南京郵電大學(xué)微機(jī)課件第7章

1、第第7 7章章 輸入輸入/ /輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng) 一一. 概概 述述 1. 接口電路的作用接口電路的作用 CPU數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 輸出接口電路輸出接口電路 輸出設(shè)備輸出設(shè)備 CPU 輸入接口電路輸入接口電路 輸入設(shè)備數(shù)據(jù)輸入設(shè)備數(shù)據(jù)接口接口: 是是CPU與外部設(shè)備交換信息的中轉(zhuǎn)站與外部設(shè)備交換信息的中轉(zhuǎn)站 I/O設(shè)備與總線之間的連接設(shè)備與總線之間的連接輸出接口電路輸出接口電路輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入接口電路輸入接口電路輸入設(shè)備輸入設(shè)備系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線I/O接口電路接口電路2. 接口電路的功能接口電路的功能 應(yīng)具有數(shù)據(jù)暫存功能應(yīng)具有數(shù)據(jù)暫存功能 應(yīng)有端口地址譯碼器應(yīng)有端口地址譯碼器 (便于使用便于使用IN,

2、OUT指令讀寫數(shù)據(jù)指令讀寫數(shù)據(jù)) 與外設(shè)之間有聯(lián)絡(luò)功能與外設(shè)之間有聯(lián)絡(luò)功能 有中斷管理能力有中斷管理能力 有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能(并并 串串,串串 并并)3. 關(guān)于端口的概念關(guān)于端口的概念 “端口端口”是是接口電路接口電路中中, 能與能與CPU交換信息交換信息(使用使用IN, OUT) 的的寄存器寄存器。 端口分類端口分類:數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口: 存放存放CPU向外設(shè)輸出或外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)。向外設(shè)輸出或外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)。控制口控制口: 存放控制信息存放控制信息-控制接口電路、外設(shè)的控制接口電路、外設(shè)的 工作。工作。狀態(tài)口狀態(tài)口: 存放狀態(tài)信息存放狀態(tài)信息 反映外設(shè)的狀態(tài)。反映外設(shè)的狀態(tài)。 注意：接口

3、電路必須具有數(shù)據(jù)口。注意：接口電路必須具有數(shù)據(jù)口。注：注：每個(gè)端口，系統(tǒng)都為它編了一個(gè)地址，系統(tǒng)只要給出每個(gè)端口，系統(tǒng)都為它編了一個(gè)地址，系統(tǒng)只要給出某個(gè)地址，通過譯碼電路，就能找到相應(yīng)的某個(gè)地址，通過譯碼電路，就能找到相應(yīng)的I/O接口電路中接口電路中的端口寄存器。的端口寄存器。問問 題：題：系統(tǒng)給出的地址是內(nèi)存單元地址還是系統(tǒng)給出的地址是內(nèi)存單元地址還是I/O端口寄存端口寄存器的地址？器的地址？解決方案：解決方案：合理安排合理安排I/O端口寄存器的編址方式。端口寄存器的編址方式。 4. 端口的編址方式端口的編址方式 存儲器映像方式存儲器映像方式 把端口和存儲單元等同看待把端口和存儲單元等同看

4、待, 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址。 特點(diǎn)特點(diǎn): 凡訪問存儲單元的指令都可訪問凡訪問存儲單元的指令都可訪問 I/O端口端口,端口地址占用存儲空間。端口地址占用存儲空間。 I/O端口端口獨(dú)立編址獨(dú)立編址 特點(diǎn)特點(diǎn): I/O 端口不占用存儲空間，端口不占用存儲空間， CPU要有專用的要有專用的 I/O 指令。指令。5. PC系列機(jī)的端口編址系列機(jī)的端口編址 PC系列機(jī)采用端口獨(dú)立編址；系列機(jī)采用端口獨(dú)立編址；從從8088 奔騰微處理器奔騰微處理器, 設(shè)計(jì)時(shí)用設(shè)計(jì)時(shí)用A15 A0 低低16位地址尋址位地址尋址 I/O 端口；端口； 所以所以, CPU的端口尋址能力為的端口尋址能力為216=65536個(gè)；個(gè)；基于

5、微處理器的基于微處理器的PC系列系列, 實(shí)際使用實(shí)際使用A9 A0 做做I/O地址；地址； 所以所以, PC系列機(jī)系列機(jī) I/O 端口地址最多為端口地址最多為 210=1024個(gè)。個(gè)。這這1024個(gè)口地址個(gè)口地址, 系統(tǒng)本身系統(tǒng)本身(主板上主板上, 以及常以及常 規(guī)規(guī) I/O接口接口)已經(jīng)占用了一部分。已經(jīng)占用了一部分。 端口地址端口地址( I/O 空間空間)沒有分段的概念。沒有分段的概念。 二二. 最常用的最常用的 I/O 指令指令1.直接尋址直接尋址 I/O 指令指令設(shè)設(shè)n為為8位端口地址位端口地址IN AL , n ; 口地址為口地址為n的端口中取數(shù)的端口中取數(shù) AL OUT n , A

6、L ; AL內(nèi)容內(nèi)容 口地址為口地址為n的端口寄存器的端口寄存器IN AX , n ; (n) AL, (n+1) AH OUT n , AX ; AL n口口, AH n+1口口如如: IN AL , 61H OUT 61H, AL2. DX間址的間址的I/O指令指令 當(dāng)口地址當(dāng)口地址 n 8位二進(jìn)制數(shù)時(shí)位二進(jìn)制數(shù)時(shí), 用用DX間址間址 注意注意: I/O 指令只能在端口和指令只能在端口和AL, AX, EAX之間之間 交換信息交換信息, 用用DX間址間址, 但不能使用方括號但不能使用方括號, 即不能寫成即不能寫成: IN AL, DX。IN AL , DX ; DX的端口內(nèi)容的端口內(nèi)容 A

