第七章輸入輸出技術輸入輸出設備是微機的重要組成部分微機原理及接口技術I/O的特點：(1)外部設備種類繁多。(2)工作速度差別很大。(3)信號類型與電平種類不一。(4)信息結構格式復雜。微機原理及接口技術輸入輸出的尋址方式CPU與外設數(shù)據(jù)傳送方式微機原理及接口技術第一節(jié)輸入輸出的尋址方式I/O端口尋址一臺微機帶多臺外設，它們通過接口電路與總線相連，某一時刻，CPU要和某一個外設進行數(shù)據(jù)傳送，計算機要準確地找到這一外設，即I/O尋址。有：(1)I/O指令尋址(獨立的I/O尋址)(2)存儲器映象尋址微機原理及接口技術一、I/O指令尋址

輸入輸出地址空間與存儲器地址空間是獨立分開的。I/O空間存儲器空間說明：

(1)指令中分別設立了面向存儲器和I/O的指令。

(2)有控制信號M/IO來區(qū)分存儲器讀寫和I/O。

(3)地址信號：存儲器A0～A19I/O直接尋址A0～A7DX間接尋址A0～A15

微機原理及接口技術二、存儲器映象尋址把一個外設端口作為存儲器的一個單元來對待，一個外設端口占有一個存儲器的地址。在進行I/O傳送時，用和存儲器傳送相同的指令就可實現(xiàn)。I/O空間說明：(1)在內(nèi)存中辟出一部分空間作為I/O地址空間

(2)沒有存儲器和I/O的控制信號。

(3)CPU對外設可使用全部存儲器操作指令。

(4)I/O有較大的編程空間，但占用了部分內(nèi)存單元。

存儲空間微機原理及接口技術第二節(jié)CPU與外設數(shù)據(jù)傳送方式一、CPU與I/O設備之間的接口信息

1.數(shù)據(jù)數(shù)字量、模擬量、開關量

2.狀態(tài)信息

用于確保CPU與外設間可靠交換數(shù)據(jù)的一類信息，通常反映出外設當前的工作狀態(tài)。如：輸入數(shù)據(jù)是否準備好，輸出設備是否空。微機原理及接口技術

3.控制信息

用于控制外設的啟動與停止。說明:(1)狀態(tài)、控制信息可通過數(shù)據(jù)總線在CPU和I/O接口之間傳送，在I/O接口中，它們有各自的寄存器，有各自的端口地址。(2)CPU通過IN讀入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，了解外設運行情況。CPU通過OUT寫入控制寄存器內(nèi)容，控制外設工作。(3)一個外設接口往往有幾個端口地址。微機原理及接口技術二、無條件傳送方式(同步方式)應用場合

已知外部設備(如開關，七段顯示器等)已經(jīng)準備好，而不必查詢它們的狀態(tài)的情況下，可直接用IN和OUT指令同外設傳送信息。微機原理及接口技術(3)由地址線譯碼，與WR，RD，M/IO組合得端口選擇信號(1)輸入接三態(tài)緩沖器與CPUDB相連，只有當CPU執(zhí)行INA，(PORT)時選中三態(tài)緩沖器，數(shù)據(jù)送至DB。(4)接口電路與程序都簡單(2)輸出接鎖存器，因為CPU執(zhí)行OUT指令時只需幾μs，而外設數(shù)據(jù)需保持一段時間。37微機原理及接口技術三、查詢傳送方式(條件傳送)(1)從外設接口讀入狀態(tài)字。(2)檢查就緒位，判斷是否傳送數(shù)據(jù)。(3)如果外設未就緒，重復(1)(2)(4)外設就緒，CPU從外設讀入數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入外設，同時清除外設的就緒狀態(tài)標志位。取外設狀態(tài)傳送數(shù)據(jù)就緒?傳完?開始NNYY結束微機原理及接口技術1.程序查詢輸入(1)輸入接口數(shù)據(jù)信息：鎖存器，三態(tài)緩沖器狀態(tài)信息：觸發(fā)器，三態(tài)緩沖器(2)接口有兩個端口地址：數(shù)據(jù)口(DATA_PORT)狀態(tài)口(STATUS_PORT)(3)輸入設備一邊發(fā)出數(shù)據(jù)，一邊發(fā)出選通信號(STB)(4)CPU先從狀態(tài)口讀入狀態(tài)信息到D7(5)狀態(tài)信息表明數(shù)據(jù)已準備好，從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)據(jù)。微機原理及接口技術例：P159，外設狀態(tài)端口為2CH，其中D4=1時，表示外設數(shù)據(jù)準備好，數(shù)據(jù)端口為2DH，從外設讀入256個字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)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)從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息，檢測D4位(2)D4=0繼續(xù)查詢(3)D4=1外設準備好，讀入數(shù)據(jù)微機原理及接口技術2.程序查詢輸出(1)輸出接口數(shù)據(jù)信息：鎖存器，數(shù)據(jù)端口地址狀態(tài)信息：觸發(fā)器，三態(tài)緩沖器，狀態(tài)端口地址

(2)輸出設備接收到CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)后，發(fā)出ACK信號，使狀態(tài)觸發(fā)器置0，即BUSY=0。CPU讀入這狀態(tài)信息(D7)，送下一個數(shù)據(jù)。(3)CPU執(zhí)行OUT指令，WR、M/IO、地址譯碼信號有效，數(shù)據(jù)打入數(shù)據(jù)鎖存器，同時令狀態(tài)觸發(fā)器Q=1，一方面通知輸出設備數(shù)據(jù)已準備好，另一方面使BUSY=1。微機原理及接口技術程序如下：

