第61章：IO數(shù)據(jù)傳輸控制方法(lyz)(v10)

第6章：IO接口數(shù)據(jù)控制方式主講老師：廉迎戰(zhàn)副教授

學(xué)習(xí)內(nèi)容和重點(diǎn)掌握輸入/輸出接口電路和基本概念、掌握I/O端口編址方法和特點(diǎn)及地址譯碼方法。掌握CPU與外設(shè)數(shù)據(jù)傳送的方式方法。掌握中斷的基本概念和中斷過程，中斷芯片8259的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。掌握DMA的基本概念、可編程DMA控制器芯片8237A的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用及編程方法。I/O數(shù)據(jù)傳輸控制方法第6章6.1接口的基本概念6.2I/O的尋址方式6.3CPU與接口信息交換方式6.4中斷基本概念6.5中斷控制器6.6DMA方式數(shù)據(jù)傳送6.7DMA控制器6.1接口的基本概念 1.I/O接口的定義和功能

接口定義：

在CPU和外設(shè)之間使兩者相互交換信息的連接電路。在CPU和接口之間建立一個(gè)緩沖區(qū)，解決CPU與外設(shè)之間在數(shù)據(jù)形式、數(shù)據(jù)傳遞方式以及傳遞速率等問題。

接口功能：

信號(hào)暫存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、傳送路徑切換、狀態(tài)信號(hào)交換、通信控制、設(shè)備動(dòng)作、定時(shí)控制、中斷管理及錯(cuò)誤檢測(cè)等功能。2.接口電路中的信息

接口信息：

數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息數(shù)據(jù)信息數(shù)字量模擬量開關(guān)量狀態(tài)信息設(shè)備工作狀態(tài) READY、BUSY控制信息CPU輸出的控制信息3.接口的類型

接口分類：專用接口、通用接口

傳送方式：并行方式、串行方式6.2I/O尋址方式 1、I/O端口編址

I/O編址的兩種形式：獨(dú)立編址和統(tǒng)一編址。A.I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址

I/O與RAM共同存儲(chǔ)器的訪問空間。特點(diǎn)I/O與RAM同等看待。 B.I/O端口和存儲(chǔ)器獨(dú)立編址

I/O與RAM分別建立各自的訪問空間。特點(diǎn)I/O與RAM都有自己的尋址體系。

6.2I/O尋址方式 C.8086/8088端口編址形式

8086/8088CPU采用獨(dú)立編址，I/O尋址空間為64KB/32KW。

空間分配：0000H~0FFFFH（段地址為0000H）。

（0F8H~0FFH保留）

8086I/O控制信號(hào)： 最小方式： M/-IO=0I/O端口

M/-IO=1RAM

最大方式： -IOWC=0//-IOWR=0I/O端口

-MWTC=0//-MRTC=0RAM8086I/O尋址指令： 直接方式：IN AX，PORT （<255） 直接方式：OUT AX，PORT （<255）

間接方式：IN AX，DX （>255）

間接方式：OUT AX，DX （>255）IO端口訪問時(shí)序6.2I/O尋址方式 2、I/O端口譯碼方法

獨(dú)立編址時(shí)，一般用地址線的高位部分和控制信號(hào)（如RD、WR、M/IO）進(jìn)行組合（譯碼）產(chǎn)生I/O接口電路的片選信號(hào)（CS），用地址線的低位部分直接連到I/O接口芯片實(shí)現(xiàn)端口的選擇。I/O地址譯碼的兩種形式：直接譯碼和SWITCH譯碼A.直接端口譯碼

利用組合邏輯門電路對(duì)I/O接口進(jìn)行直接譯碼。（適用口地址單一或固定的） B.SWITCH端口譯碼

利用比較器和DIP開關(guān)設(shè)定I/O的地址。（適合口地址可變的）C、譯碼器譯碼電路

利用74LS138/74LS系列芯片譯碼器譯碼（適用電路需多個(gè)口地址）D、可編程邏輯器件PLD可編程邏輯器件PLD（適用口地址保密，可變靈活）如PAL、GAL