7、LOUT DX , AL ; AL DX的端口寄存器的端口寄存器IN AX , DX ; DX AL, DX+1 AHOUT DX , AX ; AL DX, AH DX+1 的端口寄存器的端口寄存器 如如: MOV DX, 3F8H IN AL , DX ;從從3F8H端口取數(shù)端口取數(shù) AL微機(jī)系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)與 I/O 端口的信息交換有四種方式端口的信息交換有四種方式: 無條件傳送無條件傳送 查詢方式查詢方式 中斷方式中斷方式 DMA方式方式采用何種方式與接口的硬件電路有直接關(guān)系采用何種方式與接口的硬件電路有直接關(guān)系1.無條件傳送無條件傳送 輸入接口輸入接口:八八個(gè)個(gè)三三態(tài)態(tài)門門地址譯碼器地

8、址譯碼器IOR數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線外設(shè)外設(shè)8入入出出控控控控=0，出，出=入入控控=1，出為高，出為高阻阻入入出出控控入入出出控控控控=1，出，出=入入控控=0，出為高阻，出為高阻執(zhí)行執(zhí)行IN指令之前指令之前, 外設(shè)數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好。外設(shè)數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好。 輸出接口輸出接口鎖鎖存存器器地址譯碼器地址譯碼器IOW數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線外設(shè)外設(shè)8 QCP D.D7D0執(zhí)行執(zhí)行OUT指令時(shí)指令時(shí): AL內(nèi)容內(nèi)容 數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)線， 口地址口地址 地址線上地址線上, IOW=低低, 把數(shù)據(jù)鎖存到把數(shù)據(jù)鎖存到 鎖存器中。鎖存器中?！纠?假設(shè)微機(jī)系統(tǒng)外擴(kuò)了假設(shè)微機(jī)系統(tǒng)外擴(kuò)了6位位共陰極共陰極數(shù)碼管電路，數(shù)碼管電路，要求每隔要

9、求每隔一秒完成一次一秒完成一次“8”字左移，循環(huán)往復(fù)，直字左移，循環(huán)往復(fù)，直到主機(jī)鍵盤按下任意鍵時(shí)停止。到主機(jī)鍵盤按下任意鍵時(shí)停止。h共陰結(jié)構(gòu)共陰結(jié)構(gòu)abcdefghcom對應(yīng)關(guān)系對應(yīng)關(guān)系(200H(200H選中選中) )D7-D0(201H(201H選中選中) )D D0 0D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1abcdefghCSCS7FH 6 6位數(shù)碼管接口電路位數(shù)碼管接口電路8位鎖存器（段選）位鎖存器（段選）8位鎖存器（位選）位鎖存器（位選）COMD7-D06位反相驅(qū)動器位反相驅(qū)動器D D0 0D D5 520H00000111111001

10、111111 數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管顯示原理 使用段選碼和位選碼進(jìn)行控制使用段選碼和位選碼進(jìn)行控制 段選碼段選碼：顯示什么字符。：顯示什么字符。6 6個(gè)數(shù)碼管的同名段共享連接，并且個(gè)數(shù)碼管的同名段共享連接，并且a a接接D D0 0；b b接接D D1 1、；g g接接D D6 6、h h接接D D7 7。顯示字符。顯示字符“8 8”的段選碼是的段選碼是 01111111B=7FH01111111B=7FH。 位選碼位選碼：選擇被點(diǎn)亮的數(shù)碼管：選擇被點(diǎn)亮的數(shù)碼管（僅（僅D D5 5-D-D0 0有效）。有效）。 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第6 6個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為00001 100000B(20H)000

11、00B(20H) 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第5 5個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為0000001 10000B(10H)0000B(10H) 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第4 4個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為000000001 1000B(08H)000B(08H) 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第3 3個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為00000000001 100B(04H)00B(04H) 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第2 2個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為0000000000001 10B(02H)0B(02H) 點(diǎn)亮第點(diǎn)亮第1 1個(gè)，位選碼為個(gè)，位選碼為000000000000001 1B(01H)B(01H) 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 主要解決四個(gè)問題：主要解決四個(gè)問題： （1 1）字符）

12、字符“8 8”的顯示控制問題，包括段選碼的顯示控制問題，包括段選碼和位選碼；和位選碼； （2 2）時(shí)間間隔）時(shí)間間隔1 1秒鐘秒鐘如何實(shí)現(xiàn)如何實(shí)現(xiàn)； （3 3）每隔一秒鐘）每隔一秒鐘“8 8”如何左移一位顯示；如何左移一位顯示； （4 4）顯示過程如何結(jié)束）顯示過程如何結(jié)束 MOV DX,201HMOV AL,7FH ; “8”的段選碼的段選碼OUT DX, ALMOV DX,200HMOV AL,位選碼位選碼 ;初值初值=20HOUT DX, ALSHR 位碼,1: SCAN:MOV AL,1 INT 16H JZ SCAN 結(jié)束準(zhǔn)備【程序清單程序清單】.486DATA SEGMENT US

13、E16ORIGIN DB 20H ;數(shù)碼管位選碼初值數(shù)碼管位選碼初值TTT DW 100 ;延時(shí)時(shí)間延時(shí)時(shí)間DATA ENDSCODE SEGMENT USE16 ASSUME CS: CODE, DS: DATABEG: MOV AX, DATA MOV DS, AX ;DS段賦值段賦值 MOV DX, 201H MOV AL, 7FH OUT DX, AL ;輸出輸出“8”字型碼字型碼 LAST: MOV AL, ORIGIN MOV DX, 200H OUT DX, AL ;輸出位選碼輸出位選碼 CALL DELAY ；延時(shí)延時(shí)1秒秒 SHR ORIGIN,1 JNC NEXT MOV

