微機原理與接口技術(徐惠民)

1、微機原理與接口技術第七章 微型計算機和外設間的數(shù)據(jù)傳輸微機原理與接口技術(徐惠民)7.1概述把外部設備同計算機連接起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的控制電路稱為I/O接口電路，簡稱 I/O接口。微機原理與接口技術(徐惠民)根據(jù)外部設備的多樣性、復雜性，I/O接口電路應具有如下功能：（1）轉換信息格式例如串/并、并/串轉換等；（2）提供聯(lián)絡信號協(xié)調數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息，如設備“就緒”、“忙”、“選通”、“應答”，數(shù)據(jù)緩沖器“滿”、“空”等；（3）協(xié)調定時差異為協(xié)調計算機與外設在“定時”或數(shù)據(jù)處理速度上的差異，使兩者之間的數(shù)據(jù)交換取得同步，有必要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或地址加以緩沖或鎖存；（4）進行譯碼選址一般微機系統(tǒng)中都具

2、有多臺外設，因此I/O接口必須提供設備地址譯碼以及確定其端口的功能；（5）實現(xiàn)電平轉換外部電路采用的電平多種多樣，包括TTL, CMOS, RS-232等，接口電路必須提供計算機同外設間的電平轉換和驅動功能；（6）具備時序控制有的接口電路具有自己的時序，以滿足計算機和各種外設在時序方面的要求。微機原理與接口技術(徐惠民) 7.2 CPU和I/O設備間的信號 7.2.1CPU與I/O之間的接口信號接口電路中的信息1.數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息可以有各種形式：數(shù)字量。大多數(shù)信息是數(shù)字信息，即二進 制信息或者代表字符的ASCII碼開關量。開關量實際是數(shù)字信息，但一般只占用一位二進制信息，以表示開關的打開或閉合

3、。模擬量。通過接口的模擬量，要變換為數(shù)字量，再加到計算機。微機原理與接口技術(徐惠民) CPU與I/O之間的接口信號 2.狀態(tài)信息狀態(tài)信息主要是反映外設的工作狀態(tài)對于輸入設備，可以表示它是否準備好數(shù)據(jù)，只有數(shù)據(jù)已準備好，才啟動CPU一次讀入操作。對于輸出設備，可以反映它是否已經(jīng)把上一個數(shù)據(jù)處理完，只有上一個數(shù)據(jù)處理完，才可以啟動CPU的下一次輸出操作。狀態(tài)信息也可以是CPU傳送給外部設備的，傳送CPU的狀態(tài)。狀態(tài)信息也稱為握手信息。微機原理與接口技術(徐惠民) CPU與I/O之間的接口信號 3.控制信息控制信息一般是CPU通過接口電路傳送給外部設備的，一般控制外部設備的動作。這三種信息，將都通

4、過數(shù)據(jù)總線在CPU和接口之間傳送。從形式上看，三種信息并沒有差別，都是二進制信息。如10000000，既可以是數(shù)據(jù)信息，代表十進制數(shù)128，也可以是一種狀態(tài)信息，或一種控制信息。微機原理與接口技術(徐惠民)接口和端口為了區(qū)分以上所述的三種信息，在接口部件中都包含一組寄存器，分別對應不同的外設地址，CPU和外設交換信息時，將三種不同的信息，送入不同的寄存器：數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器，狀態(tài)信息就送入狀態(tài)寄存器，等等。這些寄存器就稱為端口（PORT）。不同的端口有不同的地址，不同的端口存放不同的信息。微機原理與接口技術(徐惠民)7.2.2 I/O端口及其尋址方式 1. 存儲器映像的I/O尋址方式 存儲器映

5、像的I/O尋址方式 ，即I/O端口和存儲器統(tǒng)一編址：即存儲器和外設共同分享CPU的尋址空間。一般，存儲器占用較多的尋址空間，而外設（I/O接口）占用較少的尋址空間。在這種情況下，CPU可以用對存儲器的操作指令來對外設進行操作，兩者對CPU來說，實際上是相同的。即不需要專用的對外設操作的指令。外設和存儲器的區(qū)別就在于地址。微機原理與接口技術(徐惠民)2. I/O端口單獨編址這時，存儲器和I/O接口，各自都有自己的地址范圍，而且這些地址在數(shù)值上可以是重疊的。也就是不能用地址來區(qū)別存儲器和外設。此時，必須有專門的I/O操作指令。更實質地說，是需要有用于存儲器尋址和外設尋址的不同控制信號。微機原理與接

