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1、第6章微型计算机接口,本章主要内容 接口电路中的信息 微型计算机接口及其组成 计算机与外设交换数据的方式,接口电路中的信息,接口电路中通常包括3种信息，即：数据信息、状态信息和控制信息 1. 数据信息 CPU与外设交换的基本信息就是数据 数据信息一般分为3种类型，即数字量、模拟量、开关量 数字量 数字量是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数据和字符,接口电路中的信息, 模拟量 当微机系统用于过程控制时，大量的现场物理量（如温度、压力、流量等）经过传感器转换为连续变化的电量，经过放大后就是模拟的电压或电流 它们必须经过A/D转换，变成数字量才能送入计算机 反过来当执行机构需要用模拟量控制
2、时，计算机输出的数字量也必须经过D/A转换,接口电路中的信息, 开关量 开关量就是一些表示两种状态的量，如：开关的开闭，二极管的截止与导通等,微型计算机接口及其组成,微机与外界要进行数据传送必须通过外部设备进行； 微机的外部设备多种多样； 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大； 外部设备不能和CPU直接相连； 所以必须使用 I/O接口电路。,什么是I/O接口,I/O接口是位于系统与外设之间、用来协助完成数据传送和控制I/O任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路,I/O接口的主要功能,对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有
3、锁存环节 输入接口有缓冲环节 对信号的形式和数据格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 把选中的外设与总线相接，并将未选中的设备与总线隔离（高阻态） 与CPU和I/O设备进行联络,I/O端口的编址,I/O端口有两种编址方式 1. I/O端口与存储器统一编址方式 外设端口地址和存储器单元地址共占存储器的访问空间，即一个外设端口占用一个存储单元地址 如:R6502,M6800 等采用此种方式 （示意图见下页）,I/O端口与存储器统一编址方式示意,I/O端口与存储器共享一个地址空间 外设端口作为存储器的一个单元,对外设的操作可使用全部的存储器指令,I/O端口与存储器
4、统一编址方式示意,优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活 缺点： I/O口地址占用内存单元号，将减少内存容量 程序不易阅读(不易区别访主存或访问外设),I/O端口的编址,2. I/O端口独立编址方式 这种编址方式是I/O端口地址和存储器单元分别建立两个地址空间，独立编址。CPU用专门的I/O指令去访问I/O端口 如: 8086/8088,Z80 等采用此种方式 示意图见下页,I/O地址空间独立于存储地址空间 CPU有专门的I/O操作指令 优点： 控制和译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 指令简单、速度快 缺点： 增加硬件开销 I/O指令没有存储器指
5、令丰富,I/O端口独立编址方式,输入输出指令,在第3章已经介绍。,IBM PC/XT的I/O端口地址,在PC机中，仅用A9A0表示I/O口地址(形成1KB端口) 000H1FFH：分配给系统板上的I/O芯片使用 200H3FFH：分配给扩展槽的I/O的地址,I/O端口地址译码方法,I/O地址的译码方法与存储器译码的方法基本一样，方法也有多种，这里举一个例子：,4个端口，地址300 -303H,这是一种局部译码方法，按照系统分配给某接口的地址区域，对地址总线的某些位进行译码，产生对该接口包含的寄存器（端口）的组选信号，再由低位地址线对组内寄存器（端口）译码寻址，从而确定与CPU通信的外部设备 例
6、如IBM PC系统板上的接口地址译码就是采用此种译码寻址方式,CPU与外设信息交换控制方式,本节主要内容 无条件传送方式 查询方式（条件传送方式） 中断控制方式 直接存储器存取（DMA）控制方式,1.无条件传送控制方式 在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为他们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送；称为无条件传送，或称为立即传送、同步传送 适用于简单设备，如LED数码管、按键或按钮等 无条件传送的接口和操作均十分简单,1.无条件传送控制方式,这种传送有一个前提，就是：外设必须随时就绪，外部控制过程的各种动作时间是固定的且是已知的情况 其输入输出原理如下页图所示,无条件传送控制I/O
