第-章-輸入和輸出優(yōu)秀文檔

第7章輸入和輸出1主要講述一、接口的基本概念二、輸入輸出的尋址方式三、CPU與外設(shè)交換信息的控制方式★四、DMA控制器82372一、接口的基本概念1、接口的定義及功能2、接口電路中的信息3、接口的類型.3二、輸入輸出的尋址方式

I/O端口的編址

（1）I/O端口和存儲器統(tǒng)一編址（2）I/O端口獨(dú)立編址4（1）I/O端口和存儲器統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址方式是外設(shè)端口地址和存儲器單元地址，共占存儲器的地址，即一個(gè)外設(shè)端口占用一個(gè)存儲單元地址。CPU對外設(shè)端口的讀寫操作相當(dāng)于對存儲單元的讀寫操作。CPU可以采用任意一條訪問存儲器的指令，訪問I/O端口。5（2）I/O端口獨(dú)立編址獨(dú)立編址方式是讓I/O端口和存儲器地址分別建立兩個(gè)地址空間，獨(dú)立編址。這時(shí)，CPU采用專門的I/O指令去訪問I/O端口。8086/8088CPU采用I/O端口獨(dú)立編址，設(shè)置了專門的I/O指令。6三、CPU與外設(shè)交換信息的控制方式1、程序控制方式2.、中斷控制方式3、直接存儲器存取控制方式(DMA)71、接口的定義及功能

輸入輸出設(shè)備（I/O，又稱外設(shè)）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分,是實(shí)現(xiàn)人—機(jī)聯(lián)系的主要手段。常見的外設(shè)有鍵盤，顯示器，打印機(jī)，鼠標(biāo)，開關(guān)量輸入輸出通道和A/D，D/A轉(zhuǎn)換器等等。81、接口的定義及功能I/O接口就是連接CPU與外設(shè)的電路。也就是，在CPU與外設(shè)之間建立一個(gè)緩沖區(qū)，解決CPU與外設(shè)之間存在的數(shù)據(jù)形式、數(shù)據(jù)的傳遞方式、以及傳遞速率上存在的差異。I/O接口的功能就是對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂啤?2、接口電路中的信息從含義和功能上來看，數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息是各不相同的，必須分別傳送，各有通路，我們稱這些通路為端口(PORT)，三種端口的集合就是接口。接口電路中通常包含：*數(shù)據(jù)信息*控制信息*狀態(tài)信息10接口電路中的數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息——CPU與外設(shè)交換的基本信息就是數(shù)據(jù)，8位或16位。包括三種類型：(1)數(shù)字量：是指由鍵盤，磁盤等讀入的信號，或由CPU送到打印機(jī),顯示器等信息,，一般是二進(jìn)制數(shù)，或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符號。11接口電路中的數(shù)據(jù)信息（2）模擬量：當(dāng)微機(jī)系統(tǒng)用于過程控制系統(tǒng)時(shí),則現(xiàn)場多數(shù)是模擬量，如溫度、壓力、流量等，需要通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換。（3）開關(guān)量：是指可以表示成兩個(gè)狀態(tài)的物理量，如開關(guān)的“通”與“斷”，電機(jī)的“運(yùn)轉(zhuǎn)”與“停止”，可以用一位二進(jìn)制表示。12接口電路中的控制信息控制信息——CPU通過接口電路傳送給外設(shè),從而達(dá)到控制外設(shè)的目的。常見的控制信號：外設(shè)的啟動、停止不同的外設(shè)，工作原理不同，其控制信號也會有所不同。13接口電路中的狀態(tài)信息狀態(tài)信息——是反映當(dāng)前外設(shè)所處的工作狀態(tài),是外設(shè)通過接口電路向CPU傳送的信號。如：輸出設(shè)備常用BUSY信號來表明現(xiàn)在正處于忙碌狀態(tài)；輸入設(shè)備常用READY信號來表明輸入的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好。143、接口的類型接口電路大多由接口芯片來實(shí)現(xiàn)。（1）接口芯片按通用性可以分為兩類：專用接口和通用接口；如：顯示控制器，鍵盤控制器等屬于專用接口；而通用接口可以供幾類外設(shè)使用。153、接口的類型（2）接口芯片按與外設(shè)數(shù)據(jù)的傳送方式可以分為并行接口和串行接口。并行接口是指主機(jī)與外設(shè)之間信息的傳送按字節(jié)或字進(jìn)行；串行接口是指主機(jī)與外設(shè)備之間信息的傳送是按通訊規(guī)則一位一位進(jìn)行。16178086/8088的I/O指令（1）直接端口尋址方式對于端口PORT的地址范圍是8位，即00H—FFHINAL,PORT ;端口PORT的字節(jié)信息送ALOUTPORT,AL ;將AL的數(shù)據(jù)信息送到端口PORTINAX,PORT ;端口PORT的字信息送AX,即端口 ;PORT的字節(jié)信息送AL，端口 ;PORT+1的字節(jié)信息送AHOUTPORT,AX ;將AX的字信息送端口，即AL送端 ;口PORT，AH送端口PORT+1188086/8088的I/O指令（2）間接端口尋址方式對于端口地址大于8位時(shí)，必須用間接端口尋址方式：INAL,DX ；從DX所表示的端口輸入字節(jié)數(shù)據(jù)到ALOUTDX,AL ；將AL中的數(shù)據(jù)輸出到以DX表示的端口INAX,DX ；從DX所表示的端口輸入字?jǐn)?shù)據(jù)到AX，即DX ；端口的字節(jié)到AL，DX+1端口的字節(jié)到AHOUTDX,AX ；將AX的字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到以DX表示的端口，即 ；AL輸出到DX端口，AH輸出到DX+1191、程序控制方式（1）無條件傳送控制方式這是一種簡單的數(shù)據(jù)傳送方式，適用于任何時(shí)候均處于“準(zhǔn)備就緒”狀態(tài)的外部設(shè)備，CPU可以隨時(shí)執(zhí)行I/O指令來完成數(shù)據(jù)傳送操作。（2）條件傳送控制方式，又稱查詢方式①查詢輸入②查詢輸出

