微機(jī)原理與接口技術(shù)第七章

1、微機(jī)原理及接口技術(shù)第七章第七章 輸入輸出技術(shù)輸入輸出技術(shù)z 輸入輸出設(shè)備是微機(jī)的重要組成部分微機(jī)原理及接口技術(shù)I/O的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：u(1) 外部設(shè)備種類繁多。u(2) 工作速度差別很大。u(3) 信號(hào)類型與電平種類不一。u(4) 信息結(jié)構(gòu)格式復(fù)雜。微機(jī)原理及接口技術(shù)z輸入輸出的尋址方式zCPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式微機(jī)原理及接口技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 輸入輸出的尋址方式輸入輸出的尋址方式zI/O端口尋址端口尋址z 一臺(tái)微機(jī)帶多臺(tái)外設(shè)，它們通過接口電路與總線相連，某一時(shí)刻，CPU要和某一個(gè)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，計(jì)算機(jī)要準(zhǔn)確地找到這一外設(shè)，即I/O尋址。有：z(1) I/O指令尋址(獨(dú)立的I/O尋址)z(2)

2、 存儲(chǔ)器映象尋址微機(jī)原理及接口技術(shù)z 輸入輸出地址空間與存儲(chǔ)器地址空間是獨(dú)立分開的。I/O空間存儲(chǔ)器空間z說明：z (1) 指令中分別設(shè)立了面 向存儲(chǔ)器和I/O的指令。z (2) 有控制信號(hào)M/IO來區(qū) 分存儲(chǔ)器讀寫和I/O。z (3) 地址信號(hào)：存儲(chǔ)器 A0A19 I/O直接尋址A0A7 DX間接尋址A0A15 微機(jī)原理及接口技術(shù)z 把一個(gè)外設(shè)端口作為存儲(chǔ)器的一個(gè)單元來對(duì)待，一個(gè)外設(shè)端口占有一個(gè)存儲(chǔ)器的地址。在進(jìn)行I/O傳送時(shí)，用和存儲(chǔ)器傳送相同的指令就可實(shí)現(xiàn)。I/O空間z說明：說明：(1) 在內(nèi)存中辟出一部分空間 作為I/O地址空間z (2) 沒有存儲(chǔ)器和I/O的控制信號(hào)。z (3) CP

3、U對(duì)外設(shè)可使用全部存儲(chǔ)器操作指令。z (4) I/O有較大的編程空間，但占用了部分內(nèi)存單元。 存儲(chǔ)空間微機(jī)原理及接口技術(shù)第二節(jié)第二節(jié) CPUCPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方式z 1. 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)z 數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量z 2. 狀態(tài)信息狀態(tài)信息z 用于確保CPU與外設(shè)間可靠交換數(shù)據(jù)的一類信息，通常反映出外設(shè)當(dāng)前的工作狀態(tài)。 如：輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，輸出設(shè)備是否空。微機(jī)原理及接口技術(shù)z 3. 控制信息控制信息 用于控制外設(shè)的啟動(dòng)與停止。說明說明: (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I

4、N讀入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，了解外設(shè)運(yùn)行情況。 CPU通過OUT寫入控制寄存器內(nèi)容，控制外設(shè)工作。 (3) 一個(gè)外設(shè)接口往往有幾個(gè)端口地址。微機(jī)原理及接口技術(shù)z應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合z 已知外部設(shè)備(如開關(guān)，七段顯示器等)已經(jīng)準(zhǔn)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(shè)傳送信息。微機(jī)原理及接口技術(shù)(3) 由地址線譯碼，與WR，RD，M/ IO組合得端口選擇信號(hào)(1) 輸入接三態(tài)緩沖器與CPU DB相連，只有當(dāng)CPU執(zhí)行IN A，(PORT)時(shí)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(jiǎn)單(2) 輸出接鎖存器，因?yàn)镃PU執(zhí)行OUT指令時(shí)只需幾s ，而外設(shè)數(shù)據(jù)需保持一段時(shí)

