微機原理 第8章

1、1第7章教學要求了解了解為什么要用接口電路為什么要用接口電路輸入輸出尋址方輸入輸出尋址方 式式掌握掌握CPU與與I/O設(shè)備之間的接口信息設(shè)備之間的接口信息CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送方傳送方式的類型與原理式的類型與原理第7章本章內(nèi)容7.1 概述概述7.2 CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式7.3 DMA控制器控制器第7章7.1 概述概述外設(shè)為什么一定要通過外設(shè)為什么一定要通過接口接口電路電路和主機總線相連？和主機總線相連？接口：接口：連接計算機和連接計算機和I/O設(shè)備的部件。設(shè)備的部件。接口一般做成插卡插在系統(tǒng)總線擴展插槽中。接口一般做成插卡插在系統(tǒng)總線擴展插槽中。第7章1、高速

2、、高速CPU與低速外設(shè)間的速度矛盾；與低速外設(shè)間的速度矛盾；2、主機數(shù)字信號與外設(shè)模擬信號的矛盾；、主機數(shù)字信號與外設(shè)模擬信號的矛盾；3、CPU與外設(shè)間信號形式的矛盾。與外設(shè)間信號形式的矛盾。有些外設(shè)的信息是并行的，有些外設(shè)的信息是串行的，有些外設(shè)的信息是并行的，有些外設(shè)的信息是串行的，而而CPU只能接收和發(fā)送并行信息。只能接收和發(fā)送并行信息。外設(shè)通過接口電路和主機總線相連的原因外設(shè)通過接口電路和主機總線相連的原因第7章7.1.1 輸入輸出的尋址方式輸入輸出的尋址方式1、存儲器對應輸入輸出方式、存儲器對應輸入輸出方式外設(shè)接口中可被主機直接訪問的寄存器。一外設(shè)接口中可被主機直接訪問的寄存器。一個

3、端口的寄存器是個端口的寄存器是8位位的。的。每一個外設(shè)端口占有存儲器的一個地址。內(nèi)存和每一個外設(shè)端口占有存儲器的一個地址。內(nèi)存和外設(shè)端口進行統(tǒng)一編址，只有一個統(tǒng)一的地址空外設(shè)端口進行統(tǒng)一編址，只有一個統(tǒng)一的地址空間。間。端口的編號。端口的編號。端口：端口：端口地址：端口地址：第7章65F302 0024E0內(nèi)存與外設(shè)內(nèi)存與外設(shè)內(nèi)存內(nèi)存外設(shè)外設(shè)026D優(yōu)點優(yōu)點：CPU對外設(shè)的操作可使對外設(shè)的操作可使用全部的存儲器操作指令，尋用全部的存儲器操作指令，尋址方式多，使用方便靈活。址方式多，使用方便靈活。缺點缺點：由于外設(shè)占用了存：由于外設(shè)占用了存儲單元的地址，使內(nèi)存的儲單元的地址，使內(nèi)存的 容量減小，

4、同時，程序的容量減小，同時，程序的可讀性下降?？勺x性下降。如：將如：將bX內(nèi)容送到內(nèi)容送到kou1端口端口mov kou1,bx存儲器對應輸入輸出方式存儲器對應輸入輸出方式(續(xù)續(xù) )第7章2、端口尋址的輸入輸出方式、端口尋址的輸入輸出方式建立兩個地址空間，一個為內(nèi)存地址空間，一個為建立兩個地址空間，一個為內(nèi)存地址空間，一個為外設(shè)地址空間。為確?？刂瓶偩€發(fā)出正確的控制信號，外設(shè)地址空間。為確?？刂瓶偩€發(fā)出正確的控制信號，系統(tǒng)提供了專用于和系統(tǒng)提供了專用于和I/O端口通信的輸入端口通信的輸入/輸出輸出（IN/OUT）指令。）指令。第7章65F302 00外設(shè)外設(shè)112233 44113232 01

