第五章微型計算機接口和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸

第五章微型計算機接口和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸機原理第五章微型計算機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(*)五章微型計算機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(*)五章微型計算機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸(*)第1頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三本章重點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)缺點和使用場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2頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三I/O接口概述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為什么需要I/O接口（電路）？微機的外部設(shè)備多種多樣，其工作原理、驅(qū)動方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差別很大，它們不能與CPU直接相連，必須經(jīng)過中間電路再與系統(tǒng)相連第3頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間的信號CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號:（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4頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.3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5頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三I/O接口的主要功能尋址功能輸入/輸出功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能聯(lián)絡(luò)功能中斷管理功能復(fù)位功能可編程功能錯誤檢測功能第6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三外設(shè)通過接口和系統(tǒng)的連接

第7頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式解決定時問題的三種傳送方式：程序方式中斷方式DMA方式第8頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4.1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9頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送方式及其接口在CPU與慢速變化的設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，可以認為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時可以進行數(shù)據(jù)傳送，這就是無條件傳送，或稱立即傳送、同步傳送（演示）適合：簡單設(shè)備，如LED數(shù)碼管、按鍵或按紐等優(yōu)點：無條件傳送的接口和操作均十分簡單前提：外設(shè)必須隨時就緒第10頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送：輸入示例MOV DX,160HIN AL,DX第11頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送：輸入實例MOV DX,160HIN AL,DX74LS244+5V10Kx8G1G2數(shù)據(jù)總線CSRD第12頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送：輸出示例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL第13頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送：輸出實例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL+5V74LS373300

x8LEOE數(shù)據(jù)總線CSWR第14頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送：輸入輸出接口K7K1K0+5VD0～D7A0～A15CLKLS06反相驅(qū)動器LS2738D鎖存器LS244三態(tài)緩沖器8000H譯碼+5VLED0LED7……GIOWIORnext: movdx,8000h ;DX指向數(shù)據(jù)端口 inal,dx ;從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài) notal ;反相 outdx,al ;送輸出端口顯示 calldelay ;調(diào)子程序延時 jmpnext ;重復(fù)第15頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三無條件傳送實例例：用無條件傳送方式編寫產(chǎn)生任意波形、任意頻率的脈沖信號程序?，F(xiàn)給定三種波形A、B和C。其中時間間隔T=10ms，每種波形由T1～T8共八個狀態(tài)組成，要求連續(xù)重復(fù)發(fā)送T1～T8信號。第16頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2.條件傳送方式（1）條件傳送的概念 （2）條件傳送的三個環(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)第17頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)⑴查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標(biāo)志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒⑵傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)流程輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN第18頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢式輸入的接口電路

第19頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢式輸出的接口電路

第20頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

查詢式輸入過程的流程圖第21頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢輸入接口IOR+5V8D鎖存器8位三態(tài)緩沖器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D0D輸入設(shè)備IORSTB movdx,8000h ;DX指向狀態(tài)端口status: inal,dx ;讀狀態(tài)端口 testal,01h ;測試標(biāo)志位D0 jzstatus ;D0＝0，未就緒，繼續(xù)查詢 incdx ;D0＝1，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口 inal,dx ;從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)第22頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢輸出接口8D鎖存器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D7D+5V輸出設(shè)備ACKIOWIOR movdx,8000h ;DX指向狀態(tài)端口status: inal,dx ;讀取狀態(tài)端口的狀態(tài)數(shù)據(jù) testal,80h ;測試標(biāo)志位D7 jnzstatus ;D7＝1，未就緒，繼續(xù)查詢 incdx ;D7＝0，就緒，DX指向數(shù)據(jù)端口 moval,buf ;變量buf送AL outdx,al ;將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口第23頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢方式的EEPROM編程2817AA0～A10A0～A108000HI/O0～I/O7D0~D7D0譯碼A11～A19譯碼A0～A15RDY/BUSYIORWERDMEMWMEMRCEnext: moval,55h ;寫入內(nèi)容＝55H mov[bx],al ;寫入存儲單元 nop ;空操作指令，起延時作用 nopnext1: inal,dx ;查詢狀態(tài)口 testal,01h ;測試D0 jznext1 ;D0＝0，芯片還在寫入 incbx ;D0＝1，寫畢，指針移動 loopnext ;循環(huán)至全部字節(jié)寫完第24頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8086/8088CPUA/D轉(zhuǎn)換234多路開關(guān)數(shù)據(jù)端口讀選通8位數(shù)據(jù)1位狀態(tài)控制端口寫選通狀態(tài)端口讀選通啟動D4數(shù)據(jù)READYD7D0D1D21個模擬量8個輸入模擬量A0A7…第25頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三查詢傳送方式及其接口CPU需要先了解（查詢）外設(shè)的工作狀態(tài)，然后在外設(shè)可以交換信息的情況下（就緒）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，但傳送效率低第26頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4.2中斷方式斷點主程序中斷服務(wù)程序中斷請求對外設(shè)進行處理繼續(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)行原來的程序流程第27頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4.2中斷方式1.中斷傳送方式的原理第28頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三可屏蔽中斷的響應(yīng)和執(zhí)行

