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1、第6章 微型计算机的输入/输出,6-1 CPU与外设通信的特点 6-2 输入/输出方式 6-3 CPU与外设通信的接口 6-4 8086 CPU的输入/输出,常用输入装置有：键盘、扫描仪等。 常用输出装置有：CRT、打印机等。 磁盘、磁带既可做输入也可做输出。,6-1 CPU与外设通信的特点,由于外设的功能多种多样，原理不同，工作速度不同，因此接口电路也是多种多样。,微机系统中，各种输入/输出设备通过接口与系统相连，并在接口的支持下实现各种方式的数据传送。把外部设备同微型计算机连接起来的电路称为接口电路或I/O接口。,接口信号分几种：,数据 数字量:如键盘输入的ASCII码表示的数或字符,CR
2、T显示等。 模拟量:时间上连续变化的量，如温度、压力、流量等。 通过传感器转换成电量，经放大送 A/D。 开关量:只有两个状态量.如开关的合与断,电机的运转与停止。,控制信号 如控制继电器的吸合与断开或外设的启动与停止等。,状态信息 输入设备用READY表示准备好否？ READY=1，准备好；READY=0，未准备好。 输出设备常用BUSY表示忙否？ BUSY=1忙。 例：打印机若不忙，可送数。,数据、状态信息、控制信息是不同性质的信息，因此一个外设接口往往要设置相应的几个端口，并且CPU用不同的端口地址来区分操作。,转换信息格式。 如串并转换、 并串转换、配备校验位 提供联络信号。即协调数据
3、传送的状态信息，如设备“就绪”、 “忙”， 数据缓冲器“满”、“空”等信号。 协调定时差异。为协调微机与外设在定时或数据处理速度上的差异，使两者之间的数据交换取得同步，有必要对传输的数据或地址加以缓冲或锁存。 进行译码选址。在具有多台外设的系统中，外设接口必须提供地址译码以及确定设备码的功能。 实现电平转换。为使微型计算机同外设匹配，接口电路必须具有电平转换和驱动功能。 具备时序控制。有的接口电路具有自己的时钟发生器，以满足微型计算机和各种外设在时序方面的要求。 可编程。对一些通用的、 功能较齐全的接口电路， 应该具有可编程能力。 ,一、I/O接口的作用,由于外围设备的多样性， 外设接口电路应
4、具有如下功能：,二、I/O端口寻址方式,CPU对外设的访问实质上是对I/O接口中相应端口的访问。I/O端口的寻址方式有如下两种：,其寻址方式的特点是： I/O端口和存储器共用一个地址空间，统一编址。 系统中的I/O端口和存储器用译码器统一来片选控制。 所有访问存储器的指令都可用于I/O端口。 ,存储器映像的I/O寻址,注意：控制线M/IO=1时，对译码器是有效电平。显然是外设端口当作存储器的一个单元来看待，每个外设端口占有存储器的一个地址。,其寻址方式的特点是： 存储器和I/O端口在两个独立的地址空间中，分别编址。 系统中的I/O端口用单独的译码器来片选控制。 访问I/O端口用专用的IN指令和
5、OUT指令。 ,I/O映像的I/O寻址（ I/O指令寻址）,1#端口地址：80H87H 2#端口地址：88H8FH,注意：控制线M/IO=0时，对译码器是有效电平。 而CPU在执行IN或OUT指令时，M/IO脚恰好输出低电平。显然是将外设端口独立于存储器编址。,8086CPU中采用的是I/O映像的I/O寻址方式。用引脚M/IO控制区分MEM和I/O的访问。,6-2 输入/输出方式,在微机系统中。大量数据在CPU、存储器和I/O接口之间传送。而传送中的关键问题是数据传送的控制方式。,一、程序控制传输方式,特点是以CPU为中心，由CPU控制，通过预先编制好的输入或输出程序实现数据的传送。该方式有如