6、口技術(徐惠民)7.3 CPU和外設之間的數(shù)據(jù)傳送方式 7.3.1 無條件傳送方式無條件是指CPU不管外設的狀態(tài)，在需要和外設交換信息的時候，就用輸入或輸出指令和外設交換信息。在這種方式下，CPU和外設之間只有數(shù)據(jù)信息的傳送，沒有狀態(tài)信息的傳送。但無條件傳送，不等于不需要接口電路，只是接口電路可以比較簡單，因為只有數(shù)據(jù)的通道，一般就只有輸出鎖存器和輸入緩沖器。微機原理與接口技術(徐惠民)例7-1 如下圖所示為采用無條件傳送方式控制的電路，輸入接口中自帶有數(shù)據(jù)緩沖器，輸出接口中自帶有鎖存器，控制開關K0K2打開則對應發(fā)光二極管Q0Q2亮，開關閉合則對應發(fā)光二極管不亮。編寫這段控制程序。微機原理與

7、接口技術(徐惠民)解：DON：IN AL，IN_PORT ；讀入B口開關狀態(tài) XOR AL，0FFH ；求反OUT OUT_PORT，AL ；點亮對應發(fā)光二極管 JMP DONHLT 微機原理與接口技術(徐惠民)7.3.2 查詢傳送方式（異步傳送方式） 這種方式，CPU要遵循“先查詢，后傳送”的原則，保證只有在外設已經(jīng)是在“準備好”狀態(tài)，才開始傳送數(shù)據(jù)。查詢式傳送的一般流程：先從狀態(tài)口讀入狀態(tài)字；如果狀態(tài)是“準備好”，開始傳送；如果狀態(tài)是“沒有準備好”，則繼續(xù)查詢，直到“準備好”，開始傳送。微機原理與接口技術(徐惠民)1. 查詢式輸入查詢式輸入的程序流程圖：微機原理與接口技術(徐惠民)例7-2

8、 查詢傳送輸入接口電路如下圖所示：8位鎖存器與8位三態(tài)緩沖器構成數(shù)據(jù)寄存器，該接口的輸入端連接輸入設備，輸出端直接與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連。狀態(tài)寄存器由D觸發(fā)器和1位三態(tài)緩沖器構成。輸入設備可通過控制信號對該狀態(tài)口進行控制，CPU可通過數(shù)據(jù)線D7訪問該狀態(tài)口。編寫查詢輸入控制程序。微機原理與接口技術(徐惠民)查詢輸入的部分程序： MOVDX，STATUS_PORT；DX指向狀態(tài)端口START：INAL，DX；讀狀態(tài)端口信息 TESTAL，80H；測試狀態(tài)標志位D7， JZSTART ；D7=0，外設未準備好，繼續(xù)查詢 MOVDX，DATA_PORT ；DX指向數(shù)據(jù)端口 IN AL, DX ；從數(shù)據(jù)

9、端口輸入數(shù)據(jù) RET解：當輸入設備的數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒后，將數(shù)據(jù)送入8位鎖存器，同時對D觸發(fā)器觸發(fā)，使狀態(tài)信號標志位D7為1。當CPU要求外設輸入信息時，先檢查狀態(tài)信息。若數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好，則輸入相應數(shù)據(jù)，并使狀態(tài)信息清0；否則，等待數(shù)據(jù)準備就緒。微機原理與接口技術(徐惠民)輸入輸出傳送方式2.查詢式輸出查詢式輸出流程圖：微機原理與接口技術(徐惠民)例7-3 下圖所示接口電路中：8位鎖存器作為數(shù)據(jù)寄存器，其輸入端與數(shù)據(jù)線相連，輸出端連接輸出設備。狀態(tài)寄存器由D觸發(fā)器和1位三態(tài)緩沖器構成，CPU則可利用數(shù)據(jù)線D0輸入該狀態(tài)口的信息。編寫查詢輸出控制程序。微機原理與接口技術(徐惠民)查詢式輸出的相應程序段

