第07章 微型计算机的输入输出

第7章输入/输出接口技术7.1接口的基本概念7.2I/O端口编址方式7.3CPU与I/O设备之间的数据传送方式7.1接口的基本概念7.1.1接口电路接口就是连接CPU与外设之间的部件，它在CPU与外设之间起到信息中转作用。7.1.2为什么要用接口对于外部设备来说，功能是多种多样的，而且种类繁多，信号类型十分复杂，具有以下特点：⑴品种繁多⑵信息处理速度差别大⑶信号类型与电平种类不同(4)信息结构格式复杂因此，在微型计算机和外设之间必须有输入/输出（I/O）接口，以使CPU与外设达到最佳匹配，实现高效、可靠的信息交换。7.1.3接口的功能⑴数据缓冲功能

⑵寻址功能。

⑶联络功能

⑷数据转换功能

⑸输入输出功能

⑹中断管理功能

⑺提供时序控制功能。

⑻可编程功能。

一个具体的接口电路，可以具有以上一个或多个功能。7.1.4CPU与外设之间的信号CPU与输入/输出设备之间传送的信号1、数据信息数字量模拟量开关量2、状态信息3、控制信息7.1.5接口的基本组成接口部件通常都包含一组寄存器，用来实现数据信息、状态信息和控制信息的传送。这些能与CPU交换信息的寄存器称为I/O端口寄存器，简称“端口”。每一个端口都有一个端口地址（又叫做端口号）。接口主要由若干个端口组成，一个接口还要有一些相应的控制逻辑。因此一个完整的接口应由若干个端口加相应的控制逻辑组成。7.1.5I/O接口的典型结构控制总线CB地址总线ABI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设控制寄存器状态寄存器数据寄存器1.接口电路的内部结构CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：⑴数据寄存器(数据端口)保存外设给CPU和CPU发往外设的数据⑵状态寄存器(状态端口)保存外设或接口电路的状态⑶控制寄存器(控制端口)保存CPU给外设或接口电路的命令端口（PORT）端口泛指I/O地址，通常对应寄存器一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口用来保存和交换不同的信息数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息输入、输出端口可以是同一个I/O地址状态端口和控制端口可以是同一个I/O地址7.2I/O端口编址技术方式与译码7.2.1I/O端口编址方式接口电路占用的I/O端口有两类编排形式I/O端口与存储器统一编址它们共享一个地址空间如M6800I/O端口单独编址I/O地址空间独立于存储地址空间如8086/80881、I/O端口与存储器统一编址优点：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端口要占去部分存储器地址空间程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）内存部分I/O部分存储器空间00000FFFFF2、I/O端口单独编址优点：I/O端口的地址空间独立控制和地址译码电路相对简单专门的I/O指令使程序清晰易读缺点：I/O指令没有存储器指令丰富内存空间I/O空间FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口独立编址3、

8086独立编址方式的端口访问输入指令INAL,i8 ;字节输入，直接寻址INAL,DX ;字节输入，间接寻址INAX,i8 ;字输入，直接寻址INAX,DX ;字输入，间接寻址输出指令OUTi8,AL ;字节输出，直接寻址OUTDX,AL ;字节输出，间接寻址OUTi8,AL ;字输出，直接寻址OUTDX,AL ;字输出，间接寻址8088/8086的I/O端口8088只能通过输入输出指令与外设进行数据交换；呈现给程序员的外设是端口（Port），即I/O地址8086用于寻址外设端口的地址线为16条，端口最多为216＝65536（64K）个，端口号为0000H~FFFFH每个端口用于传送一个字节的外设数据I/O寻址方式8088/8086的端口有64K个，无需分段，设计有两种寻址方式直接寻址：只用于寻址00H~FFH前256个端口，操作数i8表示端口号间接寻址：可用于寻址全部64K个端口，DX寄存器的值就是端口号对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式数据交换方式如果输入输出一个字节，利用AL寄存器如果输入输出一个字，利用AX寄存器输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别送AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）输出一个字，实际上是将AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口I/O指令应用举例直接寻址方式的(8位端口)：INAL,60HOUT61H,AL间接寻址方式的(8位端口)：MOVDX,300HINAL,DXMOVDX,301HOUTDX,AL如果访问16位端口，把AL替换成AX即可7.3CPU与I/O设备之间数据的传送方式CPU和外界交换信息的过程称为输入/输出，又称为通信。CPU为了与各种不同的外设进行数据传送，必须采用多种控制方式。通常采用无条件方式、条件方式、中断方式和DMA方式这样四种数据传送方式。7.3.1程序传送方式程序传送方式是指CPU与外设之间的数据传送是在程序的控制下实现的。程序传送方式又可分为无条件传送和条件传送两种方式1.无条件传送方式

