微機(jī)原理與接口 C0703

1、微機(jī)原理與接口技術(shù)n某 以 8 0 8 8 為 C P U 的 微 型 計(jì) 算 機(jī) 內(nèi) 存 R A M 區(qū) 為00000H3FFFFH，若分別采用6264（4K8）、62256（32K8）、2164（64K1）或21256（32K4）RAM芯片配置，各需要多少片芯片？n解：尋址范圍：0000 0000 0000 0000 0000 0011 1111 1111 1111 1111存儲(chǔ)單元數(shù)：3FFFFH-00000H+1=256K得RAM共218個(gè)存儲(chǔ)單元（每單元8bit）182152228.828N MCnm1861121128.228N MCnm基本輸入/輸出方法n無(wú)條件傳送n查詢(xún)式傳送n

2、中斷式傳送n直接存儲(chǔ)器存取(DMA)無(wú)條件傳送n任意時(shí)刻無(wú)條件輸入/輸出n要求外部設(shè)備總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)n優(yōu)點(diǎn)：n軟件及接口硬件簡(jiǎn)單n缺點(diǎn)：n只適用于簡(jiǎn)單外設(shè)，適用范圍窄查詢(xún)工作方式nCPU通過(guò)程序不斷讀取并測(cè)試接口狀態(tài)n工作條件：n外設(shè)提供狀態(tài)信息n接口具備狀態(tài)端口多外設(shè)查詢(xún)流程中斷控制方式n外設(shè)主動(dòng)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求nCPU執(zhí)行每條指令的末尾處，通過(guò)內(nèi)部硬件自動(dòng)檢查是否有外設(shè)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。簡(jiǎn)單I/O控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n例例1：外設(shè)狀態(tài)端口地址為03FBH，第5位為狀態(tài)標(biāo)志，該位為1示忙，為0示閑；外設(shè)數(shù)據(jù)端口地址為03F8H，寫(xiě)入數(shù)據(jù)會(huì)使?fàn)顟B(tài)標(biāo)志位置1，外設(shè)將數(shù)據(jù)讀走后又將該位置0。要求：

3、n畫(huà)出該控制系統(tǒng)電路圖n利用查詢(xún)工作方式，將DATA中100B數(shù)據(jù)輸出n例例2：假設(shè)I/O接口中的一個(gè)狀態(tài)端口地址為A910H，狀態(tài)端口D1=1表示外設(shè)空閑。該接口數(shù)據(jù)端口地址為A911H，利用查詢(xún)方式完成輸出一數(shù)據(jù)至外設(shè)的程序段的程序段，待輸出數(shù)據(jù)在內(nèi)存的STORE單元中。n分析：n當(dāng)狀態(tài)端口D1=1時(shí)，由內(nèi)存經(jīng)CPU，使用OUT指令輸出至外設(shè)數(shù)據(jù)端口。n端口地址不在00HFFH范圍內(nèi)，所以需要用寄存器尋址的輸出指令。簡(jiǎn)單I/O控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n例例2：假設(shè)I/O接口中的一個(gè)狀態(tài)端口地址為A910H，狀態(tài)端口D1=1表示外設(shè)空閑。該接口數(shù)據(jù)端口地址為A911H，利用查詢(xún)方式完成輸出一數(shù)據(jù)至外設(shè)的

4、程序段的程序段，待輸出數(shù)據(jù)在內(nèi)存的STORE單元中。START: MOV DX, 0A910HWAITT: IN AL, DX TEST AL, 02H JZ WAITT MOV AL, STORE MOV DX, 0A911H OUT DX, AL HLT基本輸入/輸出方法n無(wú)條件傳送、查詢(xún)式傳送、中斷式傳送n直接存儲(chǔ)器存取(DMA)MOVOUTINMOVCPU掌握總線(xiàn)控制權(quán)CPU放棄總線(xiàn)控制權(quán)：直接存儲(chǔ)器存取(DMA)DMA控制器nDMA(Direct Memory Access), 直接存儲(chǔ)器存取。常用于高速傳送大批量數(shù)據(jù)塊。nDMA傳送是由硬件代替軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)直接傳送的。實(shí)現(xiàn)這種傳送的