5、內(nèi)存內(nèi)存第7章7.1.2 CPU與與I/O設(shè)備之間的接口信息設(shè)備之間的接口信息1、數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)信息以二進制形式表示的數(shù)或以以二進制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。碼表示的數(shù)或字符。數(shù)值和時間上都能連續(xù)變化的信號。數(shù)值和時間上都能連續(xù)變化的信號。只有兩個狀態(tài)（只有兩個狀態(tài)（1和和0）的量，用一位二進制數(shù)即可表示。）的量，用一位二進制數(shù)即可表示。（1）數(shù)字量）數(shù)字量（2）模擬量）模擬量（3）開關(guān)量）開關(guān)量第7章如：輸入設(shè)備如：輸入設(shè)備“準備好準備好”(READY)信號信號 輸出設(shè)備輸出設(shè)備“忙忙”（BUSY）信號）信號2、狀態(tài)信息、狀態(tài)信息反映當前外設(shè)的所處工作狀態(tài)，是反映當前外設(shè)的

6、所處工作狀態(tài)，是外設(shè)通過接口往外設(shè)通過接口往CPU傳送傳送的。的。CPU與與I/O設(shè)備之間的接口信息（續(xù)）設(shè)備之間的接口信息（續(xù)）第7章3、控制信息、控制信息控制信息是控制信息是CPU通過接口傳送給外設(shè)通過接口傳送給外設(shè)的，的，CPU通通過發(fā)送控制信息控制外設(shè)的工作。過發(fā)送控制信息控制外設(shè)的工作。如：外設(shè)的啟動信號、停止信號就是常見的控制信息如：外設(shè)的啟動信號、停止信號就是常見的控制信息 CPU與與I/O設(shè)備之間的接口信息（續(xù)）設(shè)備之間的接口信息（續(xù)）第7章 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼或狀態(tài)信息，有時甚至是一也可以是指令代碼

7、或狀態(tài)信息，有時甚至是一個控制信息。個控制信息。 狀態(tài)狀態(tài)信息作為一種輸入數(shù)據(jù)，控制信息作為信息作為一種輸入數(shù)據(jù)，控制信息作為一種輸出數(shù)據(jù)，通過一種輸出數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線傳送。傳送。關(guān)于接口信息的兩點說明關(guān)于接口信息的兩點說明第7章接口部件的接口部件的I/O端口：端口：數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口控制端口控制端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口第7章用于對來自用于對來自CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)或者送往和內(nèi)存的數(shù)據(jù)或者送往CPU和和內(nèi)存的數(shù)據(jù)起緩沖作用的，這些端口叫內(nèi)存的數(shù)據(jù)起緩沖作用的，這些端口叫數(shù)據(jù)端數(shù)據(jù)端口口。用來存放外部設(shè)備或者接口部件本身的狀態(tài)，用來存放外部設(shè)備或者接口部件本身的狀態(tài)，稱為稱為狀態(tài)端口狀態(tài)端口，

8、是，是只讀只讀端口。端口。用來存放用來存放CPU發(fā)出的命令，以便控制接口和發(fā)出的命令，以便控制接口和設(shè)備的動作，這類端口叫設(shè)備的動作，這類端口叫控制端口控制端口，是，是只寫只寫端口。端口。接口部件的接口部件的I/O端口（續(xù)）端口（續(xù)）第7章CPU對外設(shè)的訪問實際上是對對外設(shè)的訪問實際上是對I/O接口電接口電路中相應端口的訪問。路中相應端口的訪問。輸入的真實含義輸入的真實含義: 從指定的端口傳送數(shù)據(jù)從指定的端口傳送數(shù)據(jù)到到CPU的累加器中（的累加器中（AL或或AX）。）。輸出的真實含義輸出的真實含義:把把CPU累加器（累加器（AL或或AX）的內(nèi)容傳送到指定的端口。的內(nèi)容傳送到指定的端口。第7章注