例題20①查詢輸入若CPU需要外設(shè)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，首先應(yīng)從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息，判斷數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好；然后若準(zhǔn)備好，就從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)。程序段:LT: INAL,S_PORT ；從狀態(tài)口S_PORT讀入狀態(tài) ANDAL,80H ；檢查READY=1? JZLT ；READY=0，返回繼續(xù)等待

INAL,D_PORT ；READY=1，從數(shù)據(jù)口D_PORT ；讀入數(shù)據(jù)D_PORTS_PORT接口21②查詢輸出CPU輸出數(shù)據(jù)前，先查詢外設(shè)的狀態(tài)端口的狀態(tài)信息，若為“空”（如BUSY=0，表示空閑），則執(zhí)行輸出指令把數(shù)據(jù)送入I/O接口的數(shù)據(jù)端口。程序段:

WT1: INAL,S_PORT ；從狀態(tài)端口S_PORT讀入狀態(tài)

ANDAL，01H ；BUSY=0?

JNZWT1 ；BUSY=1，返回繼續(xù)等待

MOVAL,DOUT ；BUSY=0，取準(zhǔn)備傳送的數(shù)據(jù)

OUTD_PORT，AL；從數(shù)據(jù)端口D_PORT輸出數(shù)據(jù)接口D_PORTS_PORT22例題1、設(shè)狀態(tài)端口地址為60H，數(shù)據(jù)端口地址為61H，外部輸入信息準(zhǔn)備狀態(tài)標(biāo)志位D0=1，請用查詢方式寫出讀入外部數(shù)據(jù)的程序段。程序段:WT1：INAL，60H ；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

