數(shù)字量的輸入輸出控制方式

1、 1.I/O接口的作用接口的作用 （1）實(shí)現(xiàn)信號的交換 一是實(shí)現(xiàn)信息性質(zhì)的交換，因計(jì)算機(jī)使用的是數(shù)字信號，而又些外圍設(shè)備需要提供的是模擬信號，兩者必須通過接口進(jìn)行交換；二是實(shí)現(xiàn)傳輸方式的交換，因計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息都是以并行方式進(jìn)行傳送的，而進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信時(shí)，信號常以串行方式傳送，因此，I/O接口電路必須具有把串行數(shù)據(jù)變換成并行傳送的功能。 （2）實(shí)現(xiàn)CPU和不同外設(shè)的速度匹配。 不同外設(shè)的工作速度差別很大，且大多數(shù)外設(shè)的速度與微妙級的CPU速度相比顯得很慢，故在數(shù)據(jù)的傳送過程中常常需要等待。這就要求在I/O接口電路中設(shè)置緩沖器，用以管存數(shù)據(jù)。 （3）實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換 通常情況下，CPU輸入/輸出的

2、數(shù)據(jù)和控制信號是TTL電平，而外部設(shè)備的信號電平類型較多，為實(shí)現(xiàn)CPU和外設(shè)之間的信號傳送，I/O接口電路要具備信號電平的這種自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。2.I/O接口電路接口電路 （1）輸入設(shè)備的）輸入設(shè)備的I/O 接口要起到三態(tài)門的作用接口要起到三態(tài)門的作用 在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,任一時(shí)刻任一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備只能有一個(gè)設(shè)備利用利用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)線應(yīng)通過三態(tài)門與系輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)線應(yīng)通過三態(tài)門與系統(tǒng)相連統(tǒng)相連. (2)輸出設(shè)備的I/O 接口要起到鎖存的作用 在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,CPU送出的數(shù)據(jù)以廣播的形式在數(shù)據(jù)線上傳出.CPU要利用總線不停的傳

3、送數(shù)據(jù),總線上的數(shù)據(jù)變化快,如何使慢速設(shè)備有足夠的時(shí)間處理數(shù)據(jù)? CPU 總線總線輸出設(shè)備輸出設(shè)備1輸出設(shè)備輸出設(shè)備2輸出設(shè)備輸出設(shè)備3輸出設(shè)備輸出設(shè)備43.輸入輸入/輸出信息的組成輸出信息的組成 (1)數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息:外設(shè)和外設(shè)和CPU之間交換信息的主體之間交換信息的主體.按其信號按其信號類型可分以下三類類型可分以下三類: 數(shù)字量數(shù)字量:以八位或十六位二進(jìn)制形式傳送的數(shù)據(jù)或是以以八位或十六位二進(jìn)制形式傳送的數(shù)據(jù)或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符碼表示的數(shù)據(jù)及字符.如鍵盤、鼠標(biāo)的輸入信息如鍵盤、鼠標(biāo)的輸入信息,或或者主機(jī)送給打印機(jī)或顯示器的輸出信息者主機(jī)送給打印機(jī)或顯示器的輸出信息. 模擬量

4、模擬量:連續(xù)變化的電壓、電流、頻率等電信號連續(xù)變化的電壓、電流、頻率等電信號. 開關(guān)量開關(guān)量(脈沖量脈沖量):用一位二進(jìn)別形式數(shù)或一串脈沖信號表用一位二進(jìn)別形式數(shù)或一串脈沖信號表示的外設(shè)數(shù)據(jù)示的外設(shè)數(shù)據(jù).如開關(guān)的閉合和斷開、電機(jī)的運(yùn)行和停止、如開關(guān)的閉合和斷開、電機(jī)的運(yùn)行和停止、閥門的打開和關(guān)閉閥門的打開和關(guān)閉. (2)狀態(tài)信息狀態(tài)信息:反映外設(shè)當(dāng)前所處工作狀態(tài)的信息反映外設(shè)當(dāng)前所處工作狀態(tài)的信息,例如常例如常用的忙或閑信號、準(zhǔn)備好信號等用的忙或閑信號、準(zhǔn)備好信號等. (3)控制信息控制信息:CPU發(fā)送給外設(shè)用于控制外設(shè)的狀態(tài)發(fā)送給外設(shè)用于控制外設(shè)的狀態(tài),工作工作方式等用途的信息方式等用途的信

