第61章：IO数据传输控制方法(lyz)(v10)

第6章：IO接口数据控制方式主讲老师：廉迎战副教授

学习内容和重点掌握输入/输出接口电路和基本概念、掌握I/O端口编址方法和特点及地址译码方法。掌握CPU与外设数据传送的方式方法。掌握中断的基本概念和中断过程，中断芯片8259的结构、应用及编程方法。掌握DMA的基本概念、可编程DMA控制器芯片8237A的结构、应用及编程方法。I/O数据传输控制方法第6章6.1接口的基本概念6.2I/O的寻址方式6.3CPU与接口信息交换方式6.4中断基本概念6.5中断控制器6.6DMA方式数据传送6.7DMA控制器6.1接口的基本概念 1.I/O接口的定义和功能

接口定义：

在CPU和外设之间使两者相互交换信息的连接电路。在CPU和接口之间建立一个缓冲区，解决CPU与外设之间在数据形式、数据传递方式以及传递速率等问题。

接口功能：

信号暂存、数据转换、传送路径切换、状态信号交换、通信控制、设备动作、定时控制、中断管理及错误检测等功能。2.接口电路中的信息

接口信息：

数据信息、状态信息、控制信息数据信息数字量模拟量开关量状态信息设备工作状态 READY、BUSY控制信息CPU输出的控制信息3.接口的类型

接口分类：专用接口、通用接口

传送方式：并行方式、串行方式6.2I/O寻址方式 1、I/O端口编址

I/O编址的两种形式：独立编址和统一编址。A.I/O端口和存储器统一编址

I/O与RAM共同存储器的访问空间。特点I/O与RAM同等看待。 B.I/O端口和存储器独立编址

I/O与RAM分别建立各自的访问空间。特点I/O与RAM都有自己的寻址体系。

6.2I/O寻址方式 C.8086/8088端口编址形式

8086/8088CPU采用独立编址，I/O寻址空间为64KB/32KW。

空间分配：0000H~0FFFFH（段地址为0000H）。

（0F8H~0FFH保留）

8086I/O控制信号： 最小方式： M/-IO=0I/O端口

M/-IO=1RAM

最大方式： -IOWC=0//-IOWR=0I/O端口

-MWTC=0//-MRTC=0RAM8086I/O寻址指令： 直接方式：IN AX，PORT （<255） 直接方式：OUT AX，PORT （<255）

间接方式：IN AX，DX （>255）

间接方式：OUT AX，DX （>255）IO端口访问时序6.2I/O寻址方式 2、I/O端口译码方法

独立编址时，一般用地址线的高位部分和控制信号（如RD、WR、M/IO）进行组合（译码）产生I/O接口电路的片选信号（CS），用地址线的低位部分直接连到I/O接口芯片实现端口的选择。I/O地址译码的两种形式：直接译码和SWITCH译码A.直接端口译码

利用组合逻辑门电路对I/O接口进行直接译码。（适用口地址单一或固定的） B.SWITCH端口译码

利用比较器和DIP开关设定I/O的地址。（适合口地址可变的）C、译码器译码电路

利用74LS138/74LS系列芯片译码器译码（适用电路需多个口地址）D、可编程逻辑器件PLD可编程逻辑器件PLD（适用口地址保密，可变灵活）如PAL、GAL

&&OOOOOO>A9A8A7A3A2…A1A0AENIOWLS30LS20LS32门电路译码>>ABCG2AG2BG1OOA5A6A7A8A9AENIOWY0Y1Y2Y3Y4Y58237825982538255写NMI屏蔽寄存器写DMA页面寄存器OO74LS138译码器译码“0”“0”“0”“1”“0”“1”“1”“0”“1”6.2I/O寻址方式 3IBM/PC的I/O地址

PC利用A0~A9实现1KB地址译码。其中：000H~1FFH（A9、A8）的512BI/O端口分配给系统板，200H~3FFH是扩展槽。地址范围I/O接口名称000H~01FHDMA控制器020H~03FH中断控制器040H~05FH定时器8253/8254060H~07FH并行接口芯片82550A0H~0BFHNMI屏蔽寄存器080H~09FHDMA页面寄存器表6-1PC/XT机系统板配置的端口地址表6-2PC/XT机适配器控制卡的端口地址图6-3门电路译码