6、下3种：,假设输入接口数据已经准备好，或者输出设备是空闲的，此时CPU无需查询状态，直接用IN和OUT指令完成与接口之间的数据传送。,同步传输方式（无条件传送方式）, 当CPU与外设工作不同步时，很难确保CPU在执行输入操作时，外设一定是“准备好”的；而在执行输出操作时，外设一定是“空闲”的。 为保证数据传送的可靠进行，可采用此方式。 在传输数据之前，CPU要先查询外设状态。只有确认外设已经具备了传输条件后，才能用IN和OUT指令完成数据传送。 ,异步查询方式, 当外设的输入数据准备好或接收数据的锁存器为空时，主动向CPU发出中断请求，使CPU中断原来执行的程序（主程序）,转去执行为外设服务的
7、输入或输出操作，服务完毕，CPU再继续执行原来的程序。 ,中断方式,中断传送方式中， CPU和外设可同时工作， 从而大大提高了CPU的效率和控制程序执行的实时性。,二、直接存储器存取方式（DMA传输方式）,中断方式可大大提高CPU效率，但仍是由CPU来传送，要用不少指令，有些情况下仍嫌太慢，如磁盘与内存间交换数据，高速采集，高速数据块传送等，通常采用DMA传送。,进行DMA传送要用到DMA控制器（DMAC）为DMA传送而设计的专门接口。,DMA可实现：存储器外设 存储器存储器,DMA控制方式的特点： 在数据传送过程中不占用CPU 适合高速的数据块传送 需有专门的DMA控制器硬件对数据传送进行控
8、制,#3,一、同步传输方式与接口,无需状态判断。接口设计较简单，一般只需一个数据端口。,同步输入方式接口,设数据端口号为n，执行 IN AL，n 时，与非门三个输入端同时有效，打开三态缓冲器，把来自外设的数据读入CPU的AL寄存器中。,6-3 CPU与外设通信的接口,读端口常用三态缓冲器芯片： 74LS244、74LS240、74LS245等。,设外设端口号为n，执行OUT n，AL时，与非门输出有效，将输出数据锁存至输出端。,同步输出方式接口,由于外设速度比较慢，要求输出数据在接口电路输出端维持一段时间，故必须用锁存器。,写端口常用锁存器芯片：74LS273、74LS373、74HC573等
9、。,二、异步查询传送方式与接口,需先查询外设状态，满足条件时才进行数据传输。接口设计较复杂，需二个端口：一个数据端口，一个状态端口。,异步查询式输入接口,当输入装置数据准备好 发出一个选通信号/STB，一面把数据锁存起来，一面送D触发器的CLK端，将D=1打入Q端，使Q=1； CPU读入状态信息READY； 当READY=1，输入数据； 读入数据同时，将状态信号清零。,程序段如下： G0: IN AL，STATUS-PORT ；读入状态信息 TEST AL，10H ；READY=1？ JZ G0 ；未准备好,再查 IN AL，DATA-PORT ；准备好,读入,异步查询式输出接口,当输出装置输
10、出数据后，发/ACK信号，将D触发器置0，即BUSY=0 CPU查询BUSY，若为0转入，否继续查 执行输出指令，把数据送至锁存器 同时令D触发器置1，它一方面告知外设, 数据已准备好，另一方面让BUSY=1，阻止CPU输出新的数据,在输出时CPU需了解外设的状态，如无空则等待，有空执行输出指令，过程如下：,程序段如下： G0: IN AL，STATUT-PORT ；输入状态信息 TEST AL，01 ；BUSY=0？ JNZ G0 ；为1，再查 MOV AL，STORE ；从缓冲区取数 OUT DATA-PORT，AL ；输出数据,一、8086CPU的I/O指令,问：IN AL，0A00H指令正确否？,6-4 8086 CPU的输入/输出,二、8086CPU的I/O特点,注意： 最小模式下的I/O接口的控制线由8086直接提供 地址线只能用A0A15,第6章作业： 2、6、7、9,