5、專(zhuān)門(mén)硬件電路稱(chēng)為DMA控制器(DMAC)。nDMAC和CPU都掛在系統(tǒng)總線(xiàn)上。總線(xiàn)上可控制其他部件的部件稱(chēng)為總線(xiàn)主控(Bus Master)，被控部件稱(chēng)為從控(Slave)。進(jìn)入DMA方式時(shí)，DMAC成為主控。nDMA操作前，應(yīng)先對(duì)DMAC編程，將要傳送的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)塊在存儲(chǔ)器中的起始地址、數(shù)據(jù)傳送方向等信息發(fā)送給DMAC。DMA控制方式DREQHRQDMA請(qǐng)求階段HOLD高高外設(shè)請(qǐng)求以外設(shè)請(qǐng)求以DMA方式服務(wù)方式服務(wù)DMA響應(yīng)和數(shù)據(jù)傳送階段HOLD每個(gè)總線(xiàn)周期結(jié)束每個(gè)總線(xiàn)周期結(jié)束傳送結(jié)束階段HOLD低低撤銷(xiāo)撤銷(xiāo)HLDADMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DM

6、A控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)DMACDMAC向向CPUCPU發(fā)送的總線(xiàn)控制請(qǐng)求信發(fā)送的總線(xiàn)控制請(qǐng)求信號(hào)和號(hào)和CPUCPU發(fā)送給發(fā)送給DMACDMAC的應(yīng)答信號(hào)的應(yīng)答信號(hào)外部設(shè)備向四個(gè)通道的外部設(shè)備向四個(gè)通道的DMADMA方式方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求和應(yīng)答信號(hào)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求和應(yīng)答信號(hào)線(xiàn)DMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1 1）CPUCPU控制，控制，CPUCPU尋址尋址82378237內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器（2 2）DMADMA控制，低控制，低4 4位和高位和高4 4位地址線(xiàn)位地址線(xiàn)（1 1）CPUCPU向向82378237內(nèi)寄存器寫(xiě)

7、數(shù)據(jù)內(nèi)寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)（2 2）DMADMA傳輸時(shí)，用于傳輸高傳輸時(shí)，用于傳輸高8 8位地址，由位地址，由ADSTBADSTB信號(hào)將其鎖存信號(hào)將其鎖存入地址鎖存器入地址鎖存器DMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU讀取讀取8237A的內(nèi)部狀態(tài)寄存器信息；的內(nèi)部狀態(tài)寄存器信息；CPU向向8237A寫(xiě)命令及初始化參數(shù)。寫(xiě)命令及初始化參數(shù)。在在DMA方式數(shù)據(jù)傳輸中，方式數(shù)據(jù)傳輸中，控制從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)；控制從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)；控制將數(shù)據(jù)寫(xiě)入外設(shè)控制將數(shù)據(jù)寫(xiě)入外設(shè)DMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)在在DMA方式數(shù)據(jù)傳輸中方式數(shù)據(jù)傳輸中控制從存儲(chǔ)器單

8、元讀數(shù)據(jù)；控制從存儲(chǔ)器單元讀數(shù)據(jù)；控制將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器單元?？刂茖?shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器單元。DMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)片選信號(hào)。低有效時(shí)，片選信號(hào)。低有效時(shí)，CPU可對(duì)可對(duì)8237進(jìn)行進(jìn)行編程。編程。DMA控制器Intel 8237AIntel 8237A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)程結(jié)束信號(hào)，雙向。過(guò)程結(jié)束信號(hào)，雙向。DMA服務(wù)結(jié)束，服務(wù)結(jié)束，8237從從EOP端輸出一個(gè)低端輸出一個(gè)低電平，通知外設(shè)。電平，通知外設(shè)。若若8237收到有效收到有效EOP信號(hào)，則終止正在執(zhí)信號(hào)，則終止正在執(zhí)行的行的DMA傳送。傳送。8237A數(shù)據(jù)傳送方式1.單字節(jié)傳送單字節(jié)傳送n每傳送完一個(gè)字節(jié)

