硬件技術(shù)課件Chapter5-2

1、第三節(jié) CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式CPU與外設(shè)的工作速度不一致，如何使兩者高效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，是本節(jié)討論的問題。1一、 無條件傳送方式二、 條件傳送方式 ( 查詢方式 )三、 中斷傳送方式四、 DMA傳送方式 ( Direct Memory Access ) 有以下幾種傳送方式：2一、無條件傳送方式 (同步傳送方式)實(shí)現(xiàn)方法 CPU不查詢外設(shè)工作狀態(tài)， 與外設(shè)速度的匹配通過在軟件上延時(shí)完成， 在程序中直接用I/O指令，完成與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送特點(diǎn) 1. 適用于外設(shè)動(dòng)作時(shí)間已知， 在CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，外設(shè)保證已準(zhǔn)備好的情況 2. 軟硬件十分簡(jiǎn)單。3例 1 無條件輸入接口（參看教材圖

2、6-8）接口電路，即硬件上保證:只在CPU執(zhí)行從200H端口輸入數(shù)據(jù)時(shí), 三態(tài)門處于工作狀態(tài)，使輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)送上總線側(cè)，而CPU執(zhí)行其它指令時(shí), 三態(tài)門均處于高阻狀態(tài), 使輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)線與總線側(cè)斷開三 態(tài)緩沖器輸入設(shè)備數(shù)據(jù) 線IOR地址譯碼地址線200H000D7 D0A15A0與非PC總線4無條件輸入編程: 從端口200H讀入100個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中。、 MOV AX, SEG buffer MOV DS, AX ;取緩沖區(qū) LEA DI, buffer ;首地址 MOV CX, 100H ;傳送個(gè)數(shù) MOV DX, 200H ;端口地址 next： CALL delay

3、;延時(shí)等待 IN AL, DX ;讀入數(shù)據(jù) MOV DI, AL ;送緩沖區(qū) INC DI ;修改指針 LOOP next 、;延時(shí)子程delay PROC PUSH CX MOV CX, 80Hcc: LOOP cc POP CX RETdelay ENDP5例2 無條件輸出 : 編程控制系統(tǒng)板上揚(yáng)聲器發(fā)聲。4765321061H 端口 8253與門放大器揚(yáng)聲器01控制其它外設(shè)揚(yáng)聲器控制電路圖：T個(gè)數(shù)發(fā)聲原理：向揚(yáng)聲器發(fā)送一串脈沖信號(hào)， 推動(dòng)揚(yáng)聲器內(nèi)紙盆振動(dòng)，發(fā)出聲音脈沖的頻率，控制音高；脈沖的個(gè)數(shù)，控制音長(zhǎng)61. 使61H端口的0位輸出0，控制8253輸出1。2. 使61H端口的1位按所需

4、頻率交替輸出0和1， 產(chǎn)生所需的聲音。編程方法：4765321061H 端口 8253與門放大器揚(yáng)聲器01控制其它外設(shè)揚(yáng)聲器控制電路圖：7code SEGMENT ASSUME CS:codestart: MOV BX, 3000H ;控制脈沖個(gè)數(shù) MOV DX, 6000H ;控制脈沖周期 IN AL, 61H ;讀入61H端口數(shù)據(jù) AND AL, 1111 1110b ;D0為0，8253 輸出1sound: XOR AL, 0000 0010b OUT 61H, AL ; 61H端口的D1交替為0和1 MOV CX, DXdelay: LOOP delay ;延時(shí) DEC BX ;控制脈

5、沖數(shù) JNZ sound MOV AH, 4CH INT 21Hcode ENDS END start發(fā)聲程序:61H 端口8253與門放大器揚(yáng)聲器01控制其它外設(shè)T個(gè)數(shù)8將發(fā)聲程序改編為一子程：入口參數(shù) BX 控制音長(zhǎng) DX 控制音高思考：9二、條件傳送方式(查詢傳送方式)實(shí)現(xiàn)方法： 在與外設(shè)進(jìn)行傳送數(shù)據(jù)前，CPU先查詢外設(shè)狀態(tài)， 當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好后，才執(zhí)行I/O指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送特點(diǎn)：1. CPU通過不斷查詢外設(shè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的速度匹配2. CPU的工作效率低10 查詢傳送方式，編程流程：NY從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息從數(shù)據(jù)端口傳送一個(gè)數(shù)據(jù)外設(shè)準(zhǔn)備好否？11例1 查詢方式輸入假設(shè) 外設(shè)的狀態(tài)端口