7、原理示意,2. 条件传送控制方式,条件传送又称为查询传送，它是在传送数据前，CPU需要了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下 （“就绪”状态），实现数据的输入输出。若外设未准备好，CPU就要等待 对多个外设的情况下，CPU将按一定的顺序依次查询每个设备（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽；缺点是传送效率低,就绪（Ready）的意义,在输入场合 “就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，等着CPU来读取 该状态也可以用接口中数据缓冲器已“满”来描述,就绪（Ready）的意义,在输出场合 “就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CP
8、U输出的数据 该状态也可以用接口中数据缓冲器已“空”，或者用外设“闲”或不“忙（BUSY）”来描述,查询传送的两个环节,查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪,查询传送的两个环节,传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令从数据端口输出数据, 查询输入, 输入时的数据和状态信息, 程序流程图, 查询输入的程序实现,LTEST: IN AL, STATUS_PORT ; 从状态口读入信息 AND AL,80H ; 检查ready=1 ? JZ LTEST ;ready不等于1，循环 IN AL,DATA_PORT ;re
9、ady=1,从数据口读 入数据,查询输入方式，输入数据必须经过三个步骤： CPU从状态口读取状态字 CPU用指令查询状态是否满足条件，不满足再读状态字，否则进入下一步 CPU从数据口读取数据, 查询输入方式小结, 查询输出（省略）,3.中断控制方式,无条件传送方式，需要已知定时时间，因此可靠性差，但硬件、软件简单 查询传送方式，CPU需要花大量的时间去读状态字，效率低；多个外设操作采用轮询机制，因此实时性差 中断控制方式适用于多个外设及实时系统,（1）中断控制方式过程,CPU若采用中断控制方式与外设交换数据，其过程是：CUP启动外设工作后，就去作自己的工作，这时外设和CPU是并行工作的，即外设
10、准备数据，CPU执行程序。当外设准备就绪，向CPU发出中断请求 一旦CPU响应请求，就暂停原程序的执行，而转去执行一段预先安排好的中断服务程序,（1）中断控制方式过程,在中断服务程序中，进行数据传输；此时CPU和外设是串行工作的 服务结束后，CPU又返回原来的断点，继续执行原来的程序,（2）中断传送方式进行数据输入时的基本电路,中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每一个指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 但是 每传送一次数据，就要中断一次 不适用大数据量传送 有关8086/8
11、088的中断系统,详见第7章,中断控制方式小结,4. 直接存储器存取（DMA）控制方式,用于高速的I/O及成组交换数据,希望克服程序控制传送的不足： 外设-CPU-存储器 外设存储器 外设-存储器 CPU释放总线，I/O操作完全由DMA控制器管理,DMA控制的基本原理,DMA控制的基本原理如下图所示。,DMA控制的基本原理,DMA的工作过程如下： 外围设备向DMA控制器发出DMA传送请求 DMA控制器向CPU发出的总线请求信号(HOLD ) CPU 执行完现行总线周期后，向DMA控制器发出响应信号（HLDA）,DMA控制原理的基本原理, CUP将CB、AB及DB让出，由DMA控制器进行控制 D
12、MA控制器向外围设备发出DMA请求信号的回答信号 进行DMA传送 DMA传送完毕， DMA控制器撤消对CPU的总线请求，总线控制权还给CPU，恢复正常运行,无条件传送：慢速外设需要与CPU保持同步 查询传送：简单实用，效率极低 中断传送：外设主动，可以与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送,小结,DMA控制器8237A及其应用 内容不要求。,作业,P164 6.3，6.4，看懂例6.1 6.3题程序段如下： LP1: IN AL,60H AND AL,80H JZ LP1 IN AL,61H,6.4题程序段如下：,LEA SI, BUFFER MOV CX,400H LP1: IN AL,86H TEST AL,80H JNZ LP1 MOV AL,SI OUT 85H,AL INC SI LOOP LP1 HLT,