9、數(shù)據(jù)，DMA控制器放棄總線(xiàn)控制權(quán)。傳送下一個(gè)字節(jié)時(shí)，再重新申請(qǐng)使用總線(xiàn)。n傳送一個(gè)字節(jié)后，HRQ無(wú)效，總線(xiàn)控制權(quán)交還CPU至少一個(gè)總線(xiàn)周期，再檢查DREQ。8237A數(shù)據(jù)傳送方式1.單字節(jié)傳送單字節(jié)傳送n特點(diǎn)特點(diǎn)：DMA控制器不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用總線(xiàn)不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用總線(xiàn)。CPU可在每個(gè)DMA周期結(jié)束后立即控制總線(xiàn)。CPU與DMA控制器輪流輪流控制系統(tǒng)總線(xiàn)，因此不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：DMA傳輸效率低。8237A數(shù)據(jù)傳送方式2.數(shù)據(jù)塊傳送數(shù)據(jù)塊傳送nDMA控制器獲得總線(xiàn)控制權(quán)后，可連續(xù)傳輸多個(gè)字節(jié)。只有當(dāng)字節(jié)全部傳送完畢，產(chǎn)生#EOP信號(hào)為止。n傳送期間不再檢測(cè)DREQ請(qǐng)求信號(hào)。8237

10、A數(shù)據(jù)傳送方式2.數(shù)據(jù)塊傳送數(shù)據(jù)塊傳送n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳輸效率高n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：DMA傳輸期間CPU長(zhǎng)時(shí)間不能控制總線(xiàn)，若一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)較多，會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。8237A數(shù)據(jù)傳送方式3.請(qǐng)求傳送請(qǐng)求傳送n類(lèi)似數(shù)據(jù)塊傳送方式。不同之處在于：每傳輸一個(gè)字節(jié)后，DMA控制器對(duì)外設(shè)的DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ進(jìn)行測(cè)試；若DREQ無(wú)效，則暫停傳送數(shù)據(jù)；一旦重新發(fā)現(xiàn)DREQ有效，則繼續(xù)傳送。8237A數(shù)據(jù)傳送方式3.請(qǐng)求傳送請(qǐng)求傳送n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)靈活，DMA操作可由外設(shè)利用DREQ信號(hào)控制發(fā)送過(guò)程。DMA操作類(lèi)型nDMA讀n存儲(chǔ)器外設(shè)nDMA寫(xiě)n外設(shè)存儲(chǔ)器n存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器n如主存Cachen校驗(yàn)操作n不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送

11、，而是對(duì)數(shù)據(jù)塊內(nèi)部的每個(gè)字節(jié)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)。#MEMR, #IOW#IOR, #MEMW8237A 內(nèi)部寄存器n通道專(zhuān)用寄存器（5個(gè)）n基地址寄存器n當(dāng)前地址寄存器n基字節(jié)數(shù)寄存器n當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器n方式寄存器通道專(zhuān)用寄存器n基地址寄存器（只寫(xiě)）n存放內(nèi)存起始地址nDMA+0, +2, +4, +6n初始化時(shí)由程序?qū)懭?，先低字?jié)，再高字節(jié)n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，其值不變例：將AX中的地址寫(xiě)入8237的通道0的基地址寄存器中 OUT DMA+0, AL MOV AL, AH OUT DMA+0, AL通道專(zhuān)用寄存器n基地址寄存器（只寫(xiě)）n存放內(nèi)存起始地址nDMA+0, +2, +4, +6n初始化時(shí)由程

12、序?qū)懭?，先低字?jié)，再高字節(jié)n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，其值不變n當(dāng)前地址寄存器（可讀寫(xiě)）n存放當(dāng)前內(nèi)存地址nDMA+0, +2, +4, +6n初始值與基地址寄存器相同，由CPU一并寫(xiě)入n每次DMA傳送后，值自動(dòng)+1或-1通道專(zhuān)用寄存器n基字節(jié)數(shù)寄存器（只寫(xiě)）n存放DMA傳送的總字節(jié)數(shù)nDMA+1, +3, +5, +7n初始化時(shí)由程序?qū)懭?，先低字?jié)，再高字節(jié)n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，其值不變例：將CX計(jì)數(shù)值寫(xiě)入8237的通道0的基字節(jié)計(jì)數(shù)器中 MOV AL,CL OUT DMA+1, AL MOV AL,CH OUT DMA+1, AL通道專(zhuān)用寄存器n基字節(jié)數(shù)寄存器（只寫(xiě)）n存放DMA傳送的總字節(jié)數(shù)nDMA+