ANDAL，01H

；判斷D0=1? JZWT1 ；D0=0，返回再讀狀態(tài)信息

INAL,61H ；D0=1，從數(shù)據(jù)端口讀入解：分析：這是查詢輸入。流程圖：23例題2、設(shè)狀態(tài)端口地址為086H，數(shù)據(jù)端口地址為085H，外設(shè)忙碌D7=1，請用查詢方式寫出CPU從存儲器緩沖區(qū)Buffer送出1KB的數(shù)據(jù)給外設(shè)的程序段。解：分析，這是查詢輸出。要求輸出1K字節(jié)，流程圖：24例2：程序段清單LEASI,Buffer ；取Buffer的有效地址送SIMOVCX,1000 ；循環(huán)次數(shù)W1:MOVDX,086H；狀態(tài)端口地址送DXINAL,DX

；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息ANDAL，80H；BUSY=0?JNZW1 ；BUSY=1，返回等待MOVAL,[SI] ；BUSY=0，取數(shù)據(jù)

MOVDX,085H；數(shù)據(jù)端口送DXOUTDX,AL ；數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)端口輸出 INCSI ；SI指向下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)LOOPW1 ；CX-1送CX≠0，循環(huán) HLT ；CX=0，傳送結(jié)束252、中斷控制方式中斷是CPU與外部設(shè)備交換信息的一種方式，它是通過硬件手段來直接影響和改變CPU執(zhí)行程序的順序。CPU在執(zhí)行正常程序的過程中，當(dāng)出現(xiàn)某些異常事件或外設(shè)請求CPU服務(wù)時(shí)，CPU暫時(shí)中斷正在執(zhí)行的原程序，而去執(zhí)行對異常事件或外設(shè)請求的中斷處理程序；當(dāng)CPU執(zhí)行完中斷處理程序后，又回到原程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原程序。26ANDAL，01H ；D1~D0：通道選擇位。BUSY=0，取準(zhǔn)備傳送的數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備（I/O，又稱外設(shè)）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成部分,是實(shí)現(xiàn)人—機(jī)聯(lián)系的主要手段。8237發(fā)出的存儲器讀/寫信號。OUTDX,AL ；10串行接口是指主機(jī)與外設(shè)備之間信息的傳送是按通訊規(guī)則一位一位進(jìn)行。D7~D4：分別對應(yīng)通道3~0，表示4個(gè)通道是否有DMA請求，有DMA請求為1。將AX的字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到以DX表示的端口，即從DX所表示的端口輸入字?jǐn)?shù)據(jù)到AX，即DX1=停止(指禁止)8237工作1=停止(指禁止)8237工作8237控制總線時(shí)，DB7~DB0輸出要訪問的內(nèi)存地址的高8位，并通過ADSTB鎖存到外部地址鎖存器中，和A7~A0輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址。級聯(lián)傳送方式⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號，控制外設(shè)與存儲器之串行接口是指主機(jī)與外設(shè)備之間信息的傳送是按通訊規(guī)則一位一位進(jìn)行。3、直接存儲器存取控制方式(DMA)