14、ORIGIN, 20H NEXT: MOV AH, 1 INT 16H ; 有鍵入？有鍵入？ JZ LAST ;否否 MOV AH, 4CH INT 21H；延時(shí)子程序；延時(shí)子程序DELAY PROC MOV AH,2DH MOV CX,0 MOV Dx,0 INT 21HREAD: MOV AH,2CH INT 21H MOV AL,100 MUL DH MOV DH,0 ADD AX,DX CMP AX,TTT JC READ RETDELAY ENDPCODE ENDS END BEG 2.查詢方式查詢方式 用查詢方式交換信息用查詢方式交換信息, 必先了解外設(shè)的狀態(tài)。必先了解外設(shè)的狀態(tài)。

15、 查詢方式輸入流程查詢方式輸入流程從狀態(tài)口讀取從狀態(tài)口讀取 狀態(tài)信息狀態(tài)信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好？數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好？執(zhí)行執(zhí)行IN指令指令,取出數(shù)據(jù)取出數(shù)據(jù)YN從狀態(tài)口讀取從狀態(tài)口讀取 狀態(tài)信息狀態(tài)信息外設(shè)空閑否外設(shè)空閑否?執(zhí)行執(zhí)行OUT指令指令,輸出一個(gè)數(shù)據(jù)輸出一個(gè)數(shù)據(jù)YN 查詢方式輸出流程查詢方式輸出流程查詢方式輸入接口示意圖查詢方式輸入接口示意圖地址譯碼器地址譯碼器地址總線地址總線IOR鎖鎖存存器器(8)三態(tài)三態(tài)緩沖緩沖 器器 (8)CPU數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 輸輸 入入 設(shè)設(shè) 備備輸入選輸入選通信號通信號 RD Q +5V狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志寄存器寄存器IOR地址譯碼器地址譯碼器數(shù)據(jù)口選中數(shù)據(jù)口選中接接數(shù)數(shù)

16、據(jù)據(jù)線線D7位位 查詢式輸入核心程序查詢式輸入核心程序 設(shè)狀態(tài)口地址設(shè)狀態(tài)口地址=200H 數(shù)據(jù)口地址數(shù)據(jù)口地址=201H RSCAN : MOV DX , 200H IN AL , DX TEST AL , 80H JZ RSCAN MOV DX , 201H IN AL , DX 查詢式輸出接口示意圖查詢式輸出接口示意圖“0”為空閑為空閑鎖鎖存存器器(8)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)IOW地址譯碼器地址譯碼器地址總線地址總線IOR數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)口選中數(shù)據(jù)口選中ACK 輸輸 出出 設(shè)設(shè) 備備Q D +5V狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)口選中狀態(tài)口選中接數(shù)據(jù)線接數(shù)據(jù)線D0位位 R 查詢式數(shù)據(jù)輸出核心程序查詢式數(shù)據(jù)輸出

17、核心程序 設(shè)狀態(tài)口地址設(shè)狀態(tài)口地址=200H=數(shù)據(jù)口地址數(shù)據(jù)口地址 TSCAN: MOV DX, 200H IN AL, DX TEST AL, 1 JNZ TSCAN MOV DX, 200H MOV AL, 某數(shù)某數(shù) OUT DX, AL3. 3. 中斷控制方式中斷控制方式 在有多個(gè)外設(shè)的系統(tǒng)中，多個(gè)外設(shè)要求在有多個(gè)外設(shè)的系統(tǒng)中，多個(gè)外設(shè)要求CPUCPU為它服務(wù)為它服務(wù)是隨機(jī)的是隨機(jī)的 若采用查詢方式工作，就不能保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)地對外若采用查詢方式工作，就不能保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)地對外設(shè)的請求作出響應(yīng)設(shè)的請求作出響應(yīng) 為了提高為了提高CPUCPU的效率，使系統(tǒng)有實(shí)時(shí)性能，導(dǎo)致了的效率，使系統(tǒng)有實(shí)時(shí)性能

18、，導(dǎo)致了中中斷處理技術(shù)斷處理技術(shù)的產(chǎn)生的產(chǎn)生特點(diǎn)：特點(diǎn)： 在外設(shè)沒有作好數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)備時(shí)，在外設(shè)沒有作好數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)備時(shí)，CPUCPU可執(zhí)行與傳送數(shù)據(jù)無可執(zhí)行與傳送數(shù)據(jù)無關(guān)的其它指令關(guān)的其它指令 當(dāng)外設(shè)作好傳送準(zhǔn)備后，主動向當(dāng)外設(shè)作好傳送準(zhǔn)備后，主動向CPUCPU請求中斷請求中斷 若若CPUCPU響應(yīng)這一請求，則暫停正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)入中斷服響應(yīng)這一請求，則暫停正在運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，完成數(shù)據(jù)傳送務(wù)程序，完成數(shù)據(jù)傳送 待服務(wù)完畢后，自動返回原來運(yùn)行的程序待服務(wù)完畢后，自動返回原來運(yùn)行的程序4.4.直接存儲器存取（直接存儲器存?。―MADMA）方式）方式為什么要有為什么要有DMA？什么是什

19、么是DMA？特點(diǎn)：特點(diǎn)： 用硬件實(shí)現(xiàn)在外設(shè)與內(nèi)存間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不通用硬件實(shí)現(xiàn)在外設(shè)與內(nèi)存間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不通過過CPUCPU 數(shù)據(jù)傳送速度的上限就取決于存儲器的工作速度數(shù)據(jù)傳送速度的上限就取決于存儲器的工作速度 速度快速度快7.3 DMA控制器控制器1. DMA (Direct Memory Access) : 直接存儲器存取直接存儲器存取, 習(xí)習(xí) 慣上稱慣上稱DMA傳送。傳送。 DMA傳送傳送: 利用硬件完成高速外設(shè)與系統(tǒng)利用硬件完成高速外設(shè)與系統(tǒng)RAM之間之間 的信息交換。的信息交換。 2. DMAC: DMA 控制器?？刂破?。 它是實(shí)現(xiàn)它是實(shí)現(xiàn)DMA傳送的核心芯片。傳送的核

