第六章 接口技術(shù)

第六章輸入輸出接口技術(shù)教學(xué)內(nèi)容接口的基本概念I(lǐng)/O端口的編址與訪問I/O端口地址譯碼方法CPU和外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳輸方式6.1I/O接口的基本概念I(lǐng)/O接口的定義I/O接口的主要功能I/O接口的典型結(jié)構(gòu)6.1.1I/O接口的定義I/O接口:是將外設(shè)間接到系統(tǒng)總線上的一組邏輯電路的總稱。I/O接口是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。系統(tǒng)總線I/O設(shè)備接口電路CPU接口外設(shè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)控制信號控制信號狀態(tài)信號狀態(tài)信號可能是單向的I/O接口與I/O設(shè)備不同I/O設(shè)備對應(yīng)I/O接口不同。I/O接口受CPU控制，I/O設(shè)備受I/O接口控制。為增加通用性，I/O接口電路一般均具有可編程功能。微機(jī)的應(yīng)用離不開外部設(shè)備接口的設(shè)計、選用和連接。6.1.2I/O接口的主要功能I/O地址譯碼功能信息的輸入輸出功能輸入：CPU讀取外設(shè)中的信息輸出：CPU向外設(shè)寫信息對輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖和鎖存輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)輸入接口有緩沖環(huán)節(jié)對信號的形式和數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行變換電平轉(zhuǎn)換，信息格式變換，碼制轉(zhuǎn)換。。。6.1.3I/O接口的典型結(jié)構(gòu)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)控制寄存器狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)寄存器1.接口電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接口電路的外部特性接口電路的可編程性6.2I/O端口的編址與訪問I/O端口I/O端口編址8086/8088的I/O端口訪問1.端口（PORT）端口：是指分配了地址的寄存器，能被CPU直接訪問。接口中的數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器都叫做I/O端口。I/O端口地址：是對接口中端口的編號。訪問設(shè)備實際上是訪問相關(guān)的端口。接口與I/O端口的關(guān)系：一個接口電路可以具有多個I/O端口，每個端口用來保存和交換不同的信息。輸入、輸出端口可以是同一個I/O地址。一定要理解2.I/O端口的編址I/O端口與存儲器統(tǒng)一編址I/O端口單獨編址內(nèi)存部分I/O部分存儲器空間00000FFFFFI/O端口與存儲器統(tǒng)一編址也稱存儲器映象I/O編址，存儲單元和I/O端口統(tǒng)一編址。一個I/O端口等同于一個存儲器單元。優(yōu)點：對I/O端口的訪問命令與對存儲器單元訪問相同，不必使用專用I/O指令；外設(shè)數(shù)目或I/O寄存器數(shù)幾乎不受限制。系統(tǒng)讀寫控制邏輯較簡單。缺點：I/O端口要占去部分存儲器地址空間。程序不易閱讀。內(nèi)存空間I/O空間FFFFF0FFFFI/O端口單獨編址I/O端口地址空間與存儲器地址空間相互獨立。優(yōu)點：I/O端口的地址空間獨立地址譯碼電路相對簡單專門的I/O指令使程序清晰易讀缺點：I/O指令沒有存儲器指令豐富Intel系列微機(jī)I/O編址：Intel系列微處理器支持I/O獨立編址方式和I/O統(tǒng)一編址（存儲器映象編址）方式。Intel系列微機(jī)系統(tǒng)僅支持I/O獨立編址方式。3.8086/8088的I/O端口訪問I/O端口地址空間：8086用于尋址外設(shè)端口的地址線為16條，端口最多64K個，端口號為0000H~FFFFH。IBM-PC/XT機(jī)在制造中只使用A9～A010位地址來表示I/O空間，因此其I/O端口的地址為000H～3FFH，共1KB。I/O端口尋址方式：直接尋址：指令中給出端口的地址，端口尋址范圍為00H~FFH共256個。間接尋址：使用DX寄存器間接給出I/O端口地址，可尋址的范圍是0000H~FFFFH共64K個端口。I/O指令：輸入指令：IN輸出指令：OUT8088/8086的輸入輸出指令輸入指令I(lǐng)NAL,i8