无条件传送方式一般用在外设总是处于就绪状态的条件下进行的一种数据传送方式，一般适合于数据传送不太频繁的情况，如对于开关、数码显示器等一些简单外设的操作无条件传送流程返回INAL，DXMOVDX，300HMOVDX，302HOUTDX，AL;2查询传送方式

条件传送方式也称程序查询方式，即CPU与外设间采用应答方式来进行数据交换。这种方式的特点是：在数据传送之前，CPU要执行一段查询程序，不断读取并测试外设的状态，只有当外设处于准备就绪（指输入设备）或空闲状态（指输出设备）时，CPU才执行输入或输出指令进行数据传送，否则，CPU循环等待，直到外设准备就绪为止查询传送流程返回查询输入设数据输入端口的地址为300H，状态端口的地址为304H，利用查询方式从数据输入端口连续读取8个字节的数据，存放在当前数据段内存起始单元为2000H的区域中，可用下面的子程序段来实现：

MOVBX，2000H ；初始化数据指针

MOVCX，0008H ；循环计数值RLP:MOVDX，304H ；指向状态端口RLP1:INAL，DX ；读取状态字

TESTAL，01H ；检测READY是否置“1” JZRLP1 ；未就绪，继续查询

MOVDX，300H ；已就绪，指向数据输入端口

INAL，DX ；读取数据

MOV[BX]，AL ；送到指定内存

INCBX ；调整数据指针

LOOPRLP ；循环，准备读取下一个字节

RET ；读取完，返回查询输出设数据输出端口的地址为302H，状态端口的地址为304H，利用查询方式向数据输出端口连续发送8个字节的数据，这些数据存放在当前数据段内存起始单元为1000H的区域中，可用下面的子程序段来实现：

MOVBX，1000H ；初始化数据指针

MOVCX，0008H ；循环计数值WLP: MOVDX，304H ；指向状态端口WLP1: INAL，DX ；读取状态字

TESTAL，02H ；检测BUSY是否置“1” JNZWLP1 ；设备忙，继续查询

MOVDX，302H ;已就绪,指向数据输入端口

MOVAL，[BX] ；从内存取出数据

OUTDX，AL ；发送数据

INCBX ；调整数据指针

LOOPWLP；循环，准备发送下一个字节

RET ；发送完，返回7.3.2中断传送方式

如果外设需要CPU为其服务时，则向CPU发出请求。CPU暂停正在执行的程序，转去为请求中断的外设（中断源）服务。中断服务完毕后，CPU又返回继续执行它原来的任务，即从原断点处继续执行程序。这种方法就称为中断传送方式主程序中断服务子程序中断申请信号中断传送流程返回中断传送方式的特点①CPU与外设在大部分时间内并行工作，有效地提高了计算机的效率。②具有实时响应能力，可适用于实时控制场合③及时处理异常情况，提高计算机的可靠性。中断方式同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间也较大。但其最大的特点就是CPU效率较高，并且具有实时响应能力7.3.3DMA传送方式

外设与内存之间的数据传送不经过CPU，传送过程也不需要CPU干预，在外设和内存之间开设直接通道由一个专门的硬件控制电路来直接控制外设与内存之间的数据交换，从而提高数据传送速度和CPU的效率，而