微机原理与接口技术第七章

第七章输入输出技术输入输出设备是微机的重要组成部分微机原理及接口技术I/O的特点：(1)外部设备种类繁多。(2)工作速度差别很大。(3)信号类型与电平种类不一。(4)信息结构格式复杂。微机原理及接口技术输入输出的寻址方式CPU与外设数据传送方式微机原理及接口技术第一节输入输出的寻址方式I/O端口寻址一台微机带多台外设，它们通过接口电路与总线相连，某一时刻，CPU要和某一个外设进行数据传送，计算机要准确地找到这一外设，即I/O寻址。有：(1)I/O指令寻址(独立的I/O寻址)(2)存储器映象寻址微机原理及接口技术一、I/O指令寻址

输入输出地址空间与存储器地址空间是独立分开的。I/O空间存储器空间说明：

(1)指令中分别设立了面向存储器和I/O的指令。

(2)有控制信号M/IO来区分存储器读写和I/O。

(3)地址信号：存储器A0～A19I/O直接寻址A0～A7DX间接寻址A0～A15

微机原理及接口技术二、存储器映象寻址把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待，一个外设端口占有一个存储器的地址。在进行I/O传送时，用和存储器传送相同的指令就可实现。I/O空间说明：(1)在内存中辟出一部分空间作为I/O地址空间

(2)没有存储器和I/O的控制信号。

(3)CPU对外设可使用全部存储器操作指令。

(4)I/O有较大的编程空间，但占用了部分内存单元。

存储空间微机原理及接口技术第二节CPU与外设数据传送方式一、CPU与I/O设备之间的接口信息

1.数据数字量、模拟量、开关量

2.状态信息

用于确保CPU与外设间可靠交换数据的一类信息，通常反映出外设当前的工作状态。如：输入数据是否准备好，输出设备是否空。微机原理及接口技术

3.控制信息

用于控制外设的启动与停止。说明:(1)状态、控制信息可通过数据总线在CPU和I/O接口之间传送，在I/O接口中，它们有各自的寄存器，有各自的端口地址。(2)CPU通过IN读入状态寄存器的内容，了解外设运行情况。CPU通过OUT写入控制寄存器内容，控制外设工作。(3)一个外设接口往往有几个端口地址。微机原理及接口技术二、无条件传送方式(同步方式)应用场合

已知外部设备(如开关，七段显示器等)已经准备好，而不必查询它们的状态的情况下，可直接用IN和OUT指令同外设传送信息。微机原理及接口技术(3)由地址线译码，与WR，RD，M/IO组合得端口选择信号(1)输入接三态缓冲器与CPUDB相连，只有当CPU执行INA，(PORT)时选中三态缓冲器，数据送至DB。(4)接口电路与程序都简单(2)输出接锁存器，因为CPU执行OUT指令时只需几μs，而外设数据需保持一段时间。37微机原理及接口技术三、查询传送方式(条件传送)(1)从外设接口读入状态字。(2)检查就绪位，判断是否传送数据。(3)如果外设未就绪，重复(1)(2)(4)外设就绪，CPU从外设读入数据或把数据写入外设，同时清除外设的就绪状态标志位。取外设状态传送数据就绪?传完?开始NNYY结束微机原理及接口技术1.程序查询输入(1)输入接口数据信息：锁存器，三态缓冲器状态信息：触发器，三态缓冲器(2)接口有两个端口地址：数据口(DATA_PORT)状态口(STATUS_PORT)(3)输入设备一边发出数据，一边发出选通信号(STB)(4)CPU先从状态口读入状态信息到D7(5)状态信息表明数据已准备好，从数据口读入数据。微机原理及接口技术例：P159，外设状态端口为2CH，其中D4=1时，表示外设数据准备好，数据端口为2DH，从外设读入256个字节到内存缓冲区buffer。

mov ax，segbuffer mov ds，ax lea di，buffer mov cx，100hnext: mov dx，2chask: in al，dx test al，00010000B jzask mov dx，2dh in al，dx mov [di]，al in di loopnext

(1)从状态端口读入状态信息，检测D4位(2)D4=0继续查询(3)D4=1外设准备好，读入数据微机原理及接口技术2.程序查询输出(1)输出接口数据信息：锁存器，数据端口地址状态信息：触发器，三态缓冲器，状态端口地址

