微機(jī)原理第8章-輸入輸出接口技術(shù)課件

第8章輸入輸出接口技術(shù)本講內(nèi)容基本概念

I/O端口的編址輸入輸出的基本方法：無條件、查詢、中斷、DMA

第8章輸入輸出接口技術(shù)1微型計算機(jī)中I/O接口的作用存儲器MI/O接口輸入設(shè)備II/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備OCPU微型計算機(jī)中I/O接口的作用存輸數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB2微機(jī)原理第8章-輸入輸出接口技術(shù)ppt課件3什么是I/O接口（電路）？I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路，I/O接口就是CPU與外設(shè)的連接部件。PC機(jī)系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總線槽的電路板（適配器）都是I/O接口電路CPUI/O接口電路

I/O設(shè)備接口在CPU與外設(shè)之間什么是I/O接口（電路）？CPUI/O接4I/O接口的基本結(jié)構(gòu)示意圖I/O接口的基本結(jié)構(gòu)示意圖5為什么需要接口電路?1。外部設(shè)備的種類多種多樣。2。傳輸?shù)男畔⒁灿卸喾N的。3。速度的相差更大。所以就需要在計算機(jī)與外部設(shè)備之間設(shè)置一種部件，使CPU和外部設(shè)備的工作協(xié)調(diào)起來，有效地完成輸入輸出任務(wù)。這種部件稱為輸入輸出接口。為什么需要接口電路?1。外部設(shè)備的種類多種多樣。6

I/O接口要解決的問題速度匹配(Buffer)信號電平和驅(qū)動能力(電平轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器)信號形式匹配(A/D、D/A)信息格式(字節(jié)流、塊、數(shù)據(jù)包、幀)時序匹配(定時關(guān)系)總線隔離(三態(tài)門)

7I/O地址譯碼與設(shè)備選擇把選中的與總線相接，未選中的與總線隔離（高阻態(tài)）

數(shù)據(jù)的緩沖與暫存緩解接口與CPU工作速度的差異輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)輸入接口有緩沖環(huán)節(jié)對外設(shè)進(jìn)行監(jiān)測、控制與管理，中斷處理信號電平與類型的轉(zhuǎn)換形式、格式、電平、功率、碼制等

I/O接口的功能I/O接口的功能8什么是微機(jī)接口技術(shù)？處理微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)間聯(lián)系的技術(shù)注意其軟硬結(jié)合的特點(diǎn)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，使用和構(gòu)造相應(yīng)的接口電路，編制配套的接口程序，支持和連接有關(guān)的設(shè)備什么是微機(jī)接口技術(shù)？處理微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)間聯(lián)系的技術(shù)9接口電路交換的信息：數(shù)據(jù)信息?？刂菩畔ⅰ顟B(tài)信息。接口電路交換的信息：數(shù)據(jù)信息。10

I/O端口：

I/O信息的三種類型：數(shù)據(jù)、命令、狀態(tài)。傳送這三類信息的通道分別稱為：數(shù)據(jù)端口(I、O)、命令端口(O)、狀態(tài)端口(I)。不同外設(shè)具有的端口數(shù)各不相同，計算機(jī)中為每一個端口都賦予一個惟一編號——稱為端口地址(或端口號)。端口有兩種編址方式：統(tǒng)一編址和獨(dú)立編址。I/O接口的編址方式I/O端口：I/O接口的編址方式11

定義把外設(shè)接口與內(nèi)存統(tǒng)一進(jìn)行編址。各占據(jù)統(tǒng)一地址空間的不同部分。優(yōu)點(diǎn)指令統(tǒng)一，靈活；訪問控制信號統(tǒng)一，使用同一組的地址/控制信號。缺點(diǎn)內(nèi)存可用地址空間減小例如:MCS-51單片機(jī)0地址空間(共1MB)內(nèi)存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H1.統(tǒng)一編址定義0地址空間(共1MB)內(nèi)存地址I/O地址FFFFFH12

