第6章 IO接口和總線

1、1第第6章章 I/O接口和總線接口和總線2vI/O接口接口I/O接口的功能接口的功能簡(jiǎn)單的輸入輸出接口芯片簡(jiǎn)單的輸入輸出接口芯片I/O端口及其尋址方式端口及其尋址方式CPUCPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式v總線總線3I/OI/O接口功能接口功能 必要性必要性速度不匹配速度不匹配信號(hào)電平不匹配信號(hào)電平不匹配信號(hào)格式不匹配信號(hào)格式不匹配時(shí)序不匹配時(shí)序不匹配 功能功能數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖- -鎖存器、緩沖器鎖存器、緩沖器信號(hào)電平轉(zhuǎn)換信號(hào)電平轉(zhuǎn)換-MC1488-MC1488、MC1489MC1489、MAX232MAX232、MAX233MAX233信息邏輯轉(zhuǎn)換信息邏輯轉(zhuǎn)換-A/D-A/

2、D、D/AD/A時(shí)序控制時(shí)序控制地址譯碼地址譯碼中斷控制中斷控制4v數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 74LS245(74LS244)/8286(8287) (828774LS245(74LS244)/8286(8287) (8287輸輸入與輸出反相入與輸出反相,74LS244,74LS244單向單向) )v地址鎖存器地址鎖存器74LS373/8282(8283)(828374LS373/8282(8283)(8283輸輸入與輸出反相入與輸出反相) )輸入輸入輸出接口芯片輸出接口芯片5I/OI/O端口及其尋址方式端口及其尋址方式 數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口：數(shù)據(jù)緩沖：數(shù)據(jù)緩沖 狀態(tài)端口狀態(tài)端口：狀態(tài)信號(hào)：狀態(tài)信號(hào)準(zhǔn)

3、備就緒位準(zhǔn)備就緒位忙碌位忙碌位錯(cuò)誤位錯(cuò)誤位 命令端口命令端口（控制端口）：存放命令（控制端口）：存放命令和控制字和控制字6I/OI/O端口及其尋址方式端口及其尋址方式I/OI/O單獨(dú)編址方式單獨(dú)編址方式 獨(dú)立編址；獨(dú)立編址； 不占內(nèi)存；不占內(nèi)存； 程序有單獨(dú)的輸入輸出指令，程序有單獨(dú)的輸入輸出指令，可讀性好；可讀性好； 指令系統(tǒng)需要有專門的指令系統(tǒng)需要有專門的ININ和和OUTOUT指令，這些指令沒有存儲(chǔ)指令，這些指令沒有存儲(chǔ)器指令強(qiáng)；器指令強(qiáng)； I/OI/O地址譯碼電路較簡(jiǎn)單；地址譯碼電路較簡(jiǎn)單； 執(zhí)行速度快；執(zhí)行速度快； CPUCPU要能提供區(qū)分存儲(chǔ)器讀寫要能提供區(qū)分存儲(chǔ)器讀寫和和I/OI

4、/O讀寫的控制信號(hào)。讀寫的控制信號(hào)。存儲(chǔ)器映象尋址方式存儲(chǔ)器映象尋址方式 與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址；與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址； I/OI/O端口作為存儲(chǔ)器的一部分；端口作為存儲(chǔ)器的一部分； I/OI/O地址空間可大可?。坏刂房臻g可大可?。?I/OI/O端口占用了存儲(chǔ)器空間；端口占用了存儲(chǔ)器空間； 無需無需I/OI/O操作指令，簡(jiǎn)化指令操作指令，簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)；系統(tǒng)； 能用功能強(qiáng)的存儲(chǔ)器指令訪問能用功能強(qiáng)的存儲(chǔ)器指令訪問I/OI/O設(shè)備；設(shè)備； 必須用全譯碼方式形成必須用全譯碼方式形成I/OI/O地地址，譯碼電路復(fù)雜；址，譯碼電路復(fù)雜； 延長(zhǎng)了輸入輸出操作時(shí)間。延長(zhǎng)了輸入輸出操作時(shí)間。n尋址方式選擇視尋址方式選擇

5、視CPUCPU結(jié)構(gòu)型號(hào)而定結(jié)構(gòu)型號(hào)而定7CPUCPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式v程序控制方式程序控制方式v中斷方式中斷方式vDMADMA方式方式8 程序控制方式程序控制方式無條件傳送方式無條件傳送方式( (同步傳送方式同步傳送方式) )接開關(guān)接開關(guān)( (輸入輸入) )接接LEDLED發(fā)光二極管發(fā)光二極管( (輸出輸出) )條件傳送條件傳送( (查詢式傳送方式查詢式傳送方式) )CPUCPU反復(fù)輸入外設(shè)狀態(tài)，查詢外設(shè)是否準(zhǔn)備好反復(fù)輸入外設(shè)狀態(tài)，查詢外設(shè)是否準(zhǔn)備好查詢等待占用查詢等待占用CPUCPU大量時(shí)間，使大量時(shí)間，使CPUCPU利用率很低利用率很低CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方

6、式9程序傳送方式程序傳送方式 v查詢式輸入方式查詢式輸入方式 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式10程序傳送方式程序傳送方式 v查詢式輸入方式查詢式輸入方式 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式 MOV BX,0 MOV BX,0 ; ;初始化地址指針初始化地址指針 MOV CX,COUNT_1MOV CX,COUNT_1; ;輸入字節(jié)數(shù)輸入字節(jié)數(shù)READ_S1:READ_S1:IN AL,PORT_S1IN AL,PORT_S1; ; CS1CS1，讀入，讀入ReadyReady狀態(tài)狀態(tài) TEST AL,01HTEST AL,01H JZ READ_S1 JZ READ_S1 IN AL,PORT_IN

