微機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸

微機(jī)與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)谝豁?，共六十八頁?022年，8月28日本章重點(diǎn):

接口電路的功能

接口部件和I/O端口

CPU和外設(shè)之間的三種數(shù)據(jù)傳輸方式、各自優(yōu)缺點(diǎn)和使用場(chǎng)合

中斷傳輸方式的原理和可屏蔽中斷的響應(yīng)過程DMA方式的原理和DMA控制器的功能

第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日教學(xué)建議： 在講述接口電路的I/O端口基礎(chǔ)上，以講清楚中斷方式的原理和DMA方式原理為目標(biāo)。 本章用2學(xué)時(shí)。

第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.1為什么要用接口電路（1）接口電路按功能可分為兩類:使微處理器正常工作所需的輔助電路輸入輸出接口電路:（2）為什么要用接口電路第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間的信號(hào)CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號(hào):（1）數(shù)據(jù)信息,又分為：

數(shù)字量

模擬量開關(guān)量（2）狀態(tài)信息

（3）控制信息

第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.3接口部件的I/O端口數(shù)據(jù)端口

狀態(tài)端口

控制端口或命令端口

第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日外設(shè)通過接口和系統(tǒng)的連接

第七頁，共六十八頁，2022年，8月28日INAL,21H第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日OUT43H,AL第九頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.4CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式解決定時(shí)問題的三種傳送方式：程序方式

中斷方式

DMA方式

第十頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.4.1程序方式1.無條件傳送方式圖無條件傳送方式的工作原理第十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日2.條件傳送方式（1）條件傳送的概念 （2）條件傳送的三個(gè)環(huán)節(jié)：CPU從接口中讀取狀態(tài)字CPU檢測(cè)狀態(tài)字傳送數(shù)據(jù)第十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日查詢式輸入的接口電路

第十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日查詢式輸出的接口電路

第十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日

查詢式輸入過程的流程圖第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.4.2中斷方式1.中斷傳送方式的原理第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日可屏蔽中斷的響應(yīng)和執(zhí)行

第十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日2.中斷優(yōu)先級(jí)問題的解決(1)解決中斷優(yōu)先級(jí)的三種辦法：軟件查詢方式簡(jiǎn)單硬件方式——菊花鏈法專用硬件方式

(2)三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)

第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日中斷優(yōu)先級(jí)菊花鏈及其邏輯電路(a)菊花鏈第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日

(b)菊花鏈邏輯電路中斷請(qǐng)求第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日典型的可編程中斷控制器

第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日5.4.3DMA方式1.DMA傳送方式的提出DMA傳送方式的優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸率2.DMA控制器的功能和原理

第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日

DMA控制器的功能：向CPU發(fā)總線請(qǐng)求信號(hào)實(shí)行對(duì)總線的控制修改所用的存儲(chǔ)器或接口的地址指針發(fā)讀寫控制信號(hào)存放數(shù)據(jù)長(zhǎng)度交還總線控制權(quán)第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日DMA傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)(輸出過程)的原理

第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日DMA控制器的內(nèi)部最小配置和接口要求

第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日從接口往內(nèi)存?zhèn)鬏斠粋€(gè)數(shù)據(jù)塊的過程：①接口往DMA控制器發(fā)一個(gè)DMA請(qǐng)求②得到總線控制權(quán)③地址寄存器的內(nèi)容送地址總線④通知接口將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線⑤數(shù)據(jù)送到所指單元⑥地址寄存器的值加1⑦字節(jié)計(jì)數(shù)器的值減1⑧

如字節(jié)計(jì)數(shù)器的值不為0，則回到①;否則結(jié)束

第二十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日DMA傳輸對(duì)接口的要求：①控制寄存器有1位指出數(shù)據(jù)傳輸方向②控制寄存器有1位用來啟動(dòng)I/O操作③狀態(tài)寄存器有1位指出設(shè)備當(dāng)前是否處于忙狀態(tài)第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日DMA傳輸對(duì)DMA控制寄存器的要求：①有1位作為DMA允許位②有1位用來確定DMA方向③有1位決定進(jìn)行一次傳輸后放棄還是維持對(duì)總線的控制權(quán)④狀態(tài)寄存器有1位表示數(shù)據(jù)塊傳輸是否結(jié)束第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日對(duì)DMA控制器和接口部件預(yù)置的信息：①往DMA控制器的字節(jié)計(jì)數(shù)器設(shè)置初值②往DMA控制器的地址寄存器中設(shè)置地址初值③對(duì)DMA控制器設(shè)置控制字并啟動(dòng)DMA操作④對(duì)接口部件設(shè)置控制字并啟動(dòng)I/O操作

第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日啟動(dòng)數(shù)據(jù)塊輸入的例子IDLE:INAL,INTSTAT ;檢測(cè)設(shè)備是否處于 忙狀態(tài)，如是，則等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT ;設(shè)置計(jì)數(shù)OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER ;設(shè)置地址初值OUTADD-REG，AX第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日