定義:外設(shè)地址空間和內(nèi)存地址空間相互獨(dú)立。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)存地址空間不受I/O編址的影響缺點(diǎn)：I/O指令功能較弱，使用不同的讀寫控制信號00000H內(nèi)存地址空間內(nèi)存空間(1MB)I/O空間(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空間0000H2.獨(dú)立編址例如:8088/8086微機(jī)系統(tǒng)定義:外設(shè)地址空間和內(nèi)存地址空間相互獨(dú)立。00000H13

采用I/O獨(dú)立編址方式(但地址線與存儲器共用)地址線上的地址信號用來區(qū)分：

/0

時為I/O地址/M地址I/O操作只使用20根地址線中的16/8根：A15/7

～A0可尋址的I/O端口數(shù)為64K(65536)/256個I/O地址范圍為0～FFFFH/0~FFHIBMPC只使用了10根

A9

～A0

1024個I/O地址(0～3FFH)原因:

夠用為度,簡化電路8088/8086CPU的I/O編址方式8088/8086CPU的I/O編址方式14

、、A15

～A0OUT指令將使總線的信號有效IN指令將使總線的信號有效當(dāng)接口只有1個端口(僅數(shù)據(jù)口,無狀態(tài)口和控制口)時，16位地址線一般應(yīng)全部參與譯碼，譯碼輸出直接選擇該端口；下面先介紹這種簡單情況當(dāng)接口具有多個端口時，則16位地址線的高位參與譯碼（決定接口的基地址），而低位則用于確定要訪問哪一個端口。

I/O端口地址的譯碼例如：某外設(shè)接口有4個端口(如8255/8253)，地址為2F0H～2F3H，則其基地址為2F0H，由A15～A2譯碼得到，而A1、A0用來確定4個端口中的某一個。請思考:

A0~A15=?I/O接口(4端口)A0A1CS譯碼器…A0A1A2~A15I/O接口(1端口)CS譯碼器A0~A15、、15

并行定義:一個數(shù)據(jù)單位(通常為字節(jié))的各位同時傳送特點(diǎn):速度快、距離短、成本高例如：PC機(jī)的并行接口(通常用于連接打印機(jī))串行定義:數(shù)據(jù)按位進(jìn)行傳送特點(diǎn):速度慢、距離遠(yuǎn)、成本低例如：PC機(jī)的串行接口(通常用于串行通信)I/O數(shù)據(jù)的傳送方式并行I/O數(shù)據(jù)的傳送方式16CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式I/O接口電路基礎(chǔ)：三態(tài)緩沖器/鎖存器問題：CPU與外設(shè)的工作速度不一致，尤其是當(dāng)外設(shè)由其他CPU或時序電路控制時更加明顯，應(yīng)如何解決效率和可靠性。數(shù)據(jù)傳送控制：使兩者高效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送(1)

無條件傳送方式(2)

條件傳送方式(查詢方式)(3)

中斷傳送方式(4)

DMA傳送方式(DirectMemoryAccess)

存貯器直接存取方式四種傳送方式(程序方式)CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送方式I/O接口電路基礎(chǔ)：三態(tài)緩沖器/17無條件傳送方式

(同步傳送方式)實現(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)動作時間已知，

前提：CPU與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，外設(shè)保證已準(zhǔn)備好。如開關(guān)、發(fā)光器件(如發(fā)光二極管、7段數(shù)碼管、燈泡等)、繼電器、步進(jìn)電機(jī)等。2.軟硬件十分簡單。(程序方式之一)無條件傳送方式(同步傳送方式)實現(xiàn)方法(程序方式之一)18典型無條件傳送方式接口電路（輸入）該電路在CPU執(zhí)行指令(當(dāng)外設(shè)開關(guān)準(zhǔn)備好后-開關(guān)動作時間固定)

MOVDX,284HINAL,DX功能:

將輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)讀入CPU內(nèi)AL中圖中譯碼電路的作用：只當(dāng)A15~A0上出現(xiàn)284H時，（即00000010

