第7章輸入輸出接口7.1輸入輸出概述

7.1.1I/O端口編址方式

7.1.2CPU和I/O設(shè)備間的接口信息7.2輸入輸出的控制方式

7.2.1程序傳送方式

7.2.2中斷傳送方式

7.2.3直接存儲(chǔ)器存取方式本章小結(jié)第七章

輸入輸出接口基本內(nèi)容:I/O接口概念；I/O接口應(yīng)用背景；CPU與I/O設(shè)備間的信號(hào)種類；I/O端口的編址方式；I/O三種傳輸方式:程序查詢方式,程序中斷方式,DMA方式基本要求:

理解I/O接口的作用和一般結(jié)構(gòu)；掌握I/O的編址方式和I/O傳輸方式的三種方式；重點(diǎn)內(nèi)容:I/O接口信號(hào)種類；I/O編址方式；三種傳輸方式；難點(diǎn)內(nèi)容:

三種傳輸方式第七章

輸入輸出接口什么是I/O接口（電路）？I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來(lái)協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路，接口就是CPU與外設(shè)的連接部件。PC機(jī)系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總線槽的電路板（適配器）都是接口電路CPU接口電路

I/O設(shè)備接口在CPU與外設(shè)之間7.1輸入輸出接口概述7.1輸入輸出接口概述為什么要接口電路?

外部設(shè)備種類繁多，從工作原理來(lái)講，可分為機(jī)械式、電動(dòng)式、電子式和其它形式等幾類。它們對(duì)所傳輸?shù)男畔⒌囊笠哺鞑幌嗤@就給計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的信息交換帶來(lái)以下一些問(wèn)題：(1)速度不匹配：CPU的速度很高，而外設(shè)的速度要低得多，而且不同的外設(shè)速度差異甚大，它們之中既有每秒鐘能傳送兆位數(shù)量級(jí)的硬磁盤(pán)，也有每秒鐘只能打印百位字符的串行打印機(jī)或速度更慢的鍵盤(pán)。7.1輸入輸出接口概述為什么要接口電路?(2)信號(hào)電平不匹配：CPU所使用的信號(hào)都是TTL電平，而外設(shè)大多是復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，往往不能用TTL電平所驅(qū)動(dòng)，必須有自己的電源系統(tǒng)和信號(hào)電平。(3)信號(hào)格式不匹配：CPU系統(tǒng)總線上傳送的通常是8位、16位或32位的并行數(shù)據(jù)，而各種外設(shè)使用的信息格式各不相同。有些設(shè)備上用的是模擬量，而有些是數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量；有些設(shè)備上的信息是電流量，而有些卻是電壓量，有些設(shè)備采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，而有些則用并行方式。(4)時(shí)序不匹配：各種外設(shè)都有自己的定時(shí)和控制邏輯，與計(jì)算機(jī)的CPU時(shí)序不一致。接口的功能有：(1)鎖存功能(2)緩沖隔離功能(3)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能(串/并轉(zhuǎn)換)；(4)聯(lián)絡(luò)功能(協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息)；(5)尋址功能；7.1輸入輸出接口概述輸入/輸出接口及其功能數(shù)據(jù)信息：外設(shè)的數(shù)據(jù)：數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量。狀態(tài)信息：I/O設(shè)備的狀態(tài)控制信息：CPU的控制信息CPU和外設(shè)之間交換的三種信息7.1輸入輸出接口概述I/O接口的典型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)端口:存放CPU與外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)信息。狀態(tài)端口:反映當(dāng)前外設(shè)所處的工作狀態(tài)。控制端口:CPU通過(guò)接口向外設(shè)傳送控制信息。控制總線CB地址總線ABI/O接口電路數(shù)據(jù)控制狀態(tài)數(shù)據(jù)總線DBCPU外設(shè)控制端口狀態(tài)端口數(shù)據(jù)端口7.1輸入輸出接口概述概念I(lǐng)/O端口:是接口電路中CPU能訪問(wèn)的寄存器的地址.I/O操作:CPU對(duì)I/O接口電路(與設(shè)備相關(guān))的操作.不是訪問(wèn)I/O設(shè)備.端口編址方式——兩種方式將存儲(chǔ)器與外設(shè)端口統(tǒng)一編址外設(shè)端口單獨(dú)編址I/O端口及尋址方式7.1輸入輸出接口概述I/O端口單獨(dú)編址內(nèi)存空間I/O空間FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口獨(dú)立編址7.1輸入輸出接口概述7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

程序控制方式硬件傳送方式無(wú)條件傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式DMA直接存儲(chǔ)器存取方式一、

無(wú)條件傳送方式由程序控制CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換。傳送過(guò)程：外設(shè)已準(zhǔn)備好，不查詢外設(shè)的狀態(tài)輸入時(shí)，外設(shè)的數(shù)據(jù)已送到三態(tài)緩沖器。輸出時(shí)，CPU的輸出信息已送到輸出鎖存器的輸入端。用途：用于簡(jiǎn)單外設(shè)開(kāi)關(guān)LED顯示器7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

選中地址數(shù)據(jù)寫(xiě)信號(hào)讀信號(hào)輸出端口無(wú)條件傳送輸入端口一、

無(wú)條件傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

查詢式數(shù)據(jù)傳送過(guò)程3個(gè)環(huán)節(jié)：查詢狀態(tài)環(huán)節(jié)CPU尋址狀態(tài)口，讀取狀態(tài)字檢測(cè)是否滿足“就緒”條件如果不滿足，回到第一步讀取狀態(tài)字；數(shù)據(jù)傳送環(huán)節(jié)外設(shè)已處于“就緒”狀態(tài)，尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過(guò)輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過(guò)輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)特點(diǎn)：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN流程二、