20、心芯片。 3. 專用術(shù)語專用術(shù)語: DMA讀傳送讀傳送: 在在DMAC控制下控制下, 讀取讀取RAM的內(nèi)容的內(nèi)容 I/O端口。端口。 DMA寫傳送寫傳送: I/O端口信息端口信息 系統(tǒng)系統(tǒng)RAM某單元。某單元。 存儲單元讀存儲單元讀 / 寫傳送寫傳送: 在在DMAC控制下控制下, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) RAM RAM。 注意注意:在在PC系列機(jī)中禁止系列機(jī)中禁止RAM RAM傳送。傳送。4. DMA傳送的過程傳送的過程 HOLDCPU HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口接口RAM總線保持請求總線保持請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求請求DMA響應(yīng)響應(yīng)ABDBCB HOLD

21、CPU HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口接口RAM總線保持請求總線保持請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求請求DMA響應(yīng)響應(yīng)ABDBCB 系統(tǒng)的三總線分別受到系統(tǒng)的三總線分別受到CPU和和DMAC的控制。的控制。 CPU可以向地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線上發(fā)送信可以向地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線上發(fā)送信 息息, DMAC也可以向地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線也可以向地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線 上發(fā)送信息上發(fā)送信息, 但同一時(shí)間但同一時(shí)間, 三總線只能受一個(gè)器件的控三總線只能受一個(gè)器件的控 制制, 所以所以, 兩者之間必須有聯(lián)絡(luò)信號兩者之間必須有聯(lián)絡(luò)信號: HOLDCP

22、U HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口接口RAM總線保持請求總線保持請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求請求DMA響應(yīng)響應(yīng)ABDBCB 高速外設(shè)高速外設(shè), 通過其接口電路向通過其接口電路向DMAC發(fā)出發(fā)出“DMA請求請求” 信號信號 (請求請求DMAC為其傳送數(shù)據(jù)為其傳送數(shù)據(jù))。 DMAC檢測到有檢測到有DMA請求之后請求之后, 即向即向CPU提出總線保提出總線保 持請求持請求 (請求請求CPU脫離總線脫離總線)。 HOLDCPU HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口RAM總線保持請求總線響應(yīng)DMA請求DMA響應(yīng)ABDBCB CPU執(zhí)行完當(dāng)前

23、指令的當(dāng)前總線周期之后脫離系統(tǒng)總執(zhí)行完當(dāng)前指令的當(dāng)前總線周期之后脫離系統(tǒng)總 線線, 并向并向DMAC發(fā)出發(fā)出“總線保持響應(yīng)總線保持響應(yīng)”信號。信號。 DMAC收到收到“總線響應(yīng)總線響應(yīng)”信號之后信號之后, 接管系統(tǒng)總線的接管系統(tǒng)總線的 控制控制權(quán)權(quán), 并向并向I/O接口發(fā)出接口發(fā)出DMA響應(yīng)信號。響應(yīng)信號。 HOLDCPU HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口接口RAM總線請求總線請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求請求DMA響應(yīng)響應(yīng)ABDBCB 在這之后在這之后, 由由DAMC控制系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)總線, 進(jìn)行進(jìn)行DMA傳送。傳送。 a. 若進(jìn)行若進(jìn)行DMA讀傳送讀傳送:

24、 DMAC把把RAM地址地址 地址總線上地址總線上 DMAC發(fā)出存儲器讀命令和發(fā)出存儲器讀命令和I/O寫命令寫命令 b. 若進(jìn)行若進(jìn)行DMA寫傳送寫傳送 DMAC把把RAM地址地址 地址總線上地址總線上 DMAC發(fā)出發(fā)出I/O讀命令和存儲器寫命令讀命令和存儲器寫命令 HOLDCPU HLDAHRQ DREQ DMACHLDA DACK I/O接口接口RAM總線請求總線請求總線響應(yīng)總線響應(yīng)DMA請求DMA響應(yīng)ABDBCB 預(yù)定的字節(jié)數(shù)全部傳送完畢預(yù)定的字節(jié)數(shù)全部傳送完畢, DMAC脫離系統(tǒng)總線脫離系統(tǒng)總線, CPU再次控制系統(tǒng)總線再次控制系統(tǒng)總線, 完成被中斷指令的后繼總線完成被中斷指令的后繼總

25、線 周期。周期。5. DMA傳送與中斷方式的比較傳送與中斷方式的比較 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間: CPU接到接到“中斷請求中斷請求”后要等到當(dāng)前指后要等到當(dāng)前指 令執(zhí)行完畢才響應(yīng)令執(zhí)行完畢才響應(yīng), 而而CPU接到接到DMAC的的“總線請總線請 求求”后后, 只要當(dāng)前指令的當(dāng)前總線周期執(zhí)行完畢就只要當(dāng)前指令的當(dāng)前總線周期執(zhí)行完畢就 響應(yīng)響應(yīng)! 數(shù)據(jù)傳送速度數(shù)據(jù)傳送速度: DMAC傳送比中斷傳送要快傳送比中斷傳送要快! 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序: 保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場 ( I/O 端口端口) CPU CPU RAM 送中斷結(jié)束命令送中斷結(jié)束命令 恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場 IRET 由此看出由此看出, 中斷傳送是由軟件