9、：注：不管輸入還是輸出，所用到的地址總是不管輸入還是輸出，所用到的地址總是對對端口端口而言的，不是對接口部件而言的。而言的，不是對接口部件而言的。關(guān)于關(guān)于I/O端口的幾點說明端口的幾點說明 CPU尋址的是端口，而不是籠統(tǒng)的外設(shè)！尋址的是端口，而不是籠統(tǒng)的外設(shè)?。?）CPU對外設(shè)的輸入對外設(shè)的輸入/輸出操作歸結(jié)為對接口輸出操作歸結(jié)為對接口芯片各芯片各端口的讀端口的讀/寫操作寫操作。 第7章CPU與外設(shè)之間的接口與外設(shè)之間的接口第7章7.1.3 CPU的輸入輸出時序的輸入輸出時序第7章7.1.4 CPU與接口電路之間數(shù)據(jù)傳送的形式與接口電路之間數(shù)據(jù)傳送的形式并行通信并行通信-數(shù)據(jù)的各位同時傳送。數(shù)

10、據(jù)有多少位就數(shù)據(jù)的各位同時傳送。數(shù)據(jù)有多少位就需要有多少條傳輸線需要有多少條傳輸線CPU與外設(shè)的信息交換稱為通信。與外設(shè)的信息交換稱為通信。串行通信串行通信-數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。只需要一條傳數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。只需要一條傳輸線輸線第7章7.1.5 IBM-PC與外設(shè)的接口以及現(xiàn)代與外設(shè)的接口以及現(xiàn)代PC機機的外設(shè)的接口的外設(shè)的接口第7章7.2 CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式查詢傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式中斷傳送方式直接數(shù)據(jù)通道傳送直接數(shù)據(jù)通道傳送第7章外設(shè)已準備好，不查詢外設(shè)的狀態(tài)。輸入時，總認外設(shè)已準備好，不查詢外設(shè)的狀態(tài)。輸入時，總認為外設(shè)已經(jīng)將可用的數(shù)據(jù)放到了得

11、了端口中。輸出為外設(shè)已經(jīng)將可用的數(shù)據(jù)放到了得了端口中。輸出時，總認為外設(shè)已經(jīng)做好了接收數(shù)據(jù)的準備。時，總認為外設(shè)已經(jīng)做好了接收數(shù)據(jù)的準備。程序簡單，硬件省，但要求外設(shè)較嚴，較少使用，只程序簡單，硬件省，但要求外設(shè)較嚴，較少使用，只用在對一些簡單外設(shè)的操作，如用在對一些簡單外設(shè)的操作，如開關(guān)，七段顯示管開關(guān)，七段顯示管等。等。第7章通過程序查詢相應設(shè)備的狀態(tài)，若狀態(tài)不符合，通過程序查詢相應設(shè)備的狀態(tài)，若狀態(tài)不符合，則則CPU不能進行輸入不能進行輸入/輸出操作，需要等待；只輸出操作，需要等待；只有當狀態(tài)信號符合要求時，有當狀態(tài)信號符合要求時，CPU才能進行相應才能進行相應的輸入的輸入/輸出操作輸出

12、操作。7.2.1 查詢傳送方式查詢傳送方式第7章CPU通過執(zhí)行程序不通過執(zhí)行程序不斷地讀取并測試外設(shè)斷地讀取并測試外設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)處的狀態(tài)，如果外設(shè)處于準備好狀態(tài)，則于準備好狀態(tài)，則CPU執(zhí)行輸入指令，執(zhí)行輸入指令，否則就等待。否則就等待。1、查詢式輸入、查詢式輸入 查詢式輸入程序流程圖查詢式輸入程序流程圖輸入狀態(tài)信息輸入狀態(tài)信息READY=1？Y（準備好）（準備好）N輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)第7章STATUS_PORTDATA_PORTPOLL:IN AL，STATUS_PORT；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息 TEST AL，80H ；檢查；檢查READY是否為是否為1 JEP

13、OLL ；未；未READY，循環(huán)，循環(huán) INAL，DATA_PORT；READY，從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)第7章2、查詢式輸出、查詢式輸出CPU通過執(zhí)行程通過執(zhí)行程序不斷地讀取并序不斷地讀取并測試外設(shè)的狀態(tài)，測試外設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)處于空如果外設(shè)處于空閑狀態(tài)，則閑狀態(tài)，則CPU執(zhí)行輸出指令，執(zhí)行輸出指令，否則就等待。否則就等待。輸入狀態(tài)信息輸入狀態(tài)信息BUSY=1？輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)NY（忙）（忙） 查詢式輸出程序流程圖查詢式輸出程序流程圖第7章DATA_PORTSTATUS_PORTPOLL:IN AL，STATUS_PORT；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息TES