6、為21C H， 其中D4=1時(shí)，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為218 H。 實(shí)現(xiàn)從外設(shè)讀入50H個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中。21CH端口狀態(tài)端口218H端口數(shù)據(jù)端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路輸入外備CPU地址線數(shù)據(jù)線控制線12查詢方式輸入接口, 參看教材圖6-10狀態(tài)端口 D4=1 表示外設(shè)準(zhǔn)備好三 態(tài)緩沖器輸入設(shè)備數(shù) 據(jù) 線218H數(shù)據(jù)端口地址譯碼地址線狀態(tài)端口地址譯碼鎖存器IOR R Q D三 態(tài)緩沖器+5vD421CHSTBPC總線IORA15A0D7D0&MOV DX, 218HIN AL, DXMOV DX, 21CHIN AL, DX13從21CH狀態(tài)端口讀入外設(shè)狀態(tài)信息

7、從218H數(shù)據(jù)端口讀入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)YND4=1, 外設(shè)準(zhǔn)備好否？N50H個(gè)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？Y編程從外設(shè)讀入50H個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中14 、 MOV AX, SEG buffer ;取緩沖區(qū)首地址 MOV DS, AX LEA DI, buffer MOV CX, 50H ;傳送個(gè)數(shù) next: MOV DX, 21CH ask： IN AL, DX ;從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息 TEST AL, 0001 0000B ;檢測(cè)D4位 JZ ask ;D4=0,繼續(xù)查詢MOV DX, 218H IN AL, DX ;從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)MOV DI, AL ;送緩沖區(qū) INC DI ;修改緩

8、沖區(qū)指針 LOOP next ;傳送下一個(gè)、查詢方式輸入程序段:15例2 查詢方式輸出假設(shè) 外設(shè)的狀態(tài)端口為21C H， 其中D0 = 0時(shí)，表示外設(shè)準(zhǔn)備好 外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為219 H。 編程將緩沖區(qū)buffer的80H個(gè)字節(jié)輸出到外設(shè)。21CH端口狀態(tài)端口219H端口數(shù)據(jù)端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路輸出外備CPU地址線數(shù)據(jù)線控制線16查詢方式輸出接口, 參看教材圖6-11狀態(tài)端口 D0 = 0 表示外設(shè)準(zhǔn)備好輸出設(shè)備數(shù) 據(jù) 線219H數(shù)據(jù)端口地址譯碼地址線鎖存器 RD Q 三 態(tài)緩沖器+5vACKPC總線IORA15A0D7D0IOW狀態(tài)端口地址譯碼D021CH&MOV DX, 219HOU

9、T DX, ALMOV DX, 21CHIN AL, DX17從21CH狀態(tài)端口讀入外設(shè)狀態(tài)信息將一字節(jié)數(shù)據(jù)送至219H數(shù)據(jù)端口YND0=0, 外設(shè)準(zhǔn)備好否？N80H個(gè)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？Y編程將緩沖區(qū)buffer的80H個(gè)字節(jié)輸出到外設(shè)18、 MOV AX, SEG buffer ;取緩沖區(qū)首地址 MOV DS, AX LEA SI, buffer MOV CX, 80H ;傳送個(gè)數(shù) next: MOV DX, 21CH ask： IN AL, DX ;從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息 TEST AL, 0000 0001B ;檢測(cè)D0位 JNZ ask ;D00,繼續(xù)查詢 MOV AL, SI ;從緩沖區(qū)

10、取數(shù) MOV DX, 219H OUT DX, AL ;從數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù) INC SI ;修改緩沖區(qū)指針 LOOP next ;輸出下一個(gè) 、查詢方式輸出程序段： 19三、中斷傳送方式 實(shí)現(xiàn)方法： 1. 當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求 2. CPU在滿足響應(yīng)中斷的條件下，發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)； 3. CPU暫停當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn) 去執(zhí)行中斷服務(wù)程序， 完成與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送； 4. CPU從中斷服務(wù)程序返回，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序20中斷服務(wù)程序發(fā)申請(qǐng)中斷服務(wù)程序發(fā)申請(qǐng)中斷方式下CPU執(zhí)行程序流程外設(shè)211. CPU和外設(shè)大部分時(shí)間處在并行工作狀態(tài), 只在CPU響應(yīng)外設(shè)的中斷申請(qǐng)后， 進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送的