MOVAL，DMAC ;取原DMA控制字ORAL，49H ;設(shè)置方向、塊傳輸 ;和允許標(biāo)志OUTDMACON,AL ;置DMA控制字MOVAL，INTC;設(shè)置接口的傳輸方向 ;及允許標(biāo)志ORAL，05HOUTINTCON,AL;設(shè)置接口的控制字

第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日3.DMA控制器的工作特點(diǎn)是一個(gè)接口電路

能夠控制系統(tǒng)總線操縱外設(shè)和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)谌?，共六十八頁?022年，8月28日5.4.4輸入輸出過程中提出的幾個(gè)問題1.系統(tǒng)如何知道接口已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)等待CPU提取或者準(zhǔn)備接收CPU的數(shù)據(jù)?2.當(dāng)系統(tǒng)中有幾個(gè)設(shè)備處于同一種傳輸方式之下、而且同時(shí)發(fā)傳輸請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)到底先響應(yīng)哪個(gè)請(qǐng)求?

第三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日外部設(shè)備為什么要通過接口電路和主機(jī)系統(tǒng)相連？存儲(chǔ)器需要接口電路和總線相連嗎？為什么？第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：因?yàn)橥庠O(shè)的功能多種多樣，對(duì)于模擬量信息的外設(shè)必須要進(jìn)行A/D和D/A轉(zhuǎn)換，而對(duì)于串行信息的外設(shè)則必須轉(zhuǎn)換為并行的信息，對(duì)于并行信息的外設(shè)還要選通。而且外設(shè)的速度比CPU慢的多，必須增加緩沖功能。只有這樣計(jì)算機(jī)才能使用這些外設(shè)。而所有這些信息轉(zhuǎn)換和緩沖功能均由接口電路才能完成。存儲(chǔ)器不需要接口電路和總線相連。因?yàn)榇鎯?chǔ)器功能單一，且速度與CPU相當(dāng)。因此可直接掛在CPU總線上。第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日2、是不是只有串行數(shù)據(jù)形式的外設(shè)需要接口電路和主機(jī)系統(tǒng)連接？為什么？第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：不是。并行數(shù)據(jù)形式的外設(shè)也需要接口電路和主機(jī)系統(tǒng)連接。因?yàn)?，CPU每次只能訪問一個(gè)外設(shè)，因此并行信息的外設(shè)需增加選通功能，才能滿足CPU的訪問要求，必須用接口電路。第三十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日3、接口電路的作用是什么？按功能可分為幾類？第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：接口電路的作用就是在外設(shè)和CPU之間起信息變換和緩沖功能。按功能可分為兩類：一種是使微處理器正常工作所需要的輔助電路。另一種是輸入/輸出接口電路。第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日4、數(shù)據(jù)信息有哪幾類？