14、T AL，80H ；檢查；檢查BUSY位位JNEPOLL ；BUSY則循環(huán)等待則循環(huán)等待MOV AL，STORE ；否則，從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)；否則，從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)OUTDATA_PORT，AL；從數(shù)據(jù)端口輸出；從數(shù)據(jù)端口輸出第7章查詢傳送方式的優(yōu)、缺點查詢傳送方式的優(yōu)、缺點優(yōu)點：適應性較好，不要求優(yōu)點：適應性較好，不要求CPU與外設(shè)是同步與外設(shè)是同步的，較簡單，使用方便。的，較簡單，使用方便。缺點：缺點：CPU與外設(shè)不能并行工作，與外設(shè)不能并行工作，CPU的效率的效率低，外設(shè)得不到及時響應。低，外設(shè)得不到及時響應。第7章7.2.2 中斷傳送方式中斷傳送方式為什么要采用中斷傳送方式為什么要采用中斷傳

15、送方式? 第7章啟動外設(shè)啟動外設(shè)外設(shè)的數(shù)據(jù)已存入輸入端口的數(shù)據(jù)寄存器；或端外設(shè)的數(shù)據(jù)已存入輸入端口的數(shù)據(jù)寄存器；或端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器已空口的數(shù)據(jù)輸出寄存器已空外設(shè)通過接口電路向外設(shè)通過接口電路向CPU發(fā)出中斷請求信號發(fā)出中斷請求信號 CPUCPU接受到中斷請求信號，接受到中斷請求信號，暫停暫?，F(xiàn)行程序現(xiàn)行程序CPUCPU執(zhí)行中斷服務程序，執(zhí)行輸入輸出操作執(zhí)行中斷服務程序，執(zhí)行輸入輸出操作中斷服務程序結(jié)束，中斷服務程序結(jié)束，返回原來程序返回原來程序 中斷傳送方式的原理中斷傳送方式的原理第7章中斷傳送方式的優(yōu)、缺點中斷傳送方式的優(yōu)、缺點優(yōu)點：系統(tǒng)的工作效率高，優(yōu)點：系統(tǒng)的工作效率高，CPU、I/

16、O設(shè)備可以并設(shè)備可以并行工作，外設(shè)可以主動向行工作，外設(shè)可以主動向CPU請求，能夠得到請求，能夠得到CPU的及時響應。的及時響應。缺點：每次傳送數(shù)據(jù)，缺點：每次傳送數(shù)據(jù)，CPU都要做許多都要做許多額外的工作，傳送速度仍然不是很快。額外的工作，傳送速度仍然不是很快。第7章為什么要用為什么要用DMA方式傳送數(shù)據(jù)方式傳送數(shù)據(jù)查詢方式傳送數(shù)據(jù)：查詢方式傳送數(shù)據(jù)：7.2.3 直接數(shù)據(jù)通道傳送直接數(shù)據(jù)通道傳送（DMA：Direct Memory Access） 查詢時占用查詢時占用CPU時間時間中斷方式傳數(shù)據(jù)：中斷方式傳數(shù)據(jù)：比查詢方式傳送數(shù)據(jù)效率要高，但執(zhí)行中斷服務程序，比查詢方式傳送數(shù)據(jù)效率要高，但執(zhí)行中斷服務程序，CPU要保護斷點、保護一些寄存器等操作，使要保護斷點、保護一些寄存器等操作，使CPU花花費時間。費時間。第7章DMA方式方式利用專用的接口電路直接在內(nèi)存與外設(shè)端口之間直利用專用的接口電路直接在內(nèi)存與外設(shè)端口之間直接進行數(shù)據(jù)塊傳送，而不經(jīng)過接進行數(shù)據(jù)塊傳送，而不經(jīng)過CPU中轉(zhuǎn)的一種數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的一種數(shù)據(jù)傳送方式。傳送方式。 DMADMA控制器控制器無需無需CPU參與，無需軟件介入?yún)⑴c，無需軟