(2)输出设备接收到CPU发出的数据后，发出ACK信号，使状态触发器置0，即BUSY=0。CPU读入这状态信息(D7)，送下一个数据。(3)CPU执行OUT指令，WR、M/IO、地址译码信号有效，数据打入数据锁存器，同时令状态触发器Q=1，一方面通知输出设备数据已准备好，另一方面使BUSY=1。微机原理及接口技术程序如下：

POLL: INAL，STATUS_PORT TESTAL，10000000B JNEPOLLMOVAL，STOREOUTDATA_PORT，AL微机原理及接口技术3.多个外设的查询传送

Y

N

Y

N

Y

N

读设备1状态就绪？就绪？就绪？设备1服务设备2服务设备3服务读设备2状态读设备3状态(1)程序决定查询顺序(2)设备1没有就绪，则查询设备2(3)查到某设备就绪，为其服务微机原理及接口技术总结：(1)查询传送，CPU需不断地查询外设接口的状态，这样占用CPU的大量工作时间。(2)外设越多，查询的周期越长。微机原理及接口技术四、中断传送方式

为了提高CPU的工作效率，可采用中断方式。1.中断主程序中断服务程序中断请求微机原理及接口技术2.中断传送的接口电路中断过程：(2)中断允许的话(中断屏蔽Q=1)，门打开，发出INTR，中断禁止的话(中断屏蔽Q=0),门关闭，不能发INTR(5)中断服务程序执行完毕，CPU返回主程序继续执行。(4)CPU执行中断服务程序，输入数据。(1)输入设备发数据和STB信号，把数据打入锁存器，并使中断请求触发器Q=1。(3)CPU接受此请求，发中断响应INTA，一方面开启三态缓冲器，把接口的中断矢量经DB送CPU，使CPU根据此中断矢量转向执行此外设的中断服务程序。另一方面将中断请求触发器复位，清除INTR。微机原理及接口技术查询传送方式中断传送方式微机原理及接口技术中断传送方式的特点：(1)中断传送比程序查询大大提高了CPU的效率。(2)中断传送仍由CPU通过程序来传送数据。38微机原理及接口技术1.DMA传送方式(1)利用专门的DMA电路，让外设与内存间直接进行高速数据传送，而不通过CPU，这样不用涉及保护现场，而只跟存储器的工作速度有关。(2)DMA传送时CPU交出总线的管理权，处于保持状态，由DMA控制器管理总线。五、直接内存存取(DMA)传送方式微机原理及接口技术2.DMA传送方式通常用来高速传送大批量的数据块

(1)硬盘和软盘I/O(2)快速通信通道I/O(3)多处理机和多程序数据块传送(4)图像处理(5)快速数据采集(6)DRAM的刷新操作微机原理及接口技术3.DMA传送包括(1)存储单元传送：存储器→存储器(2)DMA读传送：存储器→I/O设备(3)

DMA写传送：I/O设备→存储器微机原理及接口技术4.DMA控制器的功能(1)能向CPU发DMA请求信号HOLD。(2)CPU响应总线请求，发出响应信号HLDA，给DMAC后，接管总线控制权，进入DMA方式。(3)发地址信息，能对存储器寻址及能修改地址指针。(4)发读写等控制信号。(5)能决定传送的字节数，判断DMA传送是否结束。(6)发DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。微机原理及接口技术5.DMA过程(2)DMAC向CPU发HOLD，当CPU现行机器周期结束后响应总线请求，发HLDA，把总线控制权让给DMAC。(1)外设数据准备好，发一个选通脉冲使DMA请求触发器置1，一方面使控制/状态端口发就绪信号，另一方面向DMAC发DMA请求信号。(3)DMAC接管总线，发地址和控制信息，控制外设和内存间直接传送数据，然后修改地址指针和计数器，检查传送是否结束，直至传送结束。(4)传送完，DMAC撤消HOLD，在下一周期使HLDA变低，CPU恢复正常工作状态。微机原理及接口技术(1)I/O设备向DMAC发出DMA请求；(2)DMAC向CPU发出总线请求；(3)CPU向DMAC发出总线响应信号；(4)DMAC接管对系统总线的控制；(5)DMAC向I/O设备发出的DMA应答信号；(6)DMAC进行一个字节的传送；(7)完成设定的字节数据传送，CPU恢复对系统总线的控制。微机原理及接口技术6.DMA控制器(1)DMA控制器在系统中的两种工作状态

主动态

DMAC获得总线控制权之后

DMAC取代CPU而成为系统的主控者通过总线向存储器或I/O设备发出地址、读/写信号。微机原理及接口技术

被动态

DMAC获得总线控制权之