13、1, +3, +5, +7n初始化時(shí)由程序?qū)懭?，先低字?jié)，再高字節(jié)n數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，其值不變n當(dāng)前字節(jié)數(shù)寄存器（可讀寫(xiě)）n存放未傳完的字節(jié)數(shù)nDMA+1, +3, +5, +7n初始值與基字節(jié)數(shù)寄存器相同，由CPU一并寫(xiě)入n每次DMA傳送后，值自動(dòng)-1。減為-1時(shí)，EOP信號(hào)有效。通道專(zhuān)用寄存器n方式寄存器（只寫(xiě)）n用于設(shè)置DMA的操作類(lèi)型、數(shù)據(jù)傳送方式、地址改變方式、自動(dòng)預(yù)置以及通道選擇。nDMA+0BH數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式00：請(qǐng)求方式：請(qǐng)求方式01：?jiǎn)巫止?jié)方式：?jiǎn)巫止?jié)方式10：塊方式：塊方式11：級(jí)聯(lián)方式：級(jí)聯(lián)方式地址增量地址增量1：地址減：地址減10：地址加：地址加1自動(dòng)預(yù)置自動(dòng)預(yù)

14、置1：自動(dòng)預(yù)置：自動(dòng)預(yù)置0：非自動(dòng)預(yù)置：非自動(dòng)預(yù)置操作類(lèi)型操作類(lèi)型00：校驗(yàn)：校驗(yàn)01：DMA寫(xiě)寫(xiě)10：DMA讀讀11：無(wú)效：無(wú)效 通道選擇通道選擇00：通道：通道001：通道：通道110：通道：通道211：通道：通道3D7D6D5D4D3D2D1D0例： PC系列存儲(chǔ)盤(pán)讀寫(xiě)操作選擇DMA通道2，單字節(jié)傳送，地址增1，不用自動(dòng)預(yù)置。試給出寫(xiě)操作、讀操作、校驗(yàn)操作的方式寄存器的二進(jìn)制值。解：寫(xiě)操作：0100 0110 = 46H。讀操作：0100 1010 = 4AH。校驗(yàn)操作：0100 0010 = 42H。8237A 內(nèi)部寄存器n通道專(zhuān)用寄存器（5個(gè)）n通道公用寄存器（5個(gè)）n命令寄存器n狀

15、態(tài)寄存器n暫存寄存器n請(qǐng)求寄存器n屏蔽寄存器通道公用寄存器n命令寄存器（只寫(xiě)）n用于控制8237A的操作，只能寫(xiě)，不能讀。0: DREQ 高有效高有效1: DREQ 低有效低有效0: DACK 低有效低有效1: DACK 高有效高有效D7D6D5D4D3D2D1D00: 滯后寫(xiě)滯后寫(xiě)1: 擴(kuò)展寫(xiě)擴(kuò)展寫(xiě)0: 固定優(yōu)先級(jí)固定優(yōu)先級(jí)1: 循環(huán)優(yōu)先級(jí)循環(huán)優(yōu)先級(jí)0: 普通時(shí)序普通時(shí)序1: 壓縮時(shí)序壓縮時(shí)序0: 啟動(dòng)啟動(dòng)8237A1: 停止停止8237A0: 通道通道0地地 址不保持址不保持1: 通道通道0地地 址保持址保持0: 禁止禁止MM1: 允許允許MMnD5：滯后寫(xiě)和擴(kuò)展寫(xiě)nD5 = 0 為滯后寫(xiě)，表示寫(xiě)脈沖滯后寫(xiě)脈沖滯后讀脈沖一個(gè)時(shí)鐘。nD5 = 1 為擴(kuò)展寫(xiě)，表示讀、寫(xiě)脈沖同時(shí)讀、寫(xiě)脈沖同時(shí)產(chǎn)生。n擴(kuò)展寫(xiě)增加了增加了寫(xiě)命令寬度。壓縮時(shí)序下 (D3=1) 該位無(wú)意義。nD4：優(yōu)先級(jí)nD4 = 0 為固定優(yōu)先級(jí)， DREQ0 最高，DREQ3 最低。nD4 = 1 為循環(huán)優(yōu)先級(jí)，剛服務(wù)過(guò)的通道優(yōu)先權(quán)變?yōu)樽畹?。nD3 ：時(shí)序類(lèi)型nD3 = 0為普通時(shí)序，傳輸一個(gè)字節(jié)需3個(gè)時(shí)鐘周期。nD3 = 1為壓縮時(shí)序。對(duì)于高速外設(shè)，可將時(shí)序壓縮到2個(gè)周期。D7D6D5D4D3D2D1D0nD2：?jiǎn)?dòng)與停止8237工作nD2 = 0 啟動(dòng)； D2 = 1