第29頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三2.中斷優(yōu)先級問題的解決(1)解決中斷優(yōu)先級的三種辦法：軟件查詢方式簡單硬件方式——菊花鏈法專用硬件方式(2)三種方法的優(yōu)缺點

第30頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三中斷優(yōu)先級菊花鏈及其邏輯電路(a)菊花鏈第31頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三典型的可編程中斷控制器

第32頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4.3DMA方式1.DMA傳送方式的提出DMA傳送方式的優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸率第33頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳送方式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控制器管理第34頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳送的工作過程⑴CPU對DMA控制器進行初始化設(shè)置⑵外設(shè)、DMAC和CPU三者通過應(yīng)答信號建立聯(lián)系：CPU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)，判斷傳送完成否第35頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳送流程HLDA發(fā)存儲器地址傳送數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？DMA結(jié)束修改地址指針流程第36頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

DMA控制器的功能： 向CPU發(fā)總線請求信號實行對總線的控制修改所用的存儲器或接口的地址指針發(fā)讀寫控制信號存放數(shù)據(jù)長度交還總線控制權(quán)第37頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳輸單個數(shù)據(jù)(輸出過程)的原理

第38頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA控制器的內(nèi)部最小配置和接口要求

第39頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三從接口往內(nèi)存?zhèn)鬏斠粋€數(shù)據(jù)塊的過程：①接口往DMA控制器發(fā)一個DMA請求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)計數(shù)器的值減1⑧如字節(jié)計數(shù)器的值不為0，則回到①;否則結(jié)束第40頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳輸對接口的要求：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41頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三DMA傳輸對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位決定進行一次傳輸后放棄還是維持對總線的控制權(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42頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三對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DMA控制器設(shè)置控制字并啟動DMA操作④對接口部件設(shè)置控制字并啟動I/O操作第43頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三啟動數(shù)據(jù)塊輸入的例子IDLE:INAL,INTSTAT ;檢測設(shè)備是否處于 忙狀態(tài)，如是，則等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT ;設(shè)置計數(shù)OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER ;設(shè)置地址初值OUTADD-REG，AX第44頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三

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45頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三3.DMA控制器的工作特點是一個接口電路能夠控制系統(tǒng)總線操縱外設(shè)和存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三5.4.4輸入輸出過程中提出的幾個問題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)中有幾個設(shè)備處于同一種傳輸方式之下、而且同時發(fā)傳輸請求時，系統(tǒng)到底先響應(yīng)哪個請求?第47頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三傳送方式的比較無條件傳送：慢速外設(shè)需與CPU保持同步查詢傳送：簡單實用，效率較低中斷傳送：外設(shè)主動，可與CPU并行工作，但每次傳送需要大量額外時間開銷DMA傳送：DMAC控制，外設(shè)直接和存儲器進行數(shù)據(jù)傳送，適合大量、快速數(shù)據(jù)傳送第48頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三本章學(xué)習(xí)到此結(jié)束，謝謝！第49頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三多種多樣的外設(shè)工作原理不同機械、電子、機電、電磁……傳送信息類型多樣數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量傳送速度差別極大傳送方式不盡相同串行、并行編碼方式不同二進制、BCD碼、ASCII碼……返回第50頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三輸出接口的鎖存環(huán)節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)引腳鎖存控制DCQDCQDCQ返回第51頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三輸出接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)引腳鎖存控制DCQDCQDCQ讀數(shù)據(jù)返回第52頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三輸入接口的緩沖環(huán)節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)引腳選通緩沖器返回第53頁，共63頁，2023年，2月20日，星期三輸入接口的鎖存、緩沖環(huán)節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線外部數(shù)據(jù)引腳鎖存控制鎖存器