數(shù)字量的輸入輸出控制方式

數(shù)字量的輸入輸出控制方式一、輸入/輸出接口1.I/O接口的作用（1）實現(xiàn)信號的交換一是實現(xiàn)信息性質(zhì)的交換，因計算機使用的是數(shù)字信號，而又些外圍設備需要提供的是模擬信號，兩者必須通過接口進行交換；二是實現(xiàn)傳輸方式的交換，因計算機內(nèi)部的信息都是以并行方式進行傳送的，而進行計算機通信時，信號常以串行方式傳送，因此，I/O接口電路必須具有把串行數(shù)據(jù)變換成并行傳送的功能。一、輸入/輸出接口（2）實現(xiàn)CPU和不同外設的速度匹配。不同外設的工作速度差別很大，且大多數(shù)外設的速度與微妙級的CPU速度相比顯得很慢，故在數(shù)據(jù)的傳送過程中常常需要等待。這就要求在I/O接口電路中設置緩沖器，用以管存數(shù)據(jù)。（3）實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換通常情況下，CPU輸入/輸出的數(shù)據(jù)和控制信號是TTL電平，而外部設備的信號電平類型較多，為實現(xiàn)CPU和外設之間的信號傳送，I/O接口電路要具備信號電平的這種自動轉(zhuǎn)換功能。一、輸入/輸出接口2.I/O接口電路（1）輸入設備的I/O接口要起到三態(tài)門的作用在總線結(jié)構(gòu)的微機系統(tǒng)中,任一時刻只能有一個設備利用總線進行數(shù)據(jù)傳送,輸入設備的數(shù)據(jù)線應通過三態(tài)門與系統(tǒng)相連.一、輸入/輸出接口(2)輸出設備的I/O接口要起到鎖存的作用

在總線結(jié)構(gòu)的微機系統(tǒng)中,CPU送出的數(shù)據(jù)以廣播的形式在數(shù)據(jù)線上傳出.CPU要利用總線不停的傳送數(shù)據(jù),總線上的數(shù)據(jù)變化快,如何使慢速設備有足夠的時間處理數(shù)據(jù)?

CPU

總線輸出設備1輸出設備2輸出設備3輸出設備4一、輸入/輸出接口3.輸入/輸出信息的組成(1)數(shù)據(jù)信息:外設和CPU之間交換信息的主體.按其信號類型可分以下三類:數(shù)字量:以八位或十六位二進制形式傳送的數(shù)據(jù)或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符.如鍵盤、鼠標的輸入信息,或者主機送給打印機或顯示器的輸出信息.模擬量:連續(xù)變化的電壓、電流、頻率等電信號.開關(guān)量(脈沖量):用一位二進別形式數(shù)或一串脈沖信號表示的外設數(shù)據(jù).如開關(guān)的閉合和斷開、電機的運行和停止、閥門的打開和關(guān)閉.(2)狀態(tài)信息:反映外設當前所處工作狀態(tài)的信息,例如常用的忙或閑信號、準備好信號等.(3)控制信息:CPU發(fā)送給外設用于控制外設的狀態(tài),工作方式等用途的信息.一、輸入/輸出接口4.輸入/輸出信息的傳送方式（1）串行傳送方式所謂串行傳送方式，是將要傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)拆開，然后以位為單位，一位一位地進行傳送。現(xiàn)在的PC機一般至少有兩個串行口COM1和COM2。（2）并行傳送方式所謂并行傳送方式，是以字節(jié)或字為點位同時進行傳送。這種傳送方式要求輸入/輸出接口的數(shù)據(jù)通道為8或16位，各位數(shù)據(jù)同步收、發(fā)。二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式1、直接傳送方式指CPU在需要和數(shù)據(jù)端口進行傳送時,直接對其執(zhí)行I/O指令(先要確保外設準備好否則傳送失敗)。2、查詢傳送方式傳送前,先查詢外設狀態(tài),準備好才傳送,否則CPU處于等待狀態(tài)。3、中斷傳送方式外設與CPU處于并行工作,一旦外設準備好,外設向CPU發(fā)中斷申請,條件具備,CPU暫停原程序執(zhí)行,響應中斷,外設與CPU串行工作。4、DMA傳送方式CPU不干予,由硬件實現(xiàn)交換數(shù)據(jù),稱直接存取存儲器。二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式1、直接傳送方式例如用輸出接口驅(qū)動發(fā)光二極管LED:輸出“0”LED熄滅;輸出“1”LED發(fā)光.以上傳送過程沒有不協(xié)調(diào)的可能,所以也稱為同步傳送或無條件傳送.二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式簡單輸入接口舉例MOVDX,218HIN AL,DX二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式簡單輸出接口舉例MOV DX,219HOUT DX,AL二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式2、查詢傳送方式實現(xiàn)方法:在CPU要與外設交換數(shù)據(jù)時,先查詢外設(I/O端口)的狀態(tài).對于輸入設備,當外設準備好,或者對于輸出設備,當外設空閑時,CPU才從外設輸入數(shù)據(jù)或者向外設輸出數(shù)據(jù).如果外設未準備好或正忙,CPU要繼續(xù)查詢等待或者隔一段時間后再來查詢.如此反復進行,直至能夠傳送數(shù)據(jù).特點:(1)CPU通過不斷查詢外設狀態(tài),實現(xiàn)與外設的速度匹配(2)CPU的工作效率低.二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式外設的狀態(tài)端口為21CH,其中D4=1時,表示外設數(shù)據(jù)準備好;外設的數(shù)據(jù)端口為218H.實現(xiàn)從外設讀入50H個字節(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MOVDX,218HINAL,DXMOVDX,21CHINAL,DX二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式3、中斷傳送方式實現(xiàn)方法:當某個外設需與CPU交換數(shù)據(jù)并已做好了準備時,就通過硬件電路向CPU發(fā)出可屏蔽中斷申請,在CPU允許中斷的情況下(IF=1),CPU在執(zhí)行完當前指令后,可立即響應外設的中斷請求,進行一次數(shù)據(jù)交換.然后,又返回原來的程序,去執(zhí)行斷點處的下一條指令.特點:(1)中斷方式傳送是由I/O設備主動請求發(fā)起的,免除了CPU重復的查詢工作,提高了效率,CPU對I/O設備的請求也響應較快,因此中斷方式得到廣泛的應用.(2)響應過程將花費CPU時間,影響程序運行速度.響應后數(shù)據(jù)的傳送還是依靠CPU執(zhí)行中斷服務程序來完成,其速度仍受到軟件的限制.二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式4、DMA傳送方式實現(xiàn)方法:某個I/O設備需要傳送時,經(jīng)過DMA控制器(DMAC)發(fā)出總線請求信號,CPU響應后暫停正在執(zhí)行的當前指令,交出總線控制權(quán),DMAC接管總線,發(fā)出要訪問的存儲器的地址及讀(寫)控制信號,同時也對該I/O設備的數(shù)據(jù)端口發(fā)出讀(寫)控制信號,使存儲器和I/O設備直接通過數(shù)據(jù)總線完成傳送.DMAC還可以進行地址修改和字節(jié)計數(shù),在一次請求得到響應后完成一批數(shù)據(jù)的傳送,然后撤銷總線請求信號,CPU收回總線控制權(quán),繼續(xù)完成被打斷的指令。DMA傳送方式的特點:(1)外設和內(nèi)存之間,直接進行數(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、或兩個高速外設之間進行大批量數(shù)據(jù)傳送。(2)電路結(jié)構(gòu)復雜,硬件開銷較大。二、CPU對輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式四種傳送方式的比較直接傳送方式:簡單不實用,效率較低。