DMA控制方式是一種完全由硬件（DMA控制器，DMAC）完成輸入/輸出操作的工作方式，稱為直接存儲器存取控制方式。DMA從CPU處接管系統(tǒng)總線的控制權(quán)，使存儲器與高速外設(shè)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即外設(shè)數(shù)據(jù)可以直接寫入存儲器，存儲器中的數(shù)據(jù)可直接讀出送給外設(shè)，大大加快了數(shù)據(jù)傳送的速度。273、直接存儲器存取控制方式(DMA）工作過程：第1步：外圍設(shè)備向DMA控制器發(fā)出DMA請求；第2步：DMAC向CPU發(fā)出總線請求信號；第3步：CPU執(zhí)行完現(xiàn)行的總線周期后，向DMA發(fā)出響應(yīng)請求的回答信號；第4步：CPU將總線包括CB、AB和DB讓出，由DMAC進(jìn)行控制；第5步：DMAC向外圍設(shè)備發(fā)出DMA請求的回答信號，進(jìn)行DMA傳送；第6步：數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信號。第7步：CPU釋放HLDA信號，并重新控制總線，恢復(fù)正常運(yùn)行。28DMA傳送原理示意圖①系統(tǒng)總線CPUDMAC存儲器外設(shè)接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHRQHLDADRQDACK②③④⑤AENIOWIORMEMWMEMR①外設(shè)發(fā)出DMA請求②DMAC向CPU申請總線③CPU完成當(dāng)前總線周期后響應(yīng)，并釋放總線控制權(quán)④DMAC得到總線控制權(quán)，并發(fā)出DMA響應(yīng)信號⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號，控制外設(shè)與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送⑥數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信號⑦CPU釋放HLDA信號，并重新控制總線⑥⑦29DMACDMAC具有獨(dú)立的控制三大總線來訪問存儲器和I/O端口的能力，它能像CPU一樣提供數(shù)據(jù)傳送所需的地址信息和讀寫控制信息。DMA操作之前，應(yīng)先對DMAC編程，把要傳送的數(shù)據(jù)塊長度、數(shù)據(jù)塊在存儲器中的起始地址，數(shù)據(jù)傳送方向等信息發(fā)送給DMAC。304、DMA控制器8237（1）8237概述（2）8237的引腳功能（3）8237的編程結(jié)構(gòu)（4）8237的應(yīng)用31（1）8237概述8237有四個(gè)通道，每個(gè)通道都有獨(dú)立的與相應(yīng)外設(shè)接口相聯(lián)系的信號，四個(gè)通道共享與CPU相連的控制信號、地址信號、數(shù)據(jù)信號。PC/AT以上的微機(jī)使用兩片8237，Pentium微機(jī)系統(tǒng)中沒有獨(dú)立的8237芯片，其功能集成在芯片組中。328237的主要功能1）一個(gè)芯片中有4個(gè)獨(dú)立的DMA通道。2）每一個(gè)通道的DMA請求都可以分別被允許和禁止。3）每一個(gè)通道的DMA請求有不同的優(yōu)先權(quán)。固定或旋轉(zhuǎn)。4）每一個(gè)通道一次傳送數(shù)據(jù)的最大長度可達(dá)64KB，可以在存儲器間傳送，也可在存儲器和外設(shè)間傳送。5）DMA有4中傳送方式。6）有一個(gè)結(jié)束處理的輸入信號EOP，允許外界用此輸入端結(jié)束DMA傳送或重新初始化。7）8237可以級聯(lián)，任意擴(kuò)展通道數(shù)。338237的工作周期8237有兩種主要的工作周期：空閑周期和有效周期。1）空閑周期：8237的任一通道都無請求，就進(jìn)入空閑周期（SI狀態(tài)）。在SI狀態(tài)始終采樣CS信號，若CS信號有效，CPU對8237進(jìn)行讀/寫操作。2）有效周期：當(dāng)8237在SI狀態(tài)采樣到外設(shè)有請求，就脫離SI進(jìn)入S0狀態(tài)，S0狀態(tài)是DMA服務(wù)的第一狀態(tài)。當(dāng)接受到HLDA信號，8237進(jìn)入工作狀態(tài)S1、S2

、S3、S4，完成DMA傳送。34（2）8237引腳圖：8237引腳圖35請求/應(yīng)答信號外設(shè)接口電路向8237的請求信號：DREQ3~DREQ08237對外設(shè)接口電路的應(yīng)答信號：DACK3~DACK08237向CPU申請總線的信號：HRQCPU向8237傳送的允許使用總線信號：HLDA36地址信號