门电路译码图6-4PC/XT机系统板I/O接口电路的片选信号的产生电路

专用译码器译码电路返回本节6.3I/O信息交换方式 1、I/O信息交换方式的分类A、程序控制方式（查询方式）

CPU利用指令反复查询I/O的状态，直到I/O准备好，才进行输入/输出。此间CPU处于循环等待状态，未做有效的工作。（1）无条件传送方式：当外设已准备就绪，不必查询处设的状态而进行信息传输，如数码管的显示等。（2）条件传送方式：CPU通过执行程序不断读取并测试外设状态，若输入外设已处于准备好状态或输出外设为空闲状态时，则CPU执行传送信息指令，该方式又称“查询式传送”。B、中断方式

CPU在执行程序的同时兼顾对I/O设备的控制或数据传送。当I/O设备准备好（空闲），由I/O向CPU发出中断请求，暂停CPU运行的程序，转而处理I/O设备的请求，处理完即返回主程序继续执行。C、DMA方式（直接存储器存取方式/成组传送方式）当某一外设需要输入/输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器收到这一请求后，向CPU发出总线请求，若CPU响应DMA的请求，把总线使用权让给DMA控制器，数据不通过CPU，可直接在DMA控制器操纵下进行。执行完毕后，DMA再向CPU发“结束中断请求”，CPU响应，收回总线权。

主要适用于高速I/O设备（如磁盘），CPU向I/O接口提供控制信息（如数据块的首地址及字节数），I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。D、I/O处理机IOP方式

IOP和CPU并行工作，提供高速的通信能力，实现高速传送。I/O端口

外设接口由一组寄存器（数据寄存器/状态寄存器/命令寄存器）组成，每个寄存器有一个端口地址(端口号)，IBM-PC机的I/O地址空间可达64K(0000~FFFFH)。I/O指令主机与外设进行通信的最基本途径。DOS功能调用和BIOS例行程序中的输入/输出功能也是由IN和OUT指令完成的。例：

测试某状态寄存器（端口号27H）的第2位是否为1INAL,27HTESTAL,00000100BJNZERROR

A、程序控制方式（查询方式）A、程序控制方式（查询方式）1）无条件传送方式输入数据AB=XXXXHM/-IO=0-RD=0DB=D7~D0输入锁存器输入数据输出数据AB=XXXXHM/-IO=0DB=D7~D0-WE=0输出锁存器导通DB到外设无条件传送方式的工作原理A、程序控制方式（查询方式）2）查询方式输入数据外设数据OK—锁存器选通=“1”，三态缓冲器READY=“1”读数据CPU读状态AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7=READY--OK读数据AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7~D0数据--OK查询式输入传送方式工作原理A、程序控制方式（查询方式）2）查询方式输出数据外设输出数据—-ACK=0状态触发器Q=0BUSY=0输出数据CPU读状态AB=XXHM/-IO=0-RD=0状态BUSY=“0”？YES输出数据AB=XXHM/-IO=0-WR=0DB=D0~D7

输出口数据锁存器查询式输出传送方式的工作原理例1.Sound程序

mov

dx,6000 ;30000个脉冲

inal,61handal,11111100btrig:xoral,00000010b

out61h,al

mov

cx,1000 ;脉冲的宽度delay:loopdelay

dec

dx

jnetrig---------设备控制寄存器端口61H1/00控制其它外部设备与门放大器2号定时器门控10例2.

CPU要从3个设备轮流输入数据，设备1,2,3的状态寄存器端口号分别用STAT1,STAT2,STAT3表示，第5位是输入准备位。INPUT:INAL,STAT1

TESTAL,20H ;00100000bJZDEV2CALLFARPTRPROC1DEV2:INAL,STAT2

TESTAL,20HJZDEV3CALLFARPTRPROC2DEV3:INAL,STAT3

TESTAL,20HJZNO_INPUTCALLFARPTRPROC3NO_INPUT:……B、中断控制方式中断过程CPU启动外设工作后，作自己工作（IO与CPU工作）IO好----READY=1向CPU发请求CPU响应请求，暂停原程序，执行中断程序完成，CPU返回原程序继续中断服务过程保护现场、中断处理、恢复现场中断传送方式的工作原理B、中断控制方式中断响应过程中断设置设置中断类型码设置中断优先权开中断（中断屏蔽寄存器IMX=1）中断请求IO好，中断请求寄存器=1INT=1发中断请求响应中断-INTA=0，CPU响应中断中断码==数据线----调用相应中断矢量{AB=XXXXH&-RD=0}=译码读三态缓冲器数据同时，中断请求INT=0中断返回，CPU执行C、DMA方式1、DMA方式：DMA接管系统的总线控制权，无程序介入，硬件完成（中断，系统停止）。2、功能：RAM==IO设备3、过程：IO向DMA发请求DMA响应向CPU请求DMA方式CPU响应请求，交AB+CBDMA接管AB+CBRAM==IO外设DMA向IO发回答信号传