&&OOOOOO>A9A8A7A3A2…A1A0AENIOWLS30LS20LS32門電路譯碼>>ABCG2AG2BG1OOA5A6A7A8A9AENIOWY0Y1Y2Y3Y4Y58237825982538255寫NMI屏蔽寄存器寫DMA頁面寄存器OO74LS138譯碼器譯碼“0”“0”“0”“1”“0”“1”“1”“0”“1”6.2I/O尋址方式 3IBM/PC的I/O地址

PC利用A0~A9實(shí)現(xiàn)1KB地址譯碼。其中：000H~1FFH（A9、A8）的512BI/O端口分配給系統(tǒng)板，200H~3FFH是擴(kuò)展槽。地址范圍I/O接口名稱000H~01FHDMA控制器020H~03FH中斷控制器040H~05FH定時(shí)器8253/8254060H~07FH并行接口芯片82550A0H~0BFHNMI屏蔽寄存器080H~09FHDMA頁面寄存器表6-1PC/XT機(jī)系統(tǒng)板配置的端口地址表6-2PC/XT機(jī)適配器控制卡的端口地址圖6-3門電路譯碼

門電路譯碼圖6-4PC/XT機(jī)系統(tǒng)板I/O接口電路的片選信號(hào)的產(chǎn)生電路

專用譯碼器譯碼電路返回本節(jié)6.3I/O信息交換方式 1、I/O信息交換方式的分類A、程序控制方式（查詢方式）

CPU利用指令反復(fù)查詢I/O的狀態(tài)，直到I/O準(zhǔn)備好，才進(jìn)行輸入/輸出。此間CPU處于循環(huán)等待狀態(tài)，未做有效的工作。（1）無條件傳送方式：當(dāng)外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，不必查詢處設(shè)的狀態(tài)而進(jìn)行信息傳輸，如數(shù)碼管的顯示等。（2）條件傳送方式：CPU通過執(zhí)行程序不斷讀取并測(cè)試外設(shè)狀態(tài)，若輸入外設(shè)已處于準(zhǔn)備好狀態(tài)或輸出外設(shè)為空閑狀態(tài)時(shí)，則CPU執(zhí)行傳送信息指令，該方式又稱“查詢式傳送”。B、中斷方式

CPU在執(zhí)行程序的同時(shí)兼顧對(duì)I/O設(shè)備的控制或數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)I/O設(shè)備準(zhǔn)備好（空閑），由I/O向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，暫停CPU運(yùn)行的程序，轉(zhuǎn)而處理I/O設(shè)備的請(qǐng)求，處理完即返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。C、DMA方式（直接存儲(chǔ)器存取方式/成組傳送方式）當(dāng)某一外設(shè)需要輸入/輸出一批數(shù)據(jù)時(shí)，向DMA控制器發(fā)出請(qǐng)求，DMA控制器收到這一請(qǐng)求后，向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求，若CPU響應(yīng)DMA的請(qǐng)求，把總線使用權(quán)讓給DMA控制器，數(shù)據(jù)不通過CPU，可直接在DMA控制器操縱下進(jìn)行。執(zhí)行完畢后，DMA再向CPU發(fā)“結(jié)束中斷請(qǐng)求”，CPU響應(yīng)，收回總線權(quán)。

主要適用于高速I/O設(shè)備（如磁盤），CPU向I/O接口提供控制信息（如數(shù)據(jù)塊的首地址及字節(jié)數(shù)），I/O設(shè)備直接和存儲(chǔ)器進(jìn)行成批數(shù)據(jù)的快速傳送。D、I/O處理機(jī)IOP方式

IOP和CPU并行工作，提供高速的通信能力，實(shí)現(xiàn)高速傳送。I/O端口

外設(shè)接口由一組寄存器（數(shù)據(jù)寄存器/狀態(tài)寄存器/命令寄存器）組成，每個(gè)寄存器有一個(gè)端口地址(端口號(hào))，IBM-PC機(jī)的I/O地址空間可達(dá)64K(0000~FFFFH)。I/O指令主機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信的最基本途徑。DOS功能調(diào)用和BIOS例行程序中的輸入/輸出功能也是由IN和OUT指令完成的。例：