5、息. 4.輸入/輸出信息的傳送方式 （1）串行傳送方式 所謂串行傳送方式，是將要傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)拆開，然后以位為單位，一位一位地進(jìn)行傳送。現(xiàn)在的PC機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口COM1和COM2。 （2）并行傳送方式 所謂并行傳送方式，是以字節(jié)或字為點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行傳送。這種傳送方式要求輸入/輸出接口的數(shù)據(jù)通道為8或16位，各位數(shù)據(jù)同步收、發(fā)。 1、直接傳送方式、直接傳送方式 指指CPU在在需要需要和數(shù)據(jù)端口進(jìn)行傳送時(shí)和數(shù)據(jù)端口進(jìn)行傳送時(shí),直接對其執(zhí)行直接對其執(zhí)行I/O指令指令(先要確保外設(shè)準(zhǔn)備好否則傳送失敗先要確保外設(shè)準(zhǔn)備好否則傳送失敗)。 2、查詢傳送方式、查詢傳送方式 傳送前傳送前,先查詢外設(shè)狀態(tài)

6、先查詢外設(shè)狀態(tài),準(zhǔn)備好才傳送準(zhǔn)備好才傳送,否則否則CPU處于等處于等待狀態(tài)。待狀態(tài)。 3、中斷傳送方式、中斷傳送方式 外設(shè)與外設(shè)與CPU處于并行工作處于并行工作,一旦外設(shè)準(zhǔn)備好一旦外設(shè)準(zhǔn)備好,外設(shè)向外設(shè)向CPU發(fā)中斷申請發(fā)中斷申請,條件具備條件具備,CPU暫停原程序執(zhí)行暫停原程序執(zhí)行,響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷,外外設(shè)與設(shè)與CPU串行工作。串行工作。 4、DMA傳送方式傳送方式 CPU不干予不干予,由硬件實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)由硬件實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù),稱直接存取存儲器。稱直接存取存儲器。 1、直接傳送方式、直接傳送方式 例如用輸出接口驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管例如用輸出接口驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED:輸出輸出“0”LED熄滅熄滅;輸出輸

7、出“1”LED發(fā)光發(fā)光.以上傳以上傳送過程沒有不協(xié)調(diào)的可能送過程沒有不協(xié)調(diào)的可能,所以也稱為同步所以也稱為同步傳送或無條件傳送傳送或無條件傳送. 簡單輸入接口舉例簡單輸入接口舉例MOV DX,218HIN AL,DX 簡單輸出接口舉例簡單輸出接口舉例MOVDX,219HOUTDX,AL2、查詢傳送方式、查詢傳送方式 實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法:在在CPU要與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)要與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí),先查詢外設(shè)先查詢外設(shè)(I/O 端口端口)的狀態(tài)的狀態(tài).對于輸入設(shè)備對于輸入設(shè)備,當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好,或者對于輸或者對于輸 出設(shè)備出設(shè)備,當(dāng)外設(shè)空閑時(shí)當(dāng)外設(shè)空閑時(shí),CPU才從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)或者向外才從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)或

8、者向外 設(shè)輸出數(shù)據(jù)設(shè)輸出數(shù)據(jù).如果外設(shè)未準(zhǔn)備好或正忙如果外設(shè)未準(zhǔn)備好或正忙,CPU要繼續(xù)查詢要繼續(xù)查詢 等待或者隔一段時(shí)間后再來查詢等待或者隔一段時(shí)間后再來查詢.如此反復(fù)進(jìn)行如此反復(fù)進(jìn)行,直至能直至能 夠傳送數(shù)據(jù)夠傳送數(shù)據(jù). 特點(diǎn)特點(diǎn): (1)CPU通過不斷查詢外設(shè)狀態(tài)通過不斷查詢外設(shè)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的速度匹配實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的速度匹配 (2)CPU的工作效率低的工作效率低. 外設(shè)的狀態(tài)端口為外設(shè)的狀態(tài)端口為21C H,其中其中D4=1時(shí)時(shí),表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好備好; 外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為218H.實(shí)現(xiàn)從外設(shè)讀入實(shí)現(xiàn)從外設(shè)讀入50H個(gè)字節(jié)到個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)內(nèi)存緩沖區(qū)buff