26、完成的中斷傳送是由軟件完成的, 執(zhí)行一次中斷執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序服務(wù)程序, 就完成一字節(jié)的就完成一字節(jié)的 I/O 寫傳送。寫傳送。 而而DMA傳送是由硬件完成的傳送是由硬件完成的, 每傳送一個(gè)字節(jié)只占用每傳送一個(gè)字節(jié)只占用CPU的一個(gè)總線周期。的一個(gè)總線周期。 中斷請求分為內(nèi)部中斷和外部中斷。中斷請求分為內(nèi)部中斷和外部中斷。 DMA請求的方式也有兩種請求的方式也有兩種: 硬件硬件DMA請求和軟件請求和軟件DMA請求。請求。 一片一片8237 有有4個(gè)個(gè)DMA通道。通道。一一. 8237 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8237提供提供4種種DMA傳送方式傳送方式: 單字節(jié)讀單字節(jié)讀 / 寫傳送寫傳送 數(shù)據(jù)塊

27、讀數(shù)據(jù)塊讀 / 寫傳送寫傳送 請求傳送請求傳送 級連傳送級連傳送 一次一次DMA傳送的最大字節(jié)數(shù)是傳送的最大字節(jié)數(shù)是64K 8237每個(gè)通道只能訪問每個(gè)通道只能訪問64K RAM, PC系列機(jī)由于增系列機(jī)由于增 加了加了“頁面寄存器頁面寄存器”, 所以一個(gè)通道能訪問所以一個(gè)通道能訪問16兆內(nèi)存。兆內(nèi)存。7.3.1 8237A DMA控制器控制器控制寄存器控制寄存器請求寄存器請求寄存器狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器屏蔽寄存器屏蔽寄存器請求觸發(fā)器請求觸發(fā)器屏蔽觸發(fā)器屏蔽觸發(fā)器方式寄存器方式寄存器基地址寄存器基地址寄存器當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器基本字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器當(dāng)前字節(jié)寄存器當(dāng)前字節(jié)寄存器通道通

28、道0暫存寄存器暫存寄存器 通道通道1 通道通道2 通道通道3READY DREQ0DACK0DREQ1DACK1DREQ2DACK2DREQ3DACK3HRQHLDACLKAENADSTBDB7 DB0A3 A0A7 A4 IOR MEMR IOWMEMWHOLDHLDACLK8237A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖二二. 8237內(nèi)部寄存器組內(nèi)部寄存器組 分二類分二類: 一類是一類是4個(gè)通道共用的個(gè)通道共用的, 一類是每個(gè)通道專用的。一類是每個(gè)通道專用的。 1. 控制寄存器控制寄存器 (共用共用) 寄存器初始化命令字寄存器初始化命令字, 命令字格式如下頁圖命令字格式如下頁圖: D7 D6 D5

29、 D4 D3 D2 D1 D00:禁止存儲器到禁止存儲器到存儲器傳送存儲器傳送1:允許存儲器到允許存儲器到存儲器傳送存儲器傳送存儲器到存儲器傳送時(shí)存儲器到存儲器傳送時(shí):0:源地址不保持源地址不保持1:源地址保持不變源地址保持不變0:啟動啟動8237工作工作1:停止停止8237工作工作0:正常時(shí)序正常時(shí)序1:壓縮時(shí)序壓縮時(shí)序0:DACK低電平有效低電平有效1:DACK高電平有效高電平有效0:DREQ高電平有效高電平有效1:DREQ低電平有效低電平有效0:不擴(kuò)展寫信號不擴(kuò)展寫信號1:擴(kuò)展寫信號擴(kuò)展寫信號0:固定優(yōu)先級固定優(yōu)先級1:循環(huán)優(yōu)先級循環(huán)優(yōu)先級8237A控制寄存器格式控制寄存器格式 注意注意

30、:系統(tǒng)機(jī)加電后系統(tǒng)機(jī)加電后, 由由BIOS完成完成DMAC的初始化的初始化, 控制命令字控制命令字=0, 即即:各個(gè)通道禁止各個(gè)通道禁止RAM RAM, 允允許讀許讀 / 寫傳送寫傳送, 使用正常時(shí)序使用正常時(shí)序, 不擴(kuò)展寫信號不擴(kuò)展寫信號, DMA請求高電平有效請求高電平有效, DMA應(yīng)答信號低電平有效應(yīng)答信號低電平有效, 各通道各通道的的DMA請求是固定優(yōu)先級請求是固定優(yōu)先級, 即即: DREQ0最高最高, REQ3最低。最低。 用戶沒有必用戶沒有必 要也不應(yīng)當(dāng)改變控制寄存器的要也不應(yīng)當(dāng)改變控制寄存器的內(nèi)容。內(nèi)容。 2. 方式寄存器方式寄存器 (共用共用)寄存方式字，選擇各通道的傳送方式。

31、寄存方式字，選擇各通道的傳送方式。方式字格式，如下頁圖方式字格式，如下頁圖:D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0通道選擇通道選擇:00選擇通道選擇通道001:選擇通道選擇通道110:選擇通道選擇通道211:選擇通道選擇通道3傳送類型的選擇傳送類型的選擇:00校驗(yàn)傳送校驗(yàn)傳送01:寫傳送寫傳送10:讀傳送讀傳送11:無意義無意義通道傳送方式選擇通道傳送方式選擇:00:請求傳送方式請求傳送方式01:單字節(jié)傳送方式單字節(jié)傳送方式10:數(shù)據(jù)塊傳送方式數(shù)據(jù)塊傳送方式11:級聯(lián)方式級聯(lián)方式地址增減方式選擇地址增減方式選擇 0:地址加地址加1 1:地址減地址減1 自動重裝功能選擇自動重裝功能選擇:

32、 0:禁止禁止 1:允許允許8237A方式寄存器格式方式寄存器格式 8237DMAC 規(guī)定規(guī)定4種傳送方式種傳送方式, 即即: 單字節(jié)讀單字節(jié)讀 / 寫傳送寫傳送, 數(shù)據(jù)塊讀數(shù)據(jù)塊讀 / 寫傳送寫傳送, 單字節(jié)請求讀單字節(jié)請求讀 / 寫傳送寫傳送, 級聯(lián)傳送。級聯(lián)傳送。 各通道還有一個(gè)各通道還有一個(gè)6位的方式寄存器。位的方式寄存器。8237根據(jù)共用的根據(jù)共用的 方式寄存器方式寄存器D1、D0位位, 再截取再截取D7 D2位位 相應(yīng)通相應(yīng)通 道的方式寄存器中。道的方式寄存器中。 假設(shè)假設(shè): 方式命令字方式命令字=0 1 0 0 1 0 0 1 單字節(jié)傳送單字節(jié)傳送地址加地址加1修改修改無自動重裝

33、功能無自動重裝功能讀讀傳傳送送通通道道 1表示表示: 令令CH1進(jìn)行單字節(jié)讀傳送進(jìn)行單字節(jié)讀傳送, 自動加自動加1變址變址, 沒有沒有 自動重裝功能。自動重裝功能。 MOV AL, 01001001B OUT 方式寄存器口地址方式寄存器口地址, AL基地址寄存器（基地址寄存器（16位）位）低低16位位RAM地地址址自動重裝功能選擇：自動重裝功能選擇： 方式寄存器方式寄存器 D4=1, 允許允許 D4=0, 禁止禁止當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器(16位位)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線A15 A0自動自動1 每個(gè)通道有一對。每個(gè)通道有一對。3. 基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器

34、 （各通道專用）（各通道專用）基地址寄存器（基地址寄存器（16位）位）低低16位位RAM地址地址自動重裝功能選擇：自動重裝功能選擇： 方式寄存器方式寄存器 D4=1, 允許允許 D4=0, 禁止禁止當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器(16位位)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線A15 A0自動自動1 初始化編程時(shí)初始化編程時(shí), 低低16位位RAM地址地址 基地址寄存器基地址寄存器, 后后 者自動轉(zhuǎn)存到當(dāng)前地址寄存器中。者自動轉(zhuǎn)存到當(dāng)前地址寄存器中。基地址寄存器（基地址寄存器（16位）位）低低16位位RAM地址地址自動重裝功能選擇：自動重裝功能選擇： 方式寄存器方式寄存器 D4=1, 允許允許 D4=0, 禁止

35、禁止當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器(16位位)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線A15 A0自動自動1 進(jìn)行進(jìn)行DMA讀讀 / 寫傳送時(shí)寫傳送時(shí), 當(dāng)前地址寄存器的內(nèi)容當(dāng)前地址寄存器的內(nèi)容 系系 統(tǒng)地址線上統(tǒng)地址線上, 選中某一單元。選中某一單元?；刂芳拇嫫鳎ɑ刂芳拇嫫鳎?6位）位）低低16位位RAM地地址址自動重裝功能選擇：自動重裝功能選擇： 方式寄存器方式寄存器 D4=1, 允許允許 D4=0, 禁止禁止當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器(16位位)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線A15 A0自動自動1 一個(gè)字節(jié)傳送完畢一個(gè)字節(jié)傳送完畢, 當(dāng)前地址寄存器中的內(nèi)容自動當(dāng)前地址寄存器中的內(nèi)容自動+1 或或 1(由方

36、式寄存器由方式寄存器D5的選擇而定的選擇而定)。 基地址寄存器（基地址寄存器（16位）位）低低16位位RAM地址地址自動重裝功能選擇：自動重裝功能選擇： 方式寄存器方式寄存器 D4=1, 允許允許 D4=0, 禁止禁止當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器(16位位)系統(tǒng)地址總線系統(tǒng)地址總線A15 A0自動自動1 預(yù)定預(yù)定字節(jié)傳送完畢字節(jié)傳送完畢, 若方式寄存器若方式寄存器D4位位=1, 則基地址則基地址 寄存器中的內(nèi)容自動重裝寄存器中的內(nèi)容自動重裝 當(dāng)前地址寄存器。當(dāng)前地址寄存器。4. 基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器 (各通道專用各通道專用)“欲傳送的字節(jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)

37、1”基本字節(jié)寄存器（基本字節(jié)寄存器（16位）位）自動重裝功能選擇自動重裝功能選擇自動自動1當(dāng)前字節(jié)寄存器（當(dāng)前字節(jié)寄存器（16位）位） EOP 計(jì)數(shù)值由計(jì)數(shù)值由0 1時(shí)時(shí), 引腳引腳EOP = 每通道有一對。每通道有一對?！坝麄魉偷淖止?jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1”基本字節(jié)寄存器（基本字節(jié)寄存器（16位）位）自動重裝功能選擇自動重裝功能選擇自動自動1當(dāng)前字節(jié)寄存器（當(dāng)前字節(jié)寄存器（16位）位） EOP 計(jì)數(shù)值由計(jì)數(shù)值由0 1時(shí)時(shí), 引腳引腳EOP = 初始化時(shí)初始化時(shí)“欲傳送的字節(jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1” 基本字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器, 后后 者自動寫入當(dāng)前字節(jié)寄存器。者自動寫入當(dāng)前字節(jié)寄存器。“欲傳送的字

