微機原理 第8章

第7章輸入和輸出1教學要求了解為什么要用接口電路輸入輸出尋址方式掌握CPU與I/O設備之間的接口信息CPU與外設數(shù)據(jù)傳送方式的類型與原理本章內容7.1概述7.2CPU與外設數(shù)據(jù)傳送的方式7.3DMA控制器7.1概述外設為什么一定要通過接口電路和主機總線相連？接口：連接計算機和I/O設備的部件。接口一般做成插卡插在系統(tǒng)總線擴展插槽中。1、高速CPU與低速外設間的速度矛盾；2、主機數(shù)字信號與外設模擬信號的矛盾；3、CPU與外設間信號形式的矛盾。有些外設的信息是并行的，有些外設的信息是串行的，而CPU只能接收和發(fā)送并行信息。外設通過接口電路和主機總線相連的原因7.1.1輸入輸出的尋址方式1、存儲器對應輸入輸出方式外設接口中可被主機直接訪問的寄存器。一個端口的寄存器是8位的。每一個外設端口占有存儲器的一個地址。內存和外設端口進行統(tǒng)一編址，只有一個統(tǒng)一的地址空間。端口的編號。端口：端口地址：EFFFFF000065F3020024E0內存與外設內存外設kou1026D0000000001F0001F0002FFFFF優(yōu)點：CPU對外設的操作可使用全部的存儲器操作指令，尋址方式多，使用方便靈活。缺點：由于外設占用了存儲單元的地址，使內存的容量減小，同時，程序的可讀性下降。如：將bX內容送到kou1端口movkou1,bx存儲器對應輸入輸出方式(續(xù))2、端口尋址的輸入輸出方式建立兩個地址空間，一個為內存地址空間，一個為外設地址空間。為確?？刂瓶偩€發(fā)出正確的控制信號，系統(tǒng)提供了專用于和I/O端口通信的輸入/輸出（IN/OUT）指令。65F30200外設000000FFFFFF01001122334411323201內存00000FFFFF7.1.2CPU與I/O設備之間的接口信息1、數(shù)據(jù)信息以二進制形式表示的數(shù)或以ASCII碼表示的數(shù)或字符。數(shù)值和時間上都能連續(xù)變化的信號。只有兩個狀態(tài)（1和0）的量，用一位二進制數(shù)即可表示。（1）數(shù)字量（2）模擬量（3）開關量如：輸入設備－－－－“準備好”(READY)信號輸出設備－－－－“忙”（BUSY）信號2、狀態(tài)信息反映當前外設的所處工作狀態(tài)，是外設通過接口往CPU傳送的。CPU與I/O設備之間的接口信息（續(xù)）3、控制信息控制信息是CPU通過接口傳送給外設的，CPU通過發(fā)送控制信息控制外設的工作。如：外設的啟動信號、停止信號就是常見的控制信息

CPU與I/O設備之間的接口信息（續(xù)）數(shù)據(jù)的含義是廣義的，它可以是真正的數(shù)據(jù)，也可以是指令代碼或狀態(tài)信息，有時甚至是一個控制信息。狀態(tài)信息作為一種輸入數(shù)據(jù)，控制信息作為一種輸出數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線傳送。關于接口信息的兩點說明接口部件的I/O端口：數(shù)據(jù)端口控制端口狀態(tài)端口用于對來自CPU和內存的數(shù)據(jù)或者送往CPU和內存的數(shù)據(jù)起緩沖作用的，這些端口叫數(shù)據(jù)端口。用來存放外部設備或者接口部件本身的狀態(tài)，稱為狀態(tài)端口，是只讀端口。用來存放CPU發(fā)出的命令，以便控制接口和設備的動作，這類端口叫控制端口，是只寫端口。接口部件的I/O端口（續(xù)）CPU對外設的訪問實際上是對I/O接口電路中相應端口的訪問。輸入的真實含義:從指定的端口傳送數(shù)據(jù)到CPU的累加器中（AL或AX）。輸出的真實含義:把CPU累加器（AL或AX）的內容傳送到指定的端口。注：⑴不管輸入還是輸出，所用到的地址總是對端口而言的，不是對接口部件而言的。關于I/O端口的幾點說明