：CPU初始化8237或讀8237狀態(tài)時(shí)所需的片選信號A7~A0（輸出）：8237訪問存儲器的地址信號的低8位。A3~A0（輸入）：CPU初始化8237或讀8237狀態(tài)時(shí)，用于尋址8237內(nèi)部寄存器37數(shù)據(jù)信號(雙向)

CPU控制總線時(shí)，可以通過I/O讀命令查詢8237的狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，或通過I/O寫命令對8237的內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程，數(shù)據(jù)傳送通過DB7~DB08237控制總線時(shí)，DB7~DB0輸出要訪問的內(nèi)存地址的高8位，并通過ADSTB鎖存到外部地址鎖存器中，和A7~A0輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址。38地址允許信號：AEN8237控制總線時(shí)，輸出AEN=1。CPU控制總線時(shí)，輸出AEN=0。DMA傳輸結(jié)束信號：

當(dāng)DMAC內(nèi)部任一通道傳輸結(jié)束，8237發(fā)出若由外部給DMAC送入有效的，則強(qiáng)制DMAC內(nèi)部所有通道結(jié)束傳輸。398237發(fā)出的存儲器讀/寫信號。8237控制總線時(shí)，輸出的I/O讀/寫信號。CPU控制總線時(shí)，CPU發(fā)出的I/O讀/寫信號，用于讀/寫8237。MEMR/MEMW：IOR/IOW：40ADSTB：地址選通信號，用于啟動地址鎖存器。READY：存儲器或I/O的就緒信號。41DMA控制方式是一種完全由硬件（DMA控制器，DMAC）完成輸入/輸出操作的工作方式，稱為直接存儲器存取控制方式。8237控制總線時(shí)，DB7~DB0輸出要訪問的內(nèi)存地址的高8位，并通過ADSTB鎖存到外部地址鎖存器中，和A7~A0輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址。1=DACK高電平有效。8237控制總線時(shí)，DB7~DB0輸出要訪問的內(nèi)存地址的高8位，并通過ADSTB鎖存到外部地址鎖存器中，和A7~A0輸出的低8位地址一起構(gòu)成16位地址。8237發(fā)出的存儲器讀/寫信號。每一個(gè)通道有一對16位的基地址和基字節(jié)數(shù)寄存器，它們存放著與現(xiàn)行寄存器相聯(lián)系的初始值。2）每一個(gè)通道的DMA請求都可以分別被允許和禁止。⑤由DMAC發(fā)出各種控制信號，控制外設(shè)與存儲器之當(dāng)出現(xiàn)以下三種情況之一時(shí)停止傳送。BUSY=1，返回繼續(xù)等待CX-1送CX≠0，循環(huán)D1~D0：通道選擇位。CPU響應(yīng),DMAC獲總線控制權(quán)（3）8237的編程結(jié)構(gòu)428237的寄存器組命令寄存器；狀態(tài)寄存器；臨時(shí)寄存器；請求寄存器；屏蔽寄存器。——以上是4個(gè)通道公用模式寄存器；現(xiàn)行地址寄存器；現(xiàn)行字節(jié)數(shù)寄存器；基地址和基字節(jié)數(shù)寄存器?！陨鲜敲總€(gè)通道都有

43①命令寄存器，又稱控制寄存器8位，4個(gè)通道共用，用于設(shè)定8237的信號形式、工作時(shí)序、傳輸方向。端口地址08H。44D7：0=DACK低電平有效；1=DACK高電平有效。D6：0=DREQ高電平有效；1=DREQ低電平有效。D5：1=擴(kuò)展寫信號，IOW/MEMW比正常時(shí)序提前一個(gè)周期；