;字節(jié)輸入，直接尋址INAX,i8 ;字輸入，直接尋址INAL,DX

;字節(jié)輸入，間接尋址INAX,DX ;字輸入，間接尋址輸出指令OUTi8,AL

;字節(jié)輸出，直接尋址OUTi8,AL ;字輸出，直接尋址OUTDX,AL

;字節(jié)輸出，間接尋址OUTDX,AL ;字輸出，間接尋址6.3I/O端口地址譯碼方法I/O端口地址譯碼的一般原則是：把CPU用于I/O端口尋址的地址線分為高位地址線和低位地址線兩部分：將高位地址線與CPU的控制信號組合，經(jīng)地址譯碼電路產(chǎn)生I/O接口芯片的片選信號。將低位地址線直接連到I/O接口芯片的相應(yīng)地址引腳，實現(xiàn)片內(nèi)尋址，即選中片內(nèi)的端口；I/O接口芯片片選(CS)信號：

IOW/IOR信號(有效)、AEN信號(無效)和I/O端口地址高位經(jīng)過譯碼得到。I/O接口芯片內(nèi)部端口地址：I/O端口地址低位直接組成。I/O端口地址譯碼方法接口中只有一個端口時可采用門電路構(gòu)成。接口中有多個端口時一般采用譯碼器電路構(gòu)成。常見的譯碼器：2|4線譯碼器74LS1393|8線譯碼器74LS1384|16線譯碼器74LS154。思考題思考題答案300H301H302H303H304H305H306H307H6.4CPU和外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式程序控制方式中斷控制方式DMA方式一. 程序控制方式無條件傳送方式查詢傳送方式無條件傳送方式在CPU與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，可以認(rèn)為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，這就是無條件傳送，或稱立即傳送、同步傳送這種傳送有前提：外設(shè)必須隨時就緒查詢傳送方式CPU要先查詢外設(shè)的工作狀態(tài)，在外設(shè)就緒的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出。對多個外設(shè)的情況，則CPU按一定順序依次查詢（輪詢）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)交換查詢傳送的特點是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低讀狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN查詢傳送的三個環(huán)節(jié)CPU從接口中讀取狀態(tài)字CPU檢測狀態(tài)字傳送數(shù)據(jù)斷點主程序中斷服務(wù)程序中斷請求對外設(shè)進(jìn)行處理繼續(xù)執(zhí)行返回斷點CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段預(yù)先安排好的中斷服務(wù)程序；服務(wù)結(jié)束后，又返回原來的斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序二. 中斷控制方式中斷傳送與接口中斷傳送是一種效率更高的程序傳送方式中斷服務(wù)程序是預(yù)先設(shè)計好的中斷請求是外設(shè)隨機(jī)向CPU提出的CPU對請求的檢測是有規(guī)律的：一般是在每條指令的最后一個時鐘周期采樣中斷請求輸入引腳三. DMA方式DMA（DirectMemoryAccess）方式:是在外部設(shè)備和存儲器之間開辟直接的數(shù)據(jù)傳送通路，數(shù)據(jù)傳送不是靠執(zhí)行I/O指令，數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU內(nèi)的任何寄存器，也就不破壞任何寄存器原來的內(nèi)容，而是在存儲器和外部設(shè)備之間的通路上直接傳送數(shù)據(jù)。這種I/O方式的實現(xiàn)主要是靠硬件（DMA控制器）實現(xiàn)的。希望克服程序控制傳送的不足：外設(shè)→CPU→存儲器外設(shè)←CPU←存儲器直接存儲器存取DMA：外設(shè)→存儲器外設(shè)←存儲器CPU釋放總線，由DMA控制器管理DMA傳送方式DMA傳送的工作過程⑴CPU對DMA控制器進(jìn)行初始化設(shè)置⑵CPU將總線交給DMAC控制⑶DMA傳送DMA讀存儲器：存儲器→外設(shè)DMA寫存儲器：存儲器←外設(shè)⑷自動增減地址和計數(shù)，判斷傳送完成否DMA傳送流程HLDA