微机原理 第8章

第7章输入和输出1教学要求了解为什么要用接口电路输入输出寻址方式掌握CPU与I/O设备之间的接口信息CPU与外设数据传送方式的类型与原理本章内容7.1概述7.2CPU与外设数据传送的方式7.3DMA控制器7.1概述外设为什么一定要通过接口电路和主机总线相连？接口：连接计算机和I/O设备的部件。接口一般做成插卡插在系统总线扩展插槽中。1、高速CPU与低速外设间的速度矛盾；2、主机数字信号与外设模拟信号的矛盾；3、CPU与外设间信号形式的矛盾。有些外设的信息是并行的，有些外设的信息是串行的，而CPU只能接收和发送并行信息。外设通过接口电路和主机总线相连的原因7.1.1输入输出的寻址方式1、存储器对应输入输出方式外设接口中可被主机直接访问的寄存器。一个端口的寄存器是8位的。每一个外设端口占有存储器的一个地址。内存和外设端口进行统一编址，只有一个统一的地址空间。端口的编号。端口：端口地址：EFFFFF000065F3020024E0内存与外设内存外设kou1026D0000000001F0001F0002FFFFF优点：CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，寻址方式多，使用方便灵活。缺点：由于外设占用了存储单元的地址，使内存的容量减小，同时，程序的可读性下降。如：将bX内容送到kou1端口movkou1,bx存储器对应输入输出方式(续)2、端口寻址的输入输出方式建立两个地址空间，一个为内存地址空间，一个为外设地址空间。为确保控制总线发出正确的控制信号，系统提供了专用于和I/O端口通信的输入/输出（IN/OUT）指令。65F30200外设000000FFFFFF01001122334411323201内存00000FFFFF7.1.2CPU与I/O设备之间的接口信息1、数据信息以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数或字符。数值和时间上都能连续变化的信号。只有两个状态（1和0）的量，用一位二进制数即可表示。（1）数字量（2）模拟量（3）开关量如：输入设备－－－－“准备好”(READY)信号输出设备－－－－“忙”（BUSY）信号2、状态信息反映当前外设的所处工作状态，是外设通过接口往CPU传送的。CPU与I/O设备之间的接口信息（续）3、控制信息控制信息是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信息控制外设的工作。如：外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息

CPU与I/O设备之间的接口信息（续）数据的含义是广义的，它可以是真正的数据，也可以是指令代码或状态信息，有时甚至是一个控制信息。状态信息作为一种输入数据，控制信息作为一种输出数据，通过数据总线传送。关于接口信息的两点说明接口部件的I/O端口：数据端口控制端口状态端口用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的，这些端口叫数据端口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状态端口，是只读端口。用来存放CPU发出的命令，以便控制接口和设备的动作，这类端口叫控制端口，是只写端口。接口部件的I/O端口（续）CPU对外设的访问实际上是对I/O接口电路中相应端口的访问。输入的真实含义:从指定的端口传送数据到CPU的累加器中（AL或AX）。输出的真实含义:把CPU累加器（AL或AX）的内容传送到指定的端口。注：⑴不管输入还是输出，所用到的地址总是对端口而言的，不是对接口部件而言的。关于I/O端口的几点说明

CPU寻址的是端口，而不是笼统的外设！（2）CPU对外设的输入/输出操作归结为对接口芯片各端口的读/写操作。CPU与外设之间的接口7.1.3CPU的输入输出时序7.1.4CPU与接口电路之间数据传送的形式并行通信------数据的各位同时传送。数据有多少位就需要有多少条传输线CPU与外设的信息交换称为通信。串行通信------数据一位一位顺序传送。只需要一条传输线7.1.5IBM-PC与外设的接口以及现代PC机的外设的接口7.2CPU与外设数据传送的方式无条件传送方式查询传送方式中断传送方式直接数据通道传送7.2.0无条件传送方式外设已准备好，不查询外设的状态。输入时，总认为外设已经将可用的数据放到了得了端口中。输出时，总认为外设已经做好了接收数据的准备。程序简单，硬件省，但要求外设较严，较少使用，只用在对一些简单外设的操作，如开关，七段显示管等。通过程序查询相应设备的状态，若状态不符合，则CPU不能进行输入/输出操作，需要等待；只有当状态信号符合要求时，CPU才能进行相应的输入/输出操作。7.2.1查询传送方式CPU通过执行程序不断地读取并测试外设的状态，如果外设处于准备好状态，则CPU执行输入指令，否则就等待。1、查询式输入查询式输入程序流程图输入状态信息READY=1？Y（准备好）N输入数据STATUS_PORTDATA_PORTPOLL:INAL，STATUS_PORT；从状态端口输入状态信息

TESTAL，80H

；检查READY是否为1

JE POLL；未READY，循环

IN AL，DATA_PORT；READY，从数据端口输入数据2、查询式输出CPU通过执行程序不断地读取并测试外设的状态，如果外设处于空闲状态，则CPU执行输出指令，否则就等待。输入状态信息BUSY=1？输出数据NY（忙）查询式输出程序流程图DATA_PORTSTATUS_PORTPOLL:INAL，STATUS_PORT；从状态端口输入状态信息

TEST AL，80H

；检查BUSY位

JNE POLL；BUSY则循环等待

MOV AL，STORE；否则，从缓冲区取数据

OUT DATA_PORT，AL；从数据端口输出

查询传送方式的优、缺点优点：适应性较好，不要求CPU与外设是同步的，较简单，使用方便。缺点：CPU与外设不能并行工作，CPU的效率低，外设得不到及时响应。7.2.2中断传送方式为什么要采用中断传送方式?启动外设外设的数据已存入输入端口的数据寄存器；或端口的数据输出寄存器已空外设通过接口电路向CPU发出中断请求信号CPU接受到中断请求信号，暂停现行程序CPU执行中断服务程序，执行输入输出操作中断服务程序结束，返回原来程序

中断传送方式的原理中断传送方式的优、缺点优点：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。为什么要用DMA方式传送数据查询方式传送数据：7.2.3直接数据通道传送（DMA：DirectMemoryAccess）查询时占用CPU时间中断方式传数据：比查询方式传送数据效率要高，但执行中断服务程序，CPU要保护断点、保护一些寄存器等操作，使CPU花费时间。DMA方式利用专用的接口电路直接在内存与外设端口之间直接进行数据块传送，而不经过CPU中转的一种数据传送方式。

DMA控制器无需CPU参与，无需软件介入，传送速度快，在整个数据传输过程中都是由DMA控制器来控制管理。特