0=不擴(kuò)展寫信號D4：0=固定優(yōu)先級，通道0優(yōu)先級最高，通道3優(yōu)先級最低；

1=循環(huán)優(yōu)先級D3：0=正常時(shí)序1=壓縮時(shí)序D2：0=啟動(指允許)8237工作；1=停止(指禁止)8237工作D1：D1=0，禁止通道0地址保持，D1=1運(yùn)行通道0地址保持D0：0=內(nèi)存和I/O間的傳輸；1=內(nèi)存和內(nèi)存間的傳輸45468位，4個(gè)通道共用，與控制寄存器共用一個(gè)端口地址（08H），記錄每個(gè)通道是否有請求、傳輸是否結(jié)束。D3~D0：分別對應(yīng)通道3~0，指出4個(gè)通道的DMA傳送是否結(jié)束，結(jié)束為1。D7~D4：分別對應(yīng)通道3~0，表示4個(gè)通道是否有DMA請求，有DMA請求為1。②狀態(tài)寄存器47③臨時(shí)寄存器

8位,端口地址0DH。

在存儲器到存儲器的傳送方式下，臨時(shí)寄存器保存從源單元讀出的數(shù)據(jù)，又由它寫入目的單元。在傳送完成時(shí)，它保留傳送的最后一個(gè)字節(jié)，次字節(jié)可由CPU讀出。READY信號使其復(fù)位。48④請求寄存器其格式如下：D7~D3：未定義。D2：DMA請求標(biāo)志位。D1~D0：通道選擇位。D1D0功

能00011011選擇0通道選擇1通道選擇2通道選擇3通道49⑤屏蔽寄存器其格式如下：D7~D3：未定義。D2：DMA屏蔽設(shè)置位。D1~D0：通道選擇位。D1D0功

能00選擇0通道01選擇1通道10選擇2通道11選擇3通道50ANDAL，01H ；⑥數(shù)據(jù)傳送完后，DMAC撤銷HOLD信號解：分析：這是查詢輸入。READY：存儲器或I/O的就緒信號。第1步：外圍設(shè)備向DMA控制器發(fā)出DMA請求；READY=1，從數(shù)據(jù)口D_PORT這種方式一次只傳送一個(gè)字節(jié)。8086/8088的I/O指令從數(shù)據(jù)端口D_PORT輸出數(shù)據(jù)8237發(fā)出的存儲器讀/寫信號。每一個(gè)通道有一對16位的基地址和基字節(jié)數(shù)寄存器，它們存放著與現(xiàn)行寄存器相聯(lián)系的初始值。OUTDX,AL ；（3）8237的編程結(jié)構(gòu)CX-1送CX≠0，循環(huán)4）每一個(gè)通道一次傳送數(shù)據(jù)的最大長度可達(dá)64KB，可以在存儲器間傳送，也可在存儲器和外設(shè)間傳送。MOVCX,1000 ；⑥模式寄存器，又稱方式寄存器8位，設(shè)定DMA的傳輸模式，4個(gè)通道的模式寄存器共用一個(gè)端口地址，端口地址0BH。

8237的4中工作方式：

單字節(jié)傳送方式

數(shù)據(jù)塊傳送方式

請求傳送方式

級聯(lián)傳送方式51方式寄存器格式如下：其中各位說明如下：D7D6：工作方式選擇?？梢栽谒姆N工作方式中任選一種。52D5：地址寄存增減方式選擇。D4：DMA自動預(yù)置功能選擇。D3D2：數(shù)據(jù)傳輸類型選擇。D1D0：通道選擇。它用來選擇四個(gè)通道。5354⑦現(xiàn)行地址寄存器每一個(gè)通道有一個(gè)16位的現(xiàn)行地址寄存器。在這個(gè)寄存器中保存著用于DMA傳送的地址值，在每次傳送后，這個(gè)寄存器的值自動增量或減量。這個(gè)寄存器的值可由CPU寫入或讀出（分兩次連續(xù)操作）。若編程為自動初始化，則在每次后，將其初始值裝入寄存器。55⑧現(xiàn)行字節(jié)數(shù)寄存器每個(gè)通道有一個(gè)16位的現(xiàn)行字節(jié)數(shù)寄存器，它保