CPU尋址的是端口，而不是籠統(tǒng)的外設！（2）CPU對外設的輸入/輸出操作歸結為對接口芯片各端口的讀/寫操作。CPU與外設之間的接口7.1.3CPU的輸入輸出時序7.1.4CPU與接口電路之間數(shù)據(jù)傳送的形式并行通信------數(shù)據(jù)的各位同時傳送。數(shù)據(jù)有多少位就需要有多少條傳輸線CPU與外設的信息交換稱為通信。串行通信------數(shù)據(jù)一位一位順序傳送。只需要一條傳輸線7.1.5IBM-PC與外設的接口以及現(xiàn)代PC機的外設的接口7.2CPU與外設數(shù)據(jù)傳送的方式無條件傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式直接數(shù)據(jù)通道傳送7.2.0無條件傳送方式外設已準備好，不查詢外設的狀態(tài)。輸入時，總認為外設已經將可用的數(shù)據(jù)放到了得了端口中。輸出時，總認為外設已經做好了接收數(shù)據(jù)的準備。程序簡單，硬件省，但要求外設較嚴，較少使用，只用在對一些簡單外設的操作，如開關，七段顯示管等。通過程序查詢相應設備的狀態(tài)，若狀態(tài)不符合，則CPU不能進行輸入/輸出操作，需要等待；只有當狀態(tài)信號符合要求時，CPU才能進行相應的輸入/輸出操作。7.2.1查詢傳送方式CPU通過執(zhí)行程序不斷地讀取并測試外設的狀態(tài)，如果外設處于準備好狀態(tài)，則CPU執(zhí)行輸入指令，否則就等待。1、查詢式輸入查詢式輸入程序流程圖輸入狀態(tài)信息READY=1？Y（準備好）N輸入數(shù)據(jù)STATUS_PORTDATA_PORTPOLL:INAL，STATUS_PORT；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息

TESTAL，80H

；檢查READY是否為1

JE POLL；未READY，循環(huán)

IN AL，DATA_PORT；READY，從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)2、查詢式輸出CPU通過執(zhí)行程序不斷地讀取并測試外設的狀態(tài)，如果外設處于空閑狀態(tài)，則CPU執(zhí)行輸出指令，否則就等待。輸入狀態(tài)信息BUSY=1？輸出數(shù)據(jù)NY（忙）查詢式輸出程序流程圖DATA_PORTSTATUS_PORTPOLL:INAL，STATUS_PORT；從狀態(tài)端口輸入狀態(tài)信息

TEST AL，80H

；檢查BUSY位

JNE POLL；BUSY則循環(huán)等待

MOV AL，STORE；否則，從緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)

OUT DATA_PORT，AL；從數(shù)據(jù)端口輸出

查詢傳送方式的優(yōu)、缺點優(yōu)點：適應性較好，不要求CPU與外設是同步的，較簡單，使用方便。缺點：CPU與外設不能并行工作，CPU的效率低，外設得不到及時響應。7.2.2中斷傳送方式為什么要采用中斷傳送方式?啟動外設外設的數(shù)據(jù)已存入輸入端口的數(shù)據(jù)寄存器；或端口的數(shù)據(jù)輸出寄存器已空外設通過接口電路向CPU發(fā)出中斷請求信號CPU接受到中斷請求信號，暫?，F(xiàn)行程序CPU執(zhí)行中斷服務程序，執(zhí)行輸入輸出操作中斷服務程序結束，返回原來程序

中斷傳送方式的原理中斷傳送方式的優(yōu)、缺點優(yōu)點：系統(tǒng)的工作效率高，CPU、I/O設備可以并行工作，外設可以主動向CPU請求，能夠得到CPU的及時響應。缺點：每次傳送數(shù)據(jù)，CPU都要做許多額外的工作，傳送速度仍然不是很快。為什么要用DMA方式傳送數(shù)據(jù)查詢方式傳送數(shù)據(jù)：7.2.3直接數(shù)據(jù)通道傳送（DMA：DirectMemoryAccess）查詢時占用CPU時間中斷方式傳數(shù)據(jù)：比查詢方式傳送數(shù)據(jù)效率要高，但執(zhí)行中斷服務程序，CPU要保護斷點、保護一些寄存器等操作，使CPU花費時間。DMA方式利用專用的接口電路直接在內存與外設端口之間直接進行數(shù)據(jù)塊傳送，而不經過CPU中轉的一種數(shù)據(jù)傳送方式。

DMA控制器無需CPU參與，無需軟件介入，傳送速度快，在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中都是由DMA控制器來控制管理。特