第微机原理及接口技术 7章 输入输出接口

第7章输入输出接口7.1输入输出概述

7.1.1I/O端口编址方式

7.1.2CPU和I/O设备间的接口信息7.2输入输出的控制方式

7.2.1程序传送方式

7.2.2中断传送方式

7.2.3直接存储器存取方式本章小结第七章

输入输出接口基本内容:I/O接口概念；I/O接口应用背景；CPU与I/O设备间的信号种类；I/O端口的编址方式；I/O三种传输方式:程序查询方式,程序中断方式,DMA方式基本要求:

理解I/O接口的作用和一般结构；掌握I/O的编址方式和I/O传输方式的三种方式；重点内容:I/O接口信号种类；I/O编址方式；三种传输方式；难点内容:

三种传输方式第七章

输入输出接口什么是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，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）都是接口电路CPU接口电路

I/O设备接口在CPU与外设之间7.1输入输出接口概述7.1输入输出接口概述为什么要接口电路?

外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求也各不相同，这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题：(1)速度不匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异甚大，它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘，也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。7.1输入输出接口概述为什么要接口电路?(2)信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是TTL电平，而外设大多是复杂的机电设备，往往不能用TTL电平所驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。(3)信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的通常是8位、16位或32位的并行数据，而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量，而有些是数字量或开关量；有些设备上的信息是电流量，而有些却是电压量，有些设备采用串行方式传送数据，而有些则用并行方式。(4)时序不匹配：各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的CPU时序不一致。接口的功能有：(1)锁存功能(2)缓冲隔离功能(3)数据格式转换功能(串/并转换)；(4)联络功能(协调数据传送的状态信息)；(5)寻址功能；7.1输入输出接口概述输入/输出接口及其功能数据信息：外设的数据：数字量、模拟量、开关量。状态信息：I/O设备的状态控制信息：CPU的控制信息CPU和外设之间交换的三种信息7.1输入输出接口概述I/O接口的典型结构数据端口:存放CPU与外设之间传送的数据信息。状态端口:反映当前外设所处的工作状态。控制端口:CPU通过接口向外设传送控制信息。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外设控制端口状态端口数据端口7.1输入输出接口概述概念I/O端口:是接口电路中CPU能访问的寄存器的地址.I/O操作:CPU对I/O接口电路(与设备相关)的操作.不是访问I/O设备.端口编址方式——两种方式将存储器与外设端口统一编址外设端口单独编址I/O端口及寻址方式7.1输入输出接口概述I/O端口单独编址内存空间I/O空间FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口独立编址7.1输入输出接口概述7.2

CPU与外设的数据传递方式

程序控制方式硬件传送方式无条件传送方式查询传送方式中断传送方式DMA直接存储器存取方式一、

无条件传送方式由程序控制CPU与外设之间的数据交换。传送过程：外设已准备好，不查询外设的状态输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器的输入端。用途：用于简单外设开关LED显示器7.2

CPU与外设的数据传递方式

选中地址数据写信号读信号输出端口无条件传送输入端口一、

无条件传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

查询式数据传送过程3个环节：查询状态环节CPU寻址状态口，读取状态字检测是否满足“就绪”条件如果不满足，回到第一步读取状态字；数据传送环节外设已处于“就绪”状态，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，通过输出指令向数据端口输出数据特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低输入状态就绪？数据交换YN流程二、

查询传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

1）查询式输入7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式例：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻式输入一个数据的程序；POLL：INAL，83HTESTAL，80H；检查状态位D7JZPOLL；D7=0,没就绪，继续查询

INAL，80H；D7=1,就绪，从数据端口；读入数据D7D6D0READY7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式2）查询式输出：CPU查询外设状态是否忙,不忙,执行输出;否则等待。7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

例：设有某输出接口，状态口地址63H,数据口地址60H,当状态口的D0为1时,输出忙BUSY，D0为0时，可以输出数据。试编写查寻式输出DAT单元一个数据的程序。查询部分的程序：POLL：INAL，63H；读入状态

TESTAL，01H；检查忙标志D0JNZPOLL；D0=1,未就绪，继续查询

MOVAL，DAT；D0=0,就绪,数据送ALOUT60H，AL；将数据输出到数据端口

D7D6

D0BUSY7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式例：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试用查寻式方式，输入10个数据,并将数据存在BUF开始的单元中的程序，编写主要程序段。

BUFDB10DUP(?)MOVSI,0MOVCX,10POLL:INAL,83HTESTAL,80;检查状态位READYJZPOLLINAL,80HMOVBUF[SI],AL;存数据

INCSILOOPPOLL…...7.2

CPU与外设的数据传递方式

当系统中有多个外设时查询方式如何工作？7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式查询传送方式优点：接口电路和程序设计都较为简单，容易实现。缺点：CPU外设不能并行工作，CPU的效率低，外设得不到及时响应。适用场合：这种传送方式适用于一般工作速度较慢的外设，特别是外设数量不多，实时性要求不高的场合。7.2

CPU与外设的数据传递方式

二、

查询传送方式原理在每次外设准备好或空闲时，主动向CPU发出中断请求，以示要传送数据，CPU响应该请求后，执行中断服务程序，实现与外设的数据传送。三、中断传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点中断过程大致分为：中断请求：由需要提供中断服务的设备提出；中断响应：CPU给设备发出一个中断应答信号；现场保护：保护执行中断服务程序前的各种信息；执行中断服务程序：完成特定的操作；恢复现场：中断返回：返回到主程序三、中断传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

三、中断传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

三、中断传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

7.2

CPU与外设的数据传递方式

优点：系统的工作效率高，CPU、I/O设备可以并行工作，外设可以主动向CPU请求，能够得到CPU的及时响应。缺点：每次传送数据，CPU都要做许多额外的工作，传送速度仍然不是很快。适用场合：这种方式适用于一般工作速度不是很快的外设，特别是实时控制、检测场合。三、中断传送方式7.2

CPU与外设的数据传递方式

四、直接存储器存取方式（DMA）

(DirectMemoryAccess)7.2

CPU与外设的数据传递方式

希望克服程序控制传送的不足CPU外设存储器数据数据用专用接口直接数据传送7.2

CPU与外设的数据传递方式

DMA的功能有哪些？①能接受外设的请求，并能向CPU发DMA请求信号；②CPU接到DMA请求信号，如果允许，CPU发DMA响应信号，DMA控制器接管总线，进入DMA方式；③能寻址存储器，并修改地址；④能向外设发读/写信号；⑤能控制传诵的字节数，判断DMA是否结束；⑥DMA结束时，能向CPU发出结束信号，将总线控制权交还CPU；7.2

CPU与外设的数据传递方式

HLDA发存储器地址传送数据传送结束？DMA结束修改地址指针图7.17DMA流程图7.2

CPU与外设的数据传递方式

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：