POLL: INAL，STATUS_PORT TESTAL，10000000B JNEPOLLMOVAL，STOREOUTDATA_PORT，AL微機原理及接口技術3.多個外設的查詢傳送

Y

N

Y

N

Y

N

讀設備1狀態(tài)就緒？就緒？就緒？設備1服務設備2服務設備3服務讀設備2狀態(tài)讀設備3狀態(tài)(1)程序決定查詢順序(2)設備1沒有就緒，則查詢設備2(3)查到某設備就緒，為其服務微機原理及接口技術總結：(1)查詢傳送，CPU需不斷地查詢外設接口的狀態(tài)，這樣占用CPU的大量工作時間。(2)外設越多，查詢的周期越長。微機原理及接口技術四、中斷傳送方式

為了提高CPU的工作效率，可采用中斷方式。1.中斷主程序中斷服務程序中斷請求微機原理及接口技術2.中斷傳送的接口電路中斷過程：(2)中斷允許的話(中斷屏蔽Q=1)，門打開，發(fā)出INTR，中斷禁止的話(中斷屏蔽Q=0),門關閉，不能發(fā)INTR(5)中斷服務程序執(zhí)行完畢，CPU返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。(4)CPU執(zhí)行中斷服務程序，輸入數(shù)據(jù)。(1)輸入設備發(fā)數(shù)據(jù)和STB信號，把數(shù)據(jù)打入鎖存器，并使中斷請求觸發(fā)器Q=1。(3)CPU接受此請求，發(fā)中斷響應INTA，一方面開啟三態(tài)緩沖器，把接口的中斷矢量經(jīng)DB送CPU，使CPU根據(jù)此中斷矢量轉(zhuǎn)向執(zhí)行此外設的中斷服務程序。另一方面將中斷請求觸發(fā)器復位，清除INTR。微機原理及接口技術查詢傳送方式中斷傳送方式微機原理及接口技術中斷傳送方式的特點：(1)中斷傳送比程序查詢大大提高了CPU的效率。(2)中斷傳送仍由CPU通過程序來傳送數(shù)據(jù)。38微機原理及接口技術1.DMA傳送方式(1)利用專門的DMA電路，讓外設與內(nèi)存間直接進行高速數(shù)據(jù)傳送，而不通過CPU，這樣不用涉及保護現(xiàn)場，而只跟存儲器的工作速度有關。(2)DMA傳送時CPU交出總線的管理權，處于保持狀態(tài)，由DMA控制器管理總線。五、直接內(nèi)存存取(DMA)傳送方式微機原理及接口技術2.DMA傳送方式通常用來高速傳送大批量的數(shù)據(jù)塊

(1)硬盤和軟盤I/O(2)快速通信通道I/O(3)多處理機和多程序數(shù)據(jù)塊傳送(4)圖像處理(5)快速數(shù)據(jù)采集(6)DRAM的刷新操作微機原理及接口技術3.DMA傳送包括(1)存儲單元傳送：存儲器→存儲器(2)DMA讀傳送：存儲器→I/O設備(3)

DMA寫傳送：I/O設備→存儲器微機原理及接口技術4.DMA控制器的功能(1)能向CPU發(fā)DMA請求信號HOLD。(2)CPU響應總線請求，發(fā)出響應信號HLDA，給DMAC后，接管總線控制權，進入DMA方式。(3)發(fā)地址信息，能對存儲器尋址及能修改地址指針。(4)發(fā)讀寫等控制信號。(5)能決定傳送的字節(jié)數(shù)，判斷DMA傳送是否結束。(6)發(fā)DMA結束信號，使CPU恢復正常工作狀態(tài)。微機原理及接口技術5.DMA過程(2)DMAC向CPU發(fā)HOLD，當CPU現(xiàn)行機器周期結束后響應總線請求，發(fā)HLDA，把總線控制權讓給DMAC。(1)外設數(shù)據(jù)準備好，發(fā)一個選通脈沖使DMA請求觸發(fā)器置1，一方面使控制/狀態(tài)端口發(fā)就緒信號，另一方面向DMAC發(fā)DMA請求信號。(3)DMAC接管總線，發(fā)地址和控制信息，控制外設和內(nèi)存間直接傳送數(shù)據(jù)，然后修改地址指針和計數(shù)器，檢查傳送是否結束，直至傳送結束。(4)傳送完，DMAC撤消HOLD，在下一周期使HLDA變低，CPU恢復正常工作狀態(tài)。微機原理及接口技術(1)I/O設備向DMAC發(fā)出DMA請求；(2)DMAC向CPU發(fā)出總線請求；(3)CPU向DMAC發(fā)出總線響應信號；(4)DMAC接管對系統(tǒng)總線的控制；(5)DMAC向I/O設備發(fā)出的DMA應答信號；(6)DMAC進行一個字節(jié)的傳送；(7)完成設定的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送，CPU恢復對系統(tǒng)總線的控制。微機原理及接口技術6.DMA控制器(1)DMA控制器在系統(tǒng)中的兩種工作狀態(tài)

主動態(tài)

DMAC獲得總線控制權之后

DMAC取代CPU而成為系統(tǒng)的主控者通過總線向存儲器或I/O設備發(fā)出地址、讀/寫信號。微機原理及接口技術

被動態(tài)

DMAC獲得總線控制權之