1000

0100B）輸出0，其他輸出1。三態(tài)緩沖器開關(guān)狀態(tài)DBIOR地址譯碼AB

284H000D7~D0A15~A0與非IO總線74LS244E1/E2例:開關(guān)典型無條件傳送方式接口電路（輸入）該電路在CPU執(zhí)行指令(當(dāng)19典型無條件傳送方式接口電路（輸出）圖中譯碼電路的作用：只當(dāng)A15~A0上出現(xiàn)288H時，（即0000001010001000B）輸出0，其他輸出1。該電路在CPU執(zhí)行指令(當(dāng)外設(shè)LED指示燈準(zhǔn)備好后—實際上一直處于準(zhǔn)備好)

MOVAL,81H

MOVDX,288HOUTDX,AL

功能:

CPU內(nèi)AL中的數(shù)據(jù)81H送至輸出設(shè)備IO總線鎖存器輸出設(shè)備數(shù)據(jù)線IOW地址譯碼地址線

288H000D7~D0A15~A0與非例:LED指示燈74LS273典型無條件傳送方式接口電路（輸出）圖中譯碼電路的作用：該電路20條件傳送方式(查詢傳送方式)實現(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，再才執(zhí)行I/O指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。特點(diǎn)：1.CPU通過不斷查詢外設(shè)狀態(tài)，實現(xiàn)與外設(shè)的速度匹配;2.CPU的工作效率低，響應(yīng)速度慢;3.適用于簡單、慢速的或?qū)崟r性要求不高的外設(shè).(程序方式之二)NY從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息從數(shù)據(jù)端口傳送一個數(shù)據(jù)外設(shè)準(zhǔn)備好否？編程流程條件傳送方式(查詢傳送方式)實現(xiàn)方法：(程序方式之二)NY從21微機(jī)原理第8章-輸入輸出接口技術(shù)ppt課件22查詢方式輸入例假設(shè)外設(shè)的狀態(tài)端口為28CH(83H)，其中D7=1時，表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為288H(80H)。實現(xiàn)從外設(shè)讀50H個字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中。28CH端口狀態(tài)端口288H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)線控制線狀態(tài)信號數(shù)據(jù)信號I/O接口查詢方式輸入例假設(shè)外設(shè)的狀態(tài)端口為28CH(83H)，2823查詢方式輸入接口電路狀態(tài)端口D7=1表示外設(shè)準(zhǔn)備好輸入裝置+5vSTB三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)線288H

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D728CH

PC總線IORA15~A0D7~D0&&MOVDX,288HINAL,DXMOVDX,28CHINAL,DXBUSYD0:D7GNDREADYD7D6D0READY查詢方式輸入接口電路狀態(tài)端口D7=1表示外設(shè)準(zhǔn)備好輸+524從28CH狀態(tài)端口讀入外設(shè)狀態(tài)信息從288H數(shù)據(jù)端口讀入一個字節(jié)數(shù)據(jù)YND7=1,外設(shè)準(zhǔn)備好否？N50H個數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？Y編程從外設(shè)讀入50H個字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中流程圖從28CH狀態(tài)端口從288H數(shù)據(jù)端口YND7=1,外設(shè)準(zhǔn)備25

STATUSEQU28CHMOVAX,SEGbuffer;取緩沖區(qū)首地址

MOVDS,AX

LEADI,bufferMOVCX,50H;傳送個數(shù)

next:

MOVDX,STATUS

ask：

INAL,DX;從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

TESTAL,1000

0000B;80H,檢測D7位

JZ

ask;D7=0,繼續(xù)查詢MOVDX,288H

INAL,DX;從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)MOV[DI],AL;送緩沖區(qū)INCDI;修改緩沖區(qū)指針

LOOPnext;傳送下一個….查詢方式輸入程序片段思考:若狀態(tài)口和數(shù)據(jù)口為83H和80H,則程序應(yīng)如何修改?STATUSEQU28CH查詢方式輸入程序26查詢方式輸出例假設(shè)外設(shè)的狀態(tài)端口為28CH，其中D0=0時，表示外設(shè)準(zhǔn)備好外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為288H。編程將緩沖區(qū)buffer的80H個字節(jié)輸出到外設(shè)。28CH端口狀態(tài)端口288H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)線控制線狀態(tài)信號數(shù)據(jù)信號I/O接口查詢方式輸出例假設(shè)外設(shè)的狀態(tài)端口為28CH，28CH端口227查詢方式輸出接口狀態(tài)端口D0=0表示外設(shè)準(zhǔn)備好輸出設(shè)備數(shù)據(jù)線288H數(shù)據(jù)端口地址譯碼地址線