9、er中。中。21CH端口端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口218H端口端口數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口地址地址譯碼譯碼數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)緩沖緩沖控制控制電路電路輸輸入入外外備備CPU地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線控制線MOV DX, 218HIN AL, DXMOV DX, 21CHIN AL, DX 3、中斷傳送方式、中斷傳送方式 實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法:當(dāng)某個(gè)外設(shè)需與當(dāng)某個(gè)外設(shè)需與CPU交換數(shù)據(jù)并已做好了準(zhǔn)備交換數(shù)據(jù)并已做好了準(zhǔn)備時(shí)時(shí),就通過硬件電路向就通過硬件電路向CPU發(fā)出可屏蔽中斷申請發(fā)出可屏蔽中斷申請,在在CPU允許中斷的情況下允許中斷的情況下(IF=1),CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令后在執(zhí)行完當(dāng)前指令后,可可立即響應(yīng)外設(shè)的中斷

10、請求立即響應(yīng)外設(shè)的中斷請求,進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換.然后然后,又返回又返回原來的程序原來的程序,去執(zhí)行斷點(diǎn)處的下一條指令去執(zhí)行斷點(diǎn)處的下一條指令. 特點(diǎn)特點(diǎn): (1)中斷方式傳送是由中斷方式傳送是由I/O設(shè)備主動(dòng)請求發(fā)起的設(shè)備主動(dòng)請求發(fā)起的,免除了免除了CPU重復(fù)的查詢工作重復(fù)的查詢工作,提高了效率提高了效率,CPU對對I/O設(shè)備的請?jiān)O(shè)備的請求也響應(yīng)較快求也響應(yīng)較快,因此中斷方式得到廣泛的應(yīng)用因此中斷方式得到廣泛的應(yīng)用. (2)響應(yīng)過程將花費(fèi)響應(yīng)過程將花費(fèi)CPU時(shí)間時(shí)間,影響程序運(yùn)行速度影響程序運(yùn)行速度.響應(yīng)后響應(yīng)后數(shù)據(jù)的傳送還是依靠數(shù)據(jù)的傳送還是依靠CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序來完成執(zhí)行

11、中斷服務(wù)程序來完成,其速其速度仍受到軟件的限制度仍受到軟件的限制. 4、DMA傳送方式傳送方式 實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法:某個(gè)某個(gè)I/O設(shè)備需要傳送時(shí)設(shè)備需要傳送時(shí),經(jīng)過經(jīng)過DMA控制器控制器(DMAC)發(fā)出總線請求信號發(fā)出總線請求信號,CPU響應(yīng)后暫停正在執(zhí)行的響應(yīng)后暫停正在執(zhí)行的當(dāng)前指令當(dāng)前指令,交出總線控制權(quán)交出總線控制權(quán),DMAC接管總線接管總線,發(fā)出要訪問發(fā)出要訪問的存儲器的地址及讀的存儲器的地址及讀(寫寫)控制信號控制信號,同時(shí)也對該同時(shí)也對該I/O設(shè)備設(shè)備的數(shù)據(jù)端口發(fā)出讀的數(shù)據(jù)端口發(fā)出讀(寫寫)控制信號控制信號,使存儲器和使存儲器和I/O設(shè)備直設(shè)備直接通過數(shù)據(jù)總線完成傳送接通過數(shù)據(jù)總線完

12、成傳送.DMAC還可以進(jìn)行地址修改和還可以進(jìn)行地址修改和字節(jié)計(jì)數(shù)字節(jié)計(jì)數(shù),在一次請求得到響應(yīng)后完成一批數(shù)據(jù)的傳送在一次請求得到響應(yīng)后完成一批數(shù)據(jù)的傳送,然然后撤銷總線請求信號后撤銷總線請求信號,CPU收回總線控制權(quán)收回總線控制權(quán),繼續(xù)完成被打繼續(xù)完成被打斷的指令。斷的指令。 DMA傳送方式的特點(diǎn)傳送方式的特點(diǎn): (1)外設(shè)和內(nèi)存之間外設(shè)和內(nèi)存之間,直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,不通過不通過CPU,傳送傳送效率高效率高.適用于在內(nèi)存與高速外設(shè)、或兩個(gè)高速外設(shè)之間適用于在內(nèi)存與高速外設(shè)、或兩個(gè)高速外設(shè)之間進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送。進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送。 (2)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,硬件開銷較大。硬件開銷較大。 四種傳送方式的比較四種傳送方式的比較 直接傳送方式直接傳送方式:簡單不實(shí)用簡單不實(shí)用,效率較低。效率較低。 查詢傳送查詢傳送:簡單實(shí)用簡單實(shí)用,效率較低。效率較低。 中斷傳送中斷傳送:外設(shè)主動(dòng)外設(shè)主動(dòng),可與可與CPU