查詢傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

1）查詢式輸入7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式例：設(shè)有某輸入接口，狀態(tài)口地址83H,數(shù)據(jù)口地址80H,當(dāng)狀態(tài)口的D7為1時(shí),數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。試編寫(xiě)查尋式輸入一個(gè)數(shù)據(jù)的程序；POLL：INAL，83HTESTAL，80H；檢查狀態(tài)位D7JZPOLL；D7=0,沒(méi)就緒，繼續(xù)查詢

INAL，80H；D7=1,就緒，從數(shù)據(jù)端口；讀入數(shù)據(jù)D7D6D0READY7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式2）查詢式輸出：CPU查詢外設(shè)狀態(tài)是否忙,不忙,執(zhí)行輸出;否則等待。7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

例：設(shè)有某輸出接口，狀態(tài)口地址63H,數(shù)據(jù)口地址60H,當(dāng)狀態(tài)口的D0為1時(shí),輸出忙BUSY，D0為0時(shí)，可以輸出數(shù)據(jù)。試編寫(xiě)查尋式輸出DAT單元一個(gè)數(shù)據(jù)的程序。查詢部分的程序：POLL：INAL，63H；讀入狀態(tài)

TESTAL，01H；檢查忙標(biāo)志D0JNZPOLL；D0=1,未就緒，繼續(xù)查詢

MOVAL，DAT；D0=0,就緒,數(shù)據(jù)送ALOUT60H，AL；將數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)端口

D7D6

D0BUSY7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式例：設(shè)有某輸入接口，狀態(tài)口地址83H,數(shù)據(jù)口地址80H,當(dāng)狀態(tài)口的D7為1時(shí),數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。試用查尋式方式，輸入10個(gè)數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存在BUF開(kāi)始的單元中的程序，編寫(xiě)主要程序段。

BUFDB10DUP(?)MOVSI,0MOVCX,10POLL:INAL,83HTESTAL,80;檢查狀態(tài)位READYJZPOLLINAL,80HMOVBUF[SI],AL;存數(shù)據(jù)

INCSILOOPPOLL…...7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)外設(shè)時(shí)查詢方式如何工作？7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式查詢傳送方式優(yōu)點(diǎn)：接口電路和程序設(shè)計(jì)都較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：CPU外設(shè)不能并行工作，CPU的效率低，外設(shè)得不到及時(shí)響應(yīng)。適用場(chǎng)合：這種傳送方式適用于一般工作速度較慢的外設(shè)，特別是外設(shè)數(shù)量不多，實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

二、

查詢傳送方式原理在每次外設(shè)準(zhǔn)備好或空閑時(shí)，主動(dòng)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，以示要傳送數(shù)據(jù)，CPU響應(yīng)該請(qǐng)求后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送。三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

斷點(diǎn)主程序中斷服務(wù)程序中斷請(qǐng)求對(duì)外設(shè)進(jìn)行處理繼續(xù)執(zhí)行返回?cái)帱c(diǎn)中斷過(guò)程大致分為：中斷請(qǐng)求：由需要提供中斷服務(wù)的設(shè)備提出；中斷響應(yīng)：CPU給設(shè)備發(fā)出一個(gè)中斷應(yīng)答信號(hào)；現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)：保護(hù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序前的各種信息；執(zhí)行中斷服務(wù)程序：完成特定的操作；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)：中斷返回：返回到主程序三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的工作效率高，CPU、I/O設(shè)備可以并行工作，外設(shè)可以主動(dòng)向CPU請(qǐng)求，能夠得到CPU的及時(shí)響應(yīng)。缺點(diǎn)：每次傳送數(shù)據(jù)，CPU都要做許多額外的工作，傳送速度仍然不是很快。適用場(chǎng)合：這種方式適用于一般工作速度不是很快的外設(shè)，特別是實(shí)時(shí)控制、檢測(cè)場(chǎng)合。三、中斷傳送方式7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

四、直接存儲(chǔ)器存取方式（DMA）

(DirectMemoryAccess)7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

希望克服程序控制傳送的不足CPU外設(shè)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用專用接口直接數(shù)據(jù)傳送7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

DMA的功能有哪些？①能接受外設(shè)的請(qǐng)求，并能向CPU發(fā)DMA請(qǐng)求信號(hào)；②CPU接到DMA請(qǐng)求信號(hào)，如果允許，CPU發(fā)DMA響應(yīng)信號(hào)，DMA控制器接管總線，進(jìn)入DMA方式；③能尋址存儲(chǔ)器，并修改地址；④能向外設(shè)發(fā)讀/寫(xiě)信號(hào)；⑤能控制傳誦的字節(jié)數(shù)，判斷DMA是否結(jié)束；⑥D(zhuǎn)MA結(jié)束時(shí)，能向CPU發(fā)出結(jié)束信號(hào)，將總線控制權(quán)交還CPU；7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

HLDA發(fā)存儲(chǔ)器地址傳送數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？DMA結(jié)束修改地址指針圖7.17DMA流程圖7.2

CPU與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳遞方式

幾種數(shù)據(jù)傳送方式特點(diǎn)？無(wú)條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步查詢傳送：