38、節(jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1”基本字節(jié)寄存器（基本字節(jié)寄存器（16位）位）自動重裝功能選擇自動重裝功能選擇自動自動1當(dāng)前字節(jié)寄存器（當(dāng)前字節(jié)寄存器（16位）位） EOP 計(jì)數(shù)值由計(jì)數(shù)值由0 1時(shí)時(shí), 引腳引腳EOP = 每傳送一個(gè)字節(jié)每傳送一個(gè)字節(jié), 當(dāng)前字節(jié)寄存器自動當(dāng)前字節(jié)寄存器自動1 ?！坝麄魉偷淖止?jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1”基本字節(jié)寄存器（基本字節(jié)寄存器（16位）位）自動重裝功能選擇自動重裝功能選擇自動自動1當(dāng)前字節(jié)寄存器（當(dāng)前字節(jié)寄存器（16位）位） EOP 計(jì)數(shù)值由計(jì)數(shù)值由0 1時(shí)時(shí), 引腳引腳EOP = 當(dāng)前字節(jié)寄存器的值由當(dāng)前字節(jié)寄存器的值由0 1時(shí)時(shí), 引腳引腳EOP= , 表明表明 預(yù)定

39、的字節(jié)數(shù)傳送完畢。若方式寄存器預(yù)定的字節(jié)數(shù)傳送完畢。若方式寄存器D4=1, 則完成則完成 計(jì)數(shù)值自動重裝計(jì)數(shù)值自動重裝 當(dāng)前字節(jié)寄存器。當(dāng)前字節(jié)寄存器。 5. 先先 / 后觸發(fā)器后觸發(fā)器 (共用共用) 地址寄存器、字節(jié)寄存器都是地址寄存器、字節(jié)寄存器都是16位位, 而而8237A與與CPU之之 間的數(shù)據(jù)線只有間的數(shù)據(jù)線只有8根根, 所以地址值所以地址值(字節(jié)值字節(jié)值)要分要分2次寫入。次寫入。 先先 / 后觸發(fā)器規(guī)定了寫入地址寄存器中的初值后觸發(fā)器規(guī)定了寫入地址寄存器中的初值, 以及寫以及寫 入字節(jié)寄存器中的初值的寫入順序。入字節(jié)寄存器中的初值的寫入順序。 先先 / 后觸發(fā)器為后觸發(fā)器為0,

40、則先寫入的是低則先寫入的是低8位位, 后寫入的是高后寫入的是高8 位位, 初始化時(shí)初始化時(shí): 使先使先 / 后觸發(fā)器為后觸發(fā)器為0 低低8位位RAM地址地址 基本地址寄存器基本地址寄存器 中中8位位RAM地址地址 基本地址寄存器基本地址寄存器 “欲傳送的字節(jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1”其低其低8位位 基本字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器 “欲傳送的字節(jié)數(shù)欲傳送的字節(jié)數(shù)1”其高其高8位位 基本字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器6. 屏蔽寄存器屏蔽寄存器 (共用共用) 功能功能: 屏蔽某一通道的屏蔽某一通道的DMA請求。請求。 8237A有有2個(gè)屏蔽寄存器個(gè)屏蔽寄存器 單通道屏蔽寄存器、單通道屏蔽寄存器、 多通道屏蔽寄存器

41、多通道屏蔽寄存器 無用無用D2 D1 D01: 使相應(yīng)通道的使相應(yīng)通道的 屏蔽觸發(fā)器為屏蔽觸發(fā)器為10: 使相應(yīng)通道的使相應(yīng)通道的 屏蔽觸發(fā)器為屏蔽觸發(fā)器為0D1 D0選中選中0 00 11 0 1 1CH0CH1CH2CH3 每寫入一次每寫入一次, 只能預(yù)置只能預(yù)置 一個(gè)通道的屏蔽觸發(fā)器。一個(gè)通道的屏蔽觸發(fā)器。 單通道屏蔽寄存器單通道屏蔽寄存器 多通道屏蔽寄存器多通道屏蔽寄存器 (共用共用) D3 D2 D1 D0無用無用選中選中 CH0 Di=1: 使相應(yīng)通道的屏使相應(yīng)通道的屏 蔽觸發(fā)器為蔽觸發(fā)器為1Di=0: 使相應(yīng)通道的屏使相應(yīng)通道的屏 蔽觸發(fā)器為蔽觸發(fā)器為0 寫入一次寫入一次, 可使

42、可使4 個(gè)通道的屏蔽寄存器分別置個(gè)通道的屏蔽寄存器分別置1或置或置0。 CH1 CH2 CH3 7. 軟件請求寄存器軟件請求寄存器 (共用共用) 無用無用1: 使相應(yīng)通道的請求觸發(fā)器置使相應(yīng)通道的請求觸發(fā)器置10: 使相應(yīng)通道的請求觸發(fā)器置使相應(yīng)通道的請求觸發(fā)器置0 D1 D0選選中中0 00 11 01 1CH0CH1CH2CH3D2 D1 D0 硬件硬件DMA請求請求: 由引腳由引腳DREQ0 3的有效信號的有效信號, 使通道使通道 的的“請求觸發(fā)器請求觸發(fā)器”置置1 。軟件軟件DMA請求請求:由于預(yù)置由于預(yù)置“請求寄存器請求寄存器”, 而從內(nèi)部使通而從內(nèi)部使通 道的道的 “請求觸發(fā)器請求

43、觸發(fā)器”置置1 。實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明: 某通道的屏蔽觸發(fā)器置某通道的屏蔽觸發(fā)器置1后后, 該通道的硬件該通道的硬件、軟件、軟件DMA 請求都將被屏蔽。請求都將被屏蔽。8. 狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CH3 CH2 CH1 CH0 CH3 CH2 CH1 CH0D7 D4 D3 D0Di=1表示有表示有DMA請求請求Di=1表示該通道表示該通道DMA傳送結(jié)束傳送結(jié)束三、三、 8237A在在PC系列機(jī)中的應(yīng)用系列機(jī)中的應(yīng)用 1. 用用2片片8237A級連提供級連提供7個(gè)個(gè)DMA通道通道 HRQDREQ0 DACK0DREQ1 DACK1DREQ2 DACK2DREQ3 DACK3DACK0DACK1 DA