5、間。37微機(jī)原理及接口技術(shù)z(1) 從外設(shè)接口讀入狀態(tài)字。z(2) 檢查就緒位，判斷是否傳送數(shù)據(jù)。z(3) 如果外設(shè)未就緒，重復(fù) (1)(2) z(4) 外設(shè)就緒，CPU從外設(shè)讀入數(shù)據(jù)或把數(shù)據(jù)寫入外設(shè)，同時(shí)清除外設(shè)的就緒狀態(tài)標(biāo)志位。 取外設(shè)狀態(tài)傳送數(shù)據(jù)就緒?傳完?開始NNYY結(jié)束微機(jī)原理及接口技術(shù)z1. 程序查詢輸入程序查詢輸入(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(gè)端口地址：數(shù)據(jù)口(DATA_PORT)狀態(tài)口(STATUS_PORT)(3) 輸入設(shè)備一邊發(fā)出數(shù)據(jù)，一邊發(fā)出選通信號(hào)(STB)(4) CPU先從狀態(tài)口讀入狀態(tài)信息到D7(5) 狀

6、態(tài)信息表明數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，從數(shù)據(jù)口讀入數(shù)據(jù)。微機(jī)原理及接口技術(shù)z例：P159，外設(shè)狀態(tài)端口為2CH，其中D4=1時(shí)，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，數(shù)據(jù)端口為2DH，從外設(shè)讀入256個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer。mov ax，seg buffermov ds，axleadi，buffermov cx，100hnext:mov dx，2chask:inal，dx testal，00010000B jz askmov dx，2dh in al，dxmov di，alindiloop next (1) 從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息，檢測(cè)D4位(2) D4=0繼續(xù)查詢(3) D4=1外設(shè)準(zhǔn)備好，讀入數(shù)據(jù)微機(jī)原理及接口技

7、術(shù)z2.程序查詢輸出程序查詢輸出(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(shè)備接收到CPU發(fā)出的數(shù)據(jù)后，發(fā)出ACK信號(hào)，使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置0，即BUSY=0。CPU讀入這狀態(tài)信息(D7)，送下一個(gè)數(shù)據(jù)。(3) CPU執(zhí)行OUT指令，WR、M/IO、地址譯碼信號(hào)有效，數(shù)據(jù)打入數(shù)據(jù)鎖存器，同時(shí)令狀態(tài)觸發(fā)器Q=1，一方面通知輸出設(shè)備數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，另一方面使BUSY=1。微機(jī)原理及接口技術(shù)程序如下：程序如下： POLL: IN AL，STATUS_PORT TEST AL，10000000B JNE POLL MOV AL，STORE OUT

8、DATA_PORT，AL微機(jī)原理及接口技術(shù)3.多個(gè)外設(shè)的查詢傳送多個(gè)外設(shè)的查詢傳送 Y N Y N Y N 讀設(shè)備1狀態(tài)就緒？就緒？就緒？設(shè)備1服務(wù)設(shè)備2服務(wù)設(shè)備3服務(wù)讀設(shè)備2狀態(tài)讀設(shè)備3狀態(tài)(1) 程序決定查詢順序(2) 設(shè)備1沒有就緒，則查詢?cè)O(shè)備2(3)查到某設(shè)備就緒，為其服務(wù)微機(jī)原理及接口技術(shù)總結(jié)：總結(jié)：z(1) 查詢傳送，CPU需不斷地查詢外設(shè)接口的狀態(tài)，這樣占用CPU的大量工作時(shí)間。z(2) 外設(shè)越多，查詢的周期越長(zhǎng)。微機(jī)原理及接口技術(shù) 為了提高CPU的工作效率，可采用中斷方式。z1.中斷中斷主程序中斷服務(wù)程序中斷請(qǐng)求微機(jī)原理及接口技術(shù)2.中斷傳送的接口電路中斷傳送的接口電路中斷過程

9、：(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(guān)閉，不能發(fā)INTR(5) 中斷服務(wù)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(wù)程序，輸入數(shù)據(jù)。(1) 輸入設(shè)備發(fā)數(shù)據(jù)和STB信號(hào)，把數(shù)據(jù)打入鎖存器，并使中斷請(qǐng)求觸發(fā)器Q=1。(3)CPU接受此請(qǐng)求，發(fā)中斷響應(yīng)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(shè)的中斷服務(wù)程序。另一方面將中斷請(qǐng)求觸發(fā)器復(fù)位，清除INTR。微機(jī)原理及接口技術(shù)查詢傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式中斷傳送方式微機(jī)原理及接口技術(shù)z中斷傳送方式的特點(diǎn)：z