舉例說明它們各自的含義。第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：1.數(shù)據(jù)信息有四類：數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量。2.如鍵盤、磁盤等就是數(shù)字量信息；溫度、濕度、壓力等轉(zhuǎn)換的電信號(hào)就是模擬量；電機(jī)的起停、發(fā)光設(shè)備的亮滅等都是開關(guān)量。第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日5、CPU和輸入/輸出設(shè)備之間傳送的信息有哪幾類？第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：有數(shù)據(jù)信息、控制信息、狀態(tài)信息三類。第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日6、什么叫端口？通常有哪幾類端口？計(jì)算機(jī)對(duì)I/O端口編址時(shí)通常采用哪兩種方法？在8086/8088系統(tǒng)中，用哪種方法對(duì)I/O端口進(jìn)行編址？第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：CPU和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，各類信息在接口中進(jìn)入不同的寄存器，一般稱這些寄存器為I/O端口。有數(shù)據(jù)端口、控制端口、狀態(tài)端口三類。在微型計(jì)算機(jī)中通常用兩種I/O端口編址方式：存儲(chǔ)器映象尋址和I/O端口單獨(dú)尋址。在8086/8088系統(tǒng)中，用I/O端口單獨(dú)尋址方式編址。第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日7、為什么有時(shí)候可以使兩個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)地址？第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：因?yàn)檫@兩個(gè)端口一個(gè)是只讀端口，一個(gè)是只寫端口。而CPU對(duì)一個(gè)I/O端口地址可進(jìn)行讀/寫兩種訪問。如果將這兩個(gè)只讀和只寫端口編為一個(gè)地址，則CPU對(duì)該端口地址讀操作對(duì)應(yīng)的是只讀端口；CPU對(duì)該端口地址寫操作則對(duì)應(yīng)的是只寫端口，互不影響。因此可以使兩個(gè)單向的只讀和只寫端口對(duì)應(yīng)一個(gè)端口地址。第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日8、CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式有哪幾種？實(shí)際選擇某種傳輸方式時(shí)，主要依據(jù)是什么？第四十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式有三種：程序方式、中斷方式、DMA方式。主要依據(jù)是外設(shè)的情況(外設(shè)的速度和外設(shè)提供信息的方式)。第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日9、無條件傳送方式用在哪些場(chǎng)合？畫出無條件傳送方式的工作原理圖并說明。第五十頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：無條件傳送方式只用在對(duì)一些簡(jiǎn)單外設(shè)進(jìn)行操作的場(chǎng)合。如開關(guān)、LED顯示等。無條件傳送方式的工作原理圖：(見書203頁圖5.2所示)在無條件輸入時(shí)：CPU執(zhí)行一條輸入指令，使和M/信號(hào)為有效低電平，并對(duì)應(yīng)送出該端口地址，因此選中輸入緩沖器，打開其三態(tài)門，使輸入緩沖器的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到CPU的累加器中。在無條件輸出時(shí)：CPU執(zhí)行一條輸出指令，使和M/信號(hào)為有效低電平，并對(duì)應(yīng)送出該端口地址，因此選中輸出鎖存器，將由累加器送到數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器中供外設(shè)使用。第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日10、條件傳送方式的工作原理是怎樣的？主要用在什么場(chǎng)合？畫出條件傳送(查詢)方式輸出過程的流程圖。第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：條件傳送方式的工作原理是：外設(shè)給CPU提供一個(gè)狀態(tài)信息，當(dāng)CPU要訪問外設(shè)時(shí)，必須先檢測(cè)該狀態(tài)信息是否合乎要求，不停檢測(cè)直至合乎要求時(shí)才進(jìn)行CPU對(duì)外設(shè)的訪問。查詢方式主要用在外設(shè)較少，數(shù)據(jù)交換不頻繁的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的場(chǎng)合。第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日開始 初始化 外設(shè)空嗎？ CPU從內(nèi)存取數(shù)由累加器輸出給外設(shè) 外設(shè)空嗎？ Y N N Y 后續(xù)處理 第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日11、設(shè)一個(gè)接口的輸入端口地址為0100H，而它的狀態(tài)端口地址為0104H，狀態(tài)口中第5位為1表示輸入緩沖區(qū)中有一個(gè)字節(jié)準(zhǔn)備好，可輸入。設(shè)計(jì)具體程序?qū)崿F(xiàn)查詢式輸入。第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：DATA SEGMENTBUFFER DB 20DUP(?) ;接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA，CS:CODESTAT: MOV AX，DATA ;對(duì)DS初始化MOV DS，AXMOV DI，OFFSETBUFFERMOV DX，0104HSTATIN: IN AL，DXTEST AL，20H ;測(cè)試第5位JZ STATIN ;第5位為0繼續(xù)測(cè)試MOV DX，0100HIN AL，DX ;輸入數(shù)據(jù)MOV [DI]，ALCODE ENDSEND STAT第五十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日12、查詢式傳送方式有什么缺點(diǎn)？中斷方式為什么能彌補(bǔ)查詢方式的缺點(diǎn)？第五十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：查詢式傳送方式缺點(diǎn)是：花費(fèi)CPU的時(shí)間作等待循環(huán)，大大降低了CPU的運(yùn)行效率。中斷方式是在外設(shè)準(zhǔn)備就緒時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷，再進(jìn)行傳送，因而CPU無需花費(fèi)時(shí)間作等待循環(huán)，彌補(bǔ)了查詢方式的缺點(diǎn)。第五十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日13、敘述可屏蔽中斷的響應(yīng)和執(zhí)行過程。第五十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：①接口發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)。②CPU的IF=1時(shí)，當(dāng)前指令執(zhí)行完后，CPU進(jìn)行中斷回答，發(fā)兩個(gè)負(fù)脈沖。③接口將中斷類型號(hào)n送CPU。④當(dāng)前的PSW、CS和IP推入堆棧，并清除IF和TF。⑤(4×n)作為IP，(4×n+2)作為CS，即取中斷向量。⑥執(zhí)行中斷子程序，并開中斷。⑦中斷返回IRET指令使IP、CS和PSW彈出堆棧。⑧返回被中斷的程序。第六十頁，共六十八頁，2022年，8月28日14、通常解決中斷優(yōu)先級(jí)的方法有哪幾種？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？第六十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答：有軟件查詢方式、簡(jiǎn)單硬件方式——菊花鏈法、專用硬件方式三種。軟件查詢方式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件，缺點(diǎn)是中斷響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)；簡(jiǎn)單硬件方式的優(yōu)點(diǎn)是中斷響應(yīng)時(shí)間短，硬件較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是優(yōu)先級(jí)固定，變動(dòng)起來很麻煩；專用硬件方式優(yōu)點(diǎn)是對(duì)優(yōu)先級(jí)可編程修改，中斷管理非常方便，缺點(diǎn)是硬件復(fù)雜的多，好在有專用的中斷控制器。第六十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日15、和DMA比較，中斷傳輸方式有什么不足之處？第六十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日解答： CPU執(zhí)行一次傳送要花費(fèi)許多與傳送操作無關(guān)的指令執(zhí)行等時(shí)間，另外中