10、為： MOVDX，STATUS_POR ；DX指向狀態(tài)端口START：INAL，DX ；讀狀態(tài)端口信息TESTAL，01H ；測試狀態(tài)標志位D7， JNZSTART ；D7=0，繼續(xù)查詢 MOVDX，DATA_PORT ；DX指向數(shù)據(jù)端口MOVAL，BUF ；取數(shù)據(jù)OUTDX，AL ；向外設輸出數(shù)據(jù)RET解：當輸出設備將數(shù)據(jù)輸出后，會發(fā)出一個ACK信號，使D觸發(fā)器翻轉為0(BUSY信號由1變0會觸發(fā)ACK翻轉）。CPU查詢到這個狀態(tài)信息后，知道外設空閑，于是就執(zhí)行輸出指令，將新的輸出數(shù)據(jù)送至8位鎖存器。同時，將D觸發(fā)器置為1，通知外設進行數(shù)據(jù)輸出操作，同時，在輸出設備尚未完成輸出之前，一直維持

11、D觸發(fā)器輸出為1，阻止CPU輸出新的數(shù)據(jù)。微機原理與接口技術(徐惠民)查詢方式的優(yōu)點：CPU和外設之間可以很好地配合工作 。缺點：CPU要長期地查詢外設的狀態(tài)，查詢實際上就是一種等待。CPU長期的等待會影響CPU的工作效率。微機原理與接口技術(徐惠民)例7-4如下圖所示，試編程實現(xiàn)將48000H為首地址的順序100個單元的數(shù)據(jù)，利用查詢方式輸出到外設。 微機原理與接口技術(徐惠民)解:程序如下：START: MOV AX,4000H MOV DS,AX MOV SI,8000H MOV CX,100GOON: MOV DX,00F1HWAIT: IN AL,DX AND AL,01H JZ W

12、AIT MOV AL,SI MOV DX,00F0H OUT DX,AL INC SI LOOP GOON RET微機原理與接口技術(徐惠民)7.3.3中斷傳送方式中斷方式是由外設向CPU發(fā)出要求交換數(shù)據(jù)的請求，即中斷請求。CPU收到中斷請求后，中斷當前的工作，為外設服務。服務結束（輸入或輸出）后，繼續(xù)原來的工作。中斷方式不要求CPU等待或查詢，可以大大地提高CPU工作效率。但接口電路比較復雜。微機原理與接口技術(徐惠民)7.3.4 DMA方式DMA方式，是由DMA控制器來控制數(shù)據(jù)從外設到存儲器的直接傳送。CPU不參與DMA傳送的控制。中斷方式仍然是指令控制下的傳送，為了進一步提高傳送速度，希

13、望傳送直接是在硬件控制下完成。DMA方式是速度最快的外設和存儲器交換信息的方式。微機原理與接口技術(徐惠民)1. DMA傳送的工作原理 微機原理與接口技術(徐惠民)2. DMA控制器的基本功能 （1）能接受外設的DMA請求信號DREQ，并能向外設發(fā)出DMA響應信號DACK；（2）能向CPU發(fā)出總線請求信號（HOLD），當CPU發(fā)出總線響應信號（HLDA）后能接管對總線的控制權，進入DMA方式；（3）能發(fā)出地址信息，對存儲器尋址并修改地址指針；（4）能向存儲器和外設發(fā)出讀/寫控制信號；（5）能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷DMA傳送是否結束；（6）能發(fā)出DMA結束信號，釋放總線，讓CPU重新獲得總線控制權。 微機原理與接口技術(徐惠民)3. DMA操作方式 （1）單字節(jié)方式在單字節(jié)操作方式下，DMA控制器操作每次只傳送一個字節(jié)。即獲得總線控制權后，每傳送完一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，便將總線控制權還給CPU，按這種工作方式，即使有一個數(shù)據(jù)塊要傳送，也只能傳送完一個字節(jié)后，由DMA控制器重新向CPU申請總線。（2）字組方式字組操作方式也叫請求方式或查詢方式。這種方式下一個DMA請求能夠連續(xù)傳送一批數(shù)據(jù)。在此期間，DMA控制器