11、過程2. 中斷傳送方式提高了CPU的效率 中斷傳送方式的特點(diǎn)：22四、DMA 傳送方式(直接存儲(chǔ)器存取方式) 實(shí)現(xiàn)方法： 1. 由專用接口芯片DMA控制器 (稱DMAC) 控制傳送過程，2. 當(dāng)外設(shè)需傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通過DMAC向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求；3. CPU發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)，釋放總線；4. DMAC接管總線，控制外設(shè)、內(nèi)存之間直接數(shù)據(jù)傳送23DMA 傳送方式過程CPUDMAC內(nèi)存外設(shè)總線響應(yīng)總線請(qǐng)求24DMA傳送方式的特點(diǎn) 1. 外設(shè)和內(nèi)存之間，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送， 不通過CPU, 傳送效率高。 適用于在內(nèi)存與高速外設(shè)、 或兩個(gè)高速外設(shè)之間進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送。 2. 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件開銷較大。

12、25 第四節(jié) 接口技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)一、接口技術(shù)的現(xiàn)狀二、接口技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)26一、接口技術(shù)的現(xiàn)狀1用簡(jiǎn)單的邏輯電路2用可編程集成接口芯片3用多功能的芯片組27 1. 用簡(jiǎn)單的邏輯電路采用簡(jiǎn)單的邏輯部件完成接口電路特點(diǎn)：原理清楚，但實(shí)際少用。 例1 無條件輸入接口例2 無條件輸出接口例3 查詢輸入接口例4 查詢輸出接口注意： 教材中控制信號(hào)采用的是8088CPU工作于最小模式下的信號(hào) 講義中控制信號(hào)采用的是IBM PC/XT總線上的信號(hào)288088 在最小模式下的典型配置 地址鎖存器8282(兩片)STB OE數(shù)據(jù)收發(fā)器OE 8286 T A15A8S6S3/A19A16AD7AD0ALEC

13、LKRESETREADYMN/MXVCCGNDGNDDENDT/RIO/MWRRDHOLDHLDAINTRINTANMITESTSSO8088CPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線8284A CLKRESETREADY+5V內(nèi)存I/O接口29+5VCLKRESETREADYMN/MXVCCRDQS0QS1LOCKTESTHIGHNMIGNDGND地址鎖存器8282(兩片)STB 數(shù)據(jù)收發(fā)器OE 8286T MRDC 8288 MWTC 總線 IORC控制器 IOWC INTA8259A及有關(guān)電路DT/RDENALE地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線PC總線A15A8S6S3/A19A16AD7AD0 8088

14、CPUS0S1S2INTRRQ/GT0RQ/GT1內(nèi)存I/O接口8088 在最大模式下的典型配置 30550MHzIDE2Pentium III北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS & RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線 100MHz100MHzPCI 總線 33MHzPCI 插槽ISA插槽硬件實(shí)驗(yàn)箱ISA總線 8MHz內(nèi)存條ROM BIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡31例 1 無條件輸入接口（參看教材圖6-8）三 態(tài)緩沖器輸入設(shè)備數(shù)據(jù) 線IOR地址譯碼地址線200H000D7 D0A1

15、5A0與非PC總線注意：在邏輯門前輸入信號(hào)的 ，表示對(duì)信號(hào)求反。與鎖存器、三態(tài)門等控制端的意義不同。32例 2 無條件輸出接口（參看教材圖6-9）PC總線鎖存器輸出設(shè)備數(shù)據(jù)線IOW地址譯碼地址線300H000D7 D0A15A0與非33例3 查詢輸入接口（參看教材圖6-11）狀態(tài)端口 D4=1 表示外設(shè)準(zhǔn)備好三 態(tài)緩沖器輸入設(shè)備數(shù) 據(jù) 線218H數(shù)據(jù)端口地址譯碼地址線狀態(tài)端口地址譯碼鎖存器IOR R Q D三 態(tài)緩沖器+5vD421CHSTBPC總線IORA15A0D7D0&MOV DX, 218HIN AL, DXMOV DX, 21CHIN AL, DX34例4 查詢輸出接口（參看教材圖6