鎖存器

RDQ

三態(tài)緩沖器+5vACKPC總線IORA15~A0D7~D0IOW狀態(tài)端口地址譯碼D028CH&&MOVDX,288HOUTDX,ALMOVDX,28CHINAL,DXREADY(BUSY)D7D6

D0BUSY查詢方式輸出接口狀態(tài)端口D0=0數(shù)據(jù)線288H數(shù)28從28CH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288H數(shù)據(jù)端口YND0=0,外設(shè)準(zhǔn)備好否？N80H個數(shù)據(jù)傳送結(jié)束？Y編程將緩沖區(qū)buffer的80H個字節(jié)輸出到外設(shè)條件查詢輸出流程圖從28CH狀態(tài)端口將一字節(jié)數(shù)據(jù)送至YND0=0,外設(shè)準(zhǔn)備好29STATUS_PORTEQU28CHDATA_PORTEQU288HMOVAX,SEGbuffer;取緩沖區(qū)首地址

MOVDS,AXLEASI,bufferMOVCX,80H;傳送個數(shù)

next:

MOVDX,STATUS_PORT

ask：INAL,DX

;從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

TESTAL,00000001B;檢測D0位

JNZask

;D0=1,繼續(xù)查詢MOVAL,[SI];從緩沖區(qū)取數(shù)

MOVDX,DATA_PORT

OUTDX,AL;從數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)INCSI;修改緩沖區(qū)指針

LOOPnext;輸出下一個….查詢方式輸出程序片斷

STATUS_PORTEQU28CH查詢方式輸出程序片30中斷傳送方式

實現(xiàn)方法：

1.

當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好，向CPU發(fā)出中斷請求2.CPU在滿足響應(yīng)中斷的條件下，發(fā)出中斷響應(yīng)信號；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)行被中斷的程序中斷傳送方式實現(xiàn)方法：31中斷服務(wù)程序發(fā)申請中斷服務(wù)程序發(fā)申請中斷方式下CPU執(zhí)行程序流程外設(shè)硬件中斷---NMI與INTR兩根線申請中斷(與CALL差別大)軟件中斷---INTn與INTO指令(與CALL功能類似)時間隨機(jī)兩者無關(guān)中斷服務(wù)程序發(fā)申請中斷服務(wù)程序發(fā)申請中斷方式下CPU執(zhí)行程序321.CPU和外設(shè)大部分時間處在并行工作狀態(tài),只在CPU響應(yīng)外設(shè)的中斷申請后，進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送的過程。2.中斷傳送方式提高了CPU的效率。3.對外設(shè)的請求能作出實時響應(yīng),可處理故障。4.適于實時、快速、復(fù)雜的外設(shè)，但不適用于大量、高速頻繁數(shù)據(jù)交換DMA。

中斷傳送方式的特點(diǎn)1.CPU和外設(shè)大部分時間處在并行工作狀態(tài),中斷傳送方式33DMA傳輸方式前面3種I/O方式共性:都需要CPU作為中介：

外設(shè)

CPU

內(nèi)存

兩個含義：

1）軟件：外設(shè)與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過CPU執(zhí)行程序來完成的（PIO方式）；

2）硬件：I/O接口和存儲器的讀寫控制信號、地址信號都是由CPU發(fā)出的（總線由CPU控制）。

缺點(diǎn)：程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度（約為幾十KB/秒）—解決辦法：DMA傳輸外設(shè)

內(nèi)存DMACDMA傳輸方式前面3種I/O方式共性:都需要CPU作為中34

DMA傳送方式(直接存儲器存取方式)

實現(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，通過

DMAC向CPU發(fā)出總線請求HOLD

；3.CPU發(fā)出總線響應(yīng)信號HLDA，釋放總線；4.DMAC接管總線，控