測(cè)試某狀態(tài)寄存器（端口號(hào)27H）的第2位是否為1INAL,27HTESTAL,00000100BJNZERROR

A、程序控制方式（查詢方式）A、程序控制方式（查詢方式）1）無條件傳送方式輸入數(shù)據(jù)AB=XXXXHM/-IO=0-RD=0DB=D7~D0輸入鎖存器輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)AB=XXXXHM/-IO=0DB=D7~D0-WE=0輸出鎖存器導(dǎo)通DB到外設(shè)無條件傳送方式的工作原理A、程序控制方式（查詢方式）2）查詢方式輸入數(shù)據(jù)外設(shè)數(shù)據(jù)OK—鎖存器選通=“1”，三態(tài)緩沖器READY=“1”讀數(shù)據(jù)CPU讀狀態(tài)AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7=READY--OK讀數(shù)據(jù)AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7~D0數(shù)據(jù)--OK查詢式輸入傳送方式工作原理A、程序控制方式（查詢方式）2）查詢方式輸出數(shù)據(jù)外設(shè)輸出數(shù)據(jù)—-ACK=0狀態(tài)觸發(fā)器Q=0BUSY=0輸出數(shù)據(jù)CPU讀狀態(tài)AB=XXHM/-IO=0-RD=0狀態(tài)BUSY=“0”？YES輸出數(shù)據(jù)AB=XXHM/-IO=0-WR=0DB=D0~D7

輸出口數(shù)據(jù)鎖存器查詢式輸出傳送方式的工作原理例1.Sound程序

mov

dx,6000 ;30000個(gè)脈沖

inal,61handal,11111100btrig:xoral,00000010b

out61h,al

mov

cx,1000 ;脈沖的寬度delay:loopdelay

dec

dx

jnetrig---------設(shè)備控制寄存器端口61H1/00控制其它外部設(shè)備與門放大器2號(hào)定時(shí)器門控10例2.

CPU要從3個(gè)設(shè)備輪流輸入數(shù)據(jù)，設(shè)備1,2,3的狀態(tài)寄存器端口號(hào)分別用STAT1,STAT2,STAT3表示，第5位是輸入準(zhǔn)備位。INPUT:INAL,STAT1

TESTAL,20H ;00100000bJZDEV2CALLFARPTRPROC1DEV2:INAL,STAT2

TESTAL,20HJZDEV3CALLFARPTRPROC2DEV3:INAL,STAT3

TESTAL,20HJZNO_INPUTCALLFARPTRPROC3NO_INPUT:……B、中斷控制方式中斷過程CPU啟動(dòng)外設(shè)工作后，作自己工作（IO與CPU工作）IO好----READY=1向CPU發(fā)請(qǐng)求CPU響應(yīng)請(qǐng)求，暫停原程序，執(zhí)行中斷程序完成，CPU返回原程序繼續(xù)中斷服務(wù)過程保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、中斷處理、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷傳送方式的工作原理B、中斷控制方式中斷響應(yīng)過程中斷設(shè)置設(shè)置中斷類型碼設(shè)置中斷優(yōu)先權(quán)開中斷（中斷屏蔽寄存器IMX=1）中斷請(qǐng)求IO好，中斷請(qǐng)求寄存器=1INT=1發(fā)中斷請(qǐng)求響應(yīng)中斷-INTA=0，CPU響應(yīng)中斷中斷碼==數(shù)據(jù)線----調(diào)用相應(yīng)中斷矢量{AB=XXXXH&-RD=0}=譯碼讀三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)同時(shí)，中斷請(qǐng)求INT=0中斷返回，CPU執(zhí)行C、DMA方式1、DMA方式：DMA接管系統(tǒng)的總線控制權(quán)，無程序介入，硬件完成（中斷，系統(tǒng)停止）。2、功能：RAM==IO設(shè)備3、過程：IO向DMA發(fā)請(qǐng)求DMA響應(yīng)向CPU請(qǐng)求DMA方式CPU響應(yīng)請(qǐng)求，交AB+CBDMA接管AB+CBRAM==IO外設(shè)DMA向IO發(fā)回答信號(hào)傳