16、-12）狀態(tài)端口 D0 = 0 表示外設(shè)準(zhǔn)備好輸出設(shè)備數(shù) 據(jù) 線219H數(shù)據(jù)端口地址譯碼地址線鎖存器 RD Q 三 態(tài)緩沖器+5vACKPC總線IORA15A0D7D0IOW狀態(tài)端口地址譯碼D021CH&MOV DX, 219HOUT DX, ALMOV DX, 21CHIN AL, DX352. 用可編程集成接口芯片 將完成某一功能的接口電路集成在一個(gè)芯片上， 通過對(duì)接口芯片編程，設(shè)置接口芯片的工作狀態(tài)。特點(diǎn)：1. 體積小、功能強(qiáng)、可靠性高2. 通常是專門為配合微機(jī)系統(tǒng)中的各種適配器設(shè)計(jì)， 不必增加或增加很少的電路，就可直接與總線連接， 使用方便。3. 應(yīng)用時(shí)，應(yīng)掌握芯片的工作原理、外部特性

17、、編程方法。36接口芯片舉例：并行接口芯片 8255A、8155A、Z80-PIO串行接口芯片 8251A、8250、Z80-SIO定時(shí)/計(jì)數(shù)器 8253、8254、Z80-CTC中斷控制器 8259ADMA控制器 8237A、Z80-DMA鍵盤控制器 8279CRT控制器 8275、6845硬盤控制器 6843D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832A/D轉(zhuǎn)換器 ADC080937例 用可編程并行接口芯片8255A做打印機(jī)的接口。查詢方式接線圖A0A1CS并行接口8255A打印機(jī)PC總線A0A1數(shù) 據(jù) 線IORRDWRIOW片選譯碼PA0PA7PC0PC4A2A9數(shù)據(jù)線STROBEBUSYD0D7D0D

18、738中斷方式接線圖A0A1CS并行接口8255A打印機(jī)PC總線A0A1數(shù) 據(jù) 線IORRDWRIOW片選譯碼PA0PA7PC7PC6A2A9數(shù)據(jù)線STROBEACKD0D7D0D7PC3IRQ339 將完成多個(gè)功能的接口電路集成在一個(gè)芯片上， 通過編程，設(shè)置控制字，改變接口芯片的工作狀態(tài)。例 82206集成外設(shè)控制器，內(nèi)部包含： 2個(gè)8237DMA控制器2個(gè)8259A中斷控制器 1個(gè)8254定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1個(gè)MC 146818實(shí)時(shí)時(shí)鐘 以及其他接口芯片特點(diǎn)：可靠性更高、功能更強(qiáng)3. 用多功能的芯片組40將主板上的外圍芯片集成在一組(24片)超大規(guī)模集成芯片上， 構(gòu)成芯片組。 芯片組是主板的關(guān)

19、鍵部件，通常固定在主板上， 不象CPU、內(nèi)存條或其他插卡等可進(jìn)行簡(jiǎn)單的替換和升級(jí)。芯片組提供主板的核心邏輯，影響主板的性能和功能， 決定主板所支持的CPU 類型、內(nèi)存類型、 總線類型、總線速度等關(guān)鍵技術(shù)配置4142550MHzIDE2Pentium III北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS & RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線 100MHz100MHzPCI 總線 33MHzPCI 插槽ISA插槽硬件實(shí)驗(yàn)箱ISA總線 8MHz內(nèi)存條ROM BIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡43二、接口技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)集成化多功能化標(biāo)準(zhǔn)化智能化44 第五節(jié) 接口的設(shè)計(jì)與分析一、基本方法二、注意事項(xiàng)45一、基本方法1. 了解外設(shè)工作原理，明確接口功能，選擇接口芯片2. 設(shè)計(jì)接口與系統(tǒng)的連接3. 分析和設(shè)計(jì)接口程序4. 接口的調(diào)試461. 了解外設(shè)工作原理，明確接口功能，選擇接口芯片47外設(shè)數(shù)據(jù)線接口電路PC總