10、 (1) 中斷傳送比程序查詢大大提高了CPU的效率。z (2) 中斷傳送仍由CPU通過程序來傳送數(shù)據(jù)。38微機(jī)原理及接口技術(shù)1. DMA傳送方式傳送方式z(1) 利用專門的DMA電路，讓外設(shè)與內(nèi)存間直接進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送，而不通過CPU，這樣不用涉及保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，而只跟存儲(chǔ)器的工作速度有關(guān)。z(2) DMA傳送時(shí)CPU交出總線的管理權(quán)，處于保持狀態(tài)，由DMA控制器管理總線。微機(jī)原理及接口技術(shù)z2. DMA傳送方式通常用來高速傳送方式通常用來高速傳送大批量的數(shù)據(jù)塊傳送大批量的數(shù)據(jù)塊z (1) 硬盤和軟盤I/Oz (2) 快速通信通道I/Oz (3) 多處理機(jī)和多程序數(shù)據(jù)塊傳送z (4) 圖像處理z (

11、5) 快速數(shù)據(jù)采集z (6) DRAM的刷新操作微機(jī)原理及接口技術(shù)z3. DMA傳送包括傳送包括z (1) 存儲(chǔ)單元傳送：存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器z (2) DMA讀傳送：存儲(chǔ)器I/O設(shè)備z (3) DMA寫傳送：I/O設(shè)備存儲(chǔ)器微機(jī)原理及接口技術(shù)4. DMA控制器的功能控制器的功能z(1) 能向CPU發(fā)DMA請(qǐng)求信號(hào)HOLD。z(2) CPU響應(yīng)總線請(qǐng)求，發(fā)出響應(yīng)信號(hào)HLDA，給DMAC后，接管總線控制權(quán)，進(jìn)入DMA方式。z(3) 發(fā)地址信息，能對(duì)存儲(chǔ)器尋址及能修改地址指針。z(4) 發(fā)讀寫等控制信號(hào)。z(5) 能決定傳送的字節(jié)數(shù)，判斷DMA傳送是否結(jié)束。z(6) 發(fā)DMA結(jié)束信號(hào)，使CPU恢復(fù)正常工作

12、狀態(tài)。微機(jī)原理及接口技術(shù)5.DMA過程過程(2) DMAC向CPU發(fā)HOLD，當(dāng)CPU現(xiàn)行機(jī)器周期結(jié)束后響應(yīng)總線請(qǐng)求，發(fā)HLDA，把總線控制權(quán)讓給DMAC。(1) 外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，發(fā)一個(gè)選通脈沖使DMA請(qǐng)求觸發(fā)器置1，一方面使控制/狀態(tài)端口發(fā)就緒信號(hào)，另一方面向DMAC發(fā)DMA請(qǐng)求信號(hào)。(3) DMAC接管總線，發(fā)地址和控制信息，控制外設(shè)和內(nèi)存間直接傳送數(shù)據(jù)，然后修改地址指針和計(jì)數(shù)器，檢查傳送是否結(jié)束，直至傳送結(jié)束。(4)傳送完，DMAC撤消HOLD，在下一周期使HLDA變低，CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。微機(jī)原理及接口技術(shù)z (1) I/O設(shè)備向DMAC發(fā)出DMA請(qǐng)求；z (2) DMAC向CPU

13、發(fā)出總線請(qǐng)求； z (3) CPU向DMAC發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)；z (4) DMAC接管對(duì)系統(tǒng)總線的控制； z (5) DMAC向I/O設(shè)備發(fā)出的DMA應(yīng)答信號(hào)；z (6) DMAC進(jìn)行一個(gè)字節(jié)的傳送；z (7) 完成設(shè)定的字節(jié)數(shù)據(jù)傳送，CPU恢復(fù)對(duì)系統(tǒng)總線的控制。微機(jī)原理及接口技術(shù)6 . DMA控制器控制器z(1) DMA控制器在系統(tǒng)中的兩種工作狀態(tài)控制器在系統(tǒng)中的兩種工作狀態(tài)z 主動(dòng)態(tài)主動(dòng)態(tài)z DMAC獲得總線控制權(quán)之后之后z DMAC取代CPU而成為系統(tǒng)的主控者z 通過總線向存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備發(fā)出地址、讀/寫信號(hào)。微機(jī)原理及接口技術(shù)z 被動(dòng)態(tài)被動(dòng)態(tài)z DMAC獲得總線控制權(quán)之前之前z DMAC受CPU控制z CPU可對(duì)DMAC進(jìn)行初始化編程，