7、IN AL,PORT_IN; ; CS2CS2，ReadyReady狀態(tài)清狀態(tài)清0 0 MOV BX,AL MOV BX,AL INC BX INC BX LOOP READ_S1 LOOP READ_S1DEC CXDEC CXJNZ READ_S1JNZ READ_S111程序傳送方式程序傳送方式 v查詢式輸出方式查詢式輸出方式 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式12程序傳送方式程序傳送方式 v查詢式輸出方式查詢式輸出方式 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式 MOV CX,COUNT_2MOV CX,COUNT_2READ_S2: READ_S2: IN AL,PORT_S1; IN AL,PORT_

8、S1; CS1CS1，讀入，讀入BUSYBUSY狀態(tài)狀態(tài) TEST AL,02HTEST AL,02H JNZ READ_S2 JNZ READ_S2 MOV AL, MOV AL,輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) OUT PORT_OUT,ALOUT PORT_OUT,AL; ; CS2CS2，BUSYBUSY置置1 1，忙，忙 LOOP READ_S2LOOP READ_S213中斷傳送方式中斷傳送方式vCPUCPU執(zhí)行主程序；執(zhí)行主程序；v當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好后，外設(shè)接口便主動(dòng)向當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好后，外設(shè)接口便主動(dòng)向CPUCPU發(fā)發(fā)“中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求”信號(hào)；信號(hào)；vCPUCPU響應(yīng)這一請(qǐng)求，則暫停正在執(zhí)行的程序，響應(yīng)

9、這一請(qǐng)求，則暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行與外設(shè)操作有關(guān)的中斷服務(wù)程序；轉(zhuǎn)去執(zhí)行與外設(shè)操作有關(guān)的中斷服務(wù)程序；v在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)的輸入或輸出；在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)的輸入或輸出；v中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，CPUCPU返回到原來程序返回到原來程序的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式14DMADMA傳送方式傳送方式v在存儲(chǔ)器和外設(shè)之間建立起在存儲(chǔ)器和外設(shè)之間建立起直接的數(shù)據(jù)傳送直接的數(shù)據(jù)傳送通路通路，即不經(jīng)由，即不經(jīng)由CPUCPU，而由專門的，而由專門的DMADMA控制器控制器實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的操作。實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器和外設(shè)之間的操作。v傳送就不必

10、進(jìn)行保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)等一系列額外操作，傳送就不必進(jìn)行保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)等一系列額外操作，從而從而減輕了減輕了CPUCPU的負(fù)擔(dān)的負(fù)擔(dān)，因此特別適合于高，因此特別適合于高速度大批量數(shù)據(jù)傳送的場(chǎng)合。速度大批量數(shù)據(jù)傳送的場(chǎng)合。v要要增設(shè)增設(shè)DMADMA控制器控制器，硬件電路比前兩種方式，硬件電路比前兩種方式更為復(fù)雜。更為復(fù)雜。 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式15DMADMA傳送方式傳送方式CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式16DMADMA傳送方式傳送方式 CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式17DMADMA傳送的基本過程如下：傳送的基本過程如下： 初始化初始化DMADMA控制器，設(shè)定要傳送的字節(jié)數(shù)，內(nèi)存塊起始地址；控制器，設(shè)定要傳送

11、的字節(jié)數(shù)，內(nèi)存塊起始地址； 當(dāng)當(dāng)I/OI/O接口準(zhǔn)備好，希望進(jìn)行接口準(zhǔn)備好，希望進(jìn)行DMADMA操作時(shí)，就向操作時(shí)，就向DMADMA控制器發(fā)出控制器發(fā)出DMADMA請(qǐng)求信號(hào)請(qǐng)求信號(hào)(DRQ)(DRQ)； DMADMA控制器將此請(qǐng)求信號(hào)轉(zhuǎn)變成對(duì)控制器將此請(qǐng)求信號(hào)轉(zhuǎn)變成對(duì)CPUCPU的總線請(qǐng)求信號(hào)的總線請(qǐng)求信號(hào)(HRQ)(HRQ)； CPUCPU當(dāng)前機(jī)器周期執(zhí)行結(jié)束，響應(yīng)當(dāng)前機(jī)器周期執(zhí)行結(jié)束，響應(yīng)DMADMA請(qǐng)求發(fā)出總線應(yīng)答信號(hào)請(qǐng)求發(fā)出總線應(yīng)答信號(hào)(HLDA)(HLDA)，此時(shí)，由，此時(shí)，由DMADMA控制器接管對(duì)總線的控制；控制器接管對(duì)總線的控制； 由由DMADMA控制器對(duì)存儲(chǔ)器尋址，并發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)控制器對(duì)存儲(chǔ)器尋址，并發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)（DACKDACK、 、 ）, ,使存儲(chǔ)器與使存儲(chǔ)器與I/OI/O接口之間直接交換數(shù)據(jù)；接口之間直接交換數(shù)據(jù)； 在傳送一字節(jié)數(shù)據(jù)后，在傳送一字節(jié)數(shù)據(jù)后，DMADMA控制器自動(dòng)修改存儲(chǔ)器地址和傳送控制器自動(dòng)修改存儲(chǔ)器地址和傳送字節(jié)計(jì)數(shù)器，并檢測(cè)傳送是否結(jié)束；字節(jié)計(jì)