D_PORT,AL;从数据端口输出 BUSY（1位） 数据端口（8位） 输出 状态端口（1位） 输入 A0 返回 N Y 输入状态信息 BUSY？ 取数并输出数据 准备输出数据 例题例题 1.设状态端口地址为60H,数据端口地址为61H,外部输入信息准备状 态标志为D7=1,请用查询方式写出读入外部数据的程序段. 解:分析:这是查询输入,则流程图 程序段: WAIT1:IN AL,60H ;从状态端口读入

13、状态信息 AND AL,80H ;判断D7=1? JZ WAIT1 ; D7=0,返回再读状态信息 IN AL, 61H ;D7=1,从数据端口读入 N Y 输入状态信息 READY？ 输入数据 下一页 例题例题(续上页续上页) 2.设状态端口地址为86H,数据端口为85H,外设忙碌D7=1, 请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区Buffer送出 1KB的数给外设的程序段. 解:分析,这是查询输出,且要送1K字节, 流程图 例题例题(续上页续上页) 流程图 N Y 输入状态信息 BUSY？ 取数并输出数据 设置循环次数 CX=1000 设置Buffer指针SI 修改Buffer指针 CX-1送CX CX=0？ N Y 数据传送结束 例题例题(续上页续上页) 程序清单 LEA SI，Buffer MOV CX， 1000 W1：IN