44、CK2DACK3 HRQDREQ0 DACK0DREQ1 DACK1DREQ2 DACK2DREQ3 DACK3HRQ至至CPUDACK5DACK6DACK7DREQ0DREQ1DREQ2DREQ3DMAC1DMAC2DREQ5DREQ6DREQ78237A的每個(gè)通道地址寄存器是的每個(gè)通道地址寄存器是16位位, 進(jìn)行進(jìn)行DMA傳送時(shí)傳送時(shí),當(dāng)前地址寄存器的內(nèi)容當(dāng)前地址寄存器的內(nèi)容 系統(tǒng)地址線上。系統(tǒng)地址線上。我們知道我們知道: 16位地址可尋址位地址可尋址64K內(nèi)存內(nèi)存 20位地址可尋址位地址可尋址1兆內(nèi)存兆內(nèi)存 24位地址可尋址位地址可尋址16兆內(nèi)存兆內(nèi)存 在在PC / XT中中, 內(nèi)存為內(nèi)

45、存為1兆兆, 高四位地址由誰給出高四位地址由誰給出? 在在PC / AT中中, 內(nèi)存為內(nèi)存為16兆兆, 高高8位地址由誰給出位地址由誰給出?為此為此, 在在DMA接口電路中接口電路中, 以以8237A為核心為每一通道為核心為每一通道增加了一個(gè)增加了一個(gè)“頁面寄存器頁面寄存器”, 用來存放高用來存放高4位位 (AT機(jī)中為機(jī)中為高高8位位)地址。地址。2. 如何擴(kuò)充如何擴(kuò)充8237A的尋址范圍的尋址范圍 (增設(shè)頁面地址寄存器增設(shè)頁面地址寄存器 ) 地址鎖存地址鎖存器器當(dāng)前地址寄存器當(dāng)前地址寄存器頁面寄存器頁面寄存器系統(tǒng)數(shù)據(jù)線系統(tǒng)數(shù)據(jù)線初始化時(shí)初始化時(shí), 寫入高寫入高8位位RAM地址地址A19 A1

46、6地址驅(qū)動器地址驅(qū)動器中中8位位RAM地址地址低低8位位RAM地址地址A15 A8A7 A08237A某通道某通道3. 頁面寄存器口地址頁面寄存器口地址CH0CH1CH2CH3DMAC 1DMAC 2CH0CH1CH2CH3頁面寄存器口地址頁面寄存器口地址87H83H81H82H /8BH89H8AH7.3.2 8237A的初始化編程的初始化編程 （1）命令字寫入控制寄存器。命令字寫入控制寄存器。（2）屏蔽字寫入屏蔽寄存器，屏蔽要初始化的通道。屏蔽字寫入屏蔽寄存器，屏蔽要初始化的通道。（3）方式字寫入方式寄存器，為通道規(guī)定傳送類型及方式字寫入方式寄存器，為通道規(guī)定傳送類型及 工作方式。工作方式

47、。（4）置置0先后觸發(fā)器，為后繼的地址寄存器和字節(jié)寄存先后觸發(fā)器，為后繼的地址寄存器和字節(jié)寄存 器規(guī)定寫入順序。器規(guī)定寫入順序。 （5） 計(jì)算存儲單元的計(jì)算存儲單元的20位物理地址。位物理地址。 （6） 將物理地址的高將物理地址的高8位位 存入頁面寄存器存入頁面寄存器, 低低16位位 基本地址寄存器基本地址寄存器 ， 字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)-1 基本字節(jié)寄存器?；咀止?jié)寄存器。 （7）解除屏蔽解除屏蔽,準(zhǔn)備響應(yīng)準(zhǔn)備響應(yīng)DMA請求。請求。4. DMA讀讀/寫傳送實(shí)驗(yàn)舉例寫傳送實(shí)驗(yàn)舉例 按圖完成電路接線按圖完成電路接線,采用采用“硬件硬件DMA請求請求”的方式的方式,將用戶程序數(shù)據(jù)段將用戶程序數(shù)據(jù)段3行測試

48、電文寫入到實(shí)驗(yàn)電路中的行測試電文寫入到實(shí)驗(yàn)電路中的6116存儲器存儲器(它們是本實(shí)驗(yàn)的它們是本實(shí)驗(yàn)的I/O端口寄存器端口寄存器),然后再然后再將將6116存儲器中的電文傳送到用戶程序的數(shù)據(jù)段緩沖存儲器中的電文傳送到用戶程序的數(shù)據(jù)段緩沖區(qū)區(qū),最后把緩沖區(qū)中的電文顯示在屏幕上最后把緩沖區(qū)中的電文顯示在屏幕上,驗(yàn)證驗(yàn)證DMA讀讀寫傳送的結(jié)果寫傳送的結(jié)果,電文如下電文如下:THE QUICK BROWN FOX JUMPS OVER LAZY DOGA8A1B8B1GDIR74LS2456116D7D0A10A0CS WRRDQ10Q02*74LS393清清0端端進(jìn)位脈沖進(jìn)位脈沖+5VDMA按鍵按鍵總線總線B18DRQ1DMA請求電請求電路路IORIOWDACK1IOWIORDACK1清清0電路電路2Kx8程序清單程序清單DISP MACRO VAR MOV AH,9 MOV DX,OFFSET VAR INT 21H ENDMSCANKEY MACRO LOCAL LLLLLL: MOV AH,1 INT 16H JZ LLL MOV AH,0 INT 16H ENDMDATA SEGMENTTEXT DB THE QUICK BROWN FOX JUMP