微机原理与接口技术(徐惠民)第7章课件

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1、微机原理与接口技术,第七章 微型计算机和外设间的数据传输,7.1概述,把外部设备同计算机连接起来实现数据传送的控制电路称为I/O接口电路，简称 I/O接口。,根据外部设备的多样性、复杂性，I/O接口电路应具有如下功能： （1）转换信息格式例如串/并、并/串转换等； （2）提供联络信号协调数据传送的状态信息，如设备“就绪”、“忙”、“选通”、“应答”，数据缓冲器“满”、“空”等； （3）协调定时差异为协调计算机与外设在“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； （4）进行译码选址一般微机系统中都具有多台外设，因此I/O接口必须提供设备地

2、址译码以及确定其端口的功能； （5）实现电平转换外部电路采用的电平多种多样，包括TTL, CMOS, RS-232等，接口电路必须提供计算机同外设间的电平转换和驱动功能； （6）具备时序控制有的接口电路具有自己的时序，以满足计算机和各种外设在时序方面的要求。,7.2 CPU和I/O设备间的信号,7.2.1CPU与I/O之间的接口信号 接口电路中的信息 1.数据信息 数据信息可以有各种形式： 数字量。大多数信息是数字信息，即二进 制信息或者代表字符的ASCII码 开关量。开关量实际是数字信息，但一般只占用一位二进制信息，以表示开关的打开或闭合。 模拟量。通过接口的模拟量，要变换为数字量，再加到计

3、算机。,CPU与I/O之间的接口信号,2.状态信息 状态信息主要是反映外设的工作状态 对于输入设备，可以表示它是否准备好数据，只有数据已准备好，才启动CPU一次读入操作。 对于输出设备，可以反映它是否已经把上一个数据处理完，只有上一个数据处理完，才可以启动CPU的下一次输出操作。 状态信息也可以是CPU传送给外部设备的，传送CPU的状态。 状态信息也称为握手信息。,CPU与I/O之间的接口信号,3.控制信息 控制信息一般是CPU通过接口电路传送给外部设备的，一般控制外部设备的动作。这三种信息，将都通过数据总线在CPU和接口之间传送。 从形式上看，三种信息并没有差别，都是二进制信息。如10000

4、000，既可以是数据信息，代表十进制数128，也可以是一种状态信息，或一种控制信息。,接口和端口 为了区分以上所述的三种信息，在接口部件中都包含一组寄存器，分别对应不同的外设地址，CPU和外设交换信息时，将三种不同的信息，送入不同的寄存器： 数据送入数据寄存器，状态信息就送入状态寄存器，等等。 这些寄存器就称为端口（PORT）。不同的端口有不同的地址，不同的端口存放不同的信息。,7.2.2 I/O端口及其寻址方式,1. 存储器映像的I/O寻址方式 存储器映像的I/O寻址方式 ，即I/O端口和存储器统一编址：即存储器和外设共同分享CPU的寻址空间。一般，存储器占用较多的寻址空间，而外设（I/O接

5、口）占用较少的寻址空间。 在这种情况下，CPU可以用对存储器的操作指令来对外设进行操作，两者对CPU来说，实际上是相同的。即不需要专用的对外设操作的指令。 外设和存储器的区别就在于地址。,2. I/O端口单独编址 这时，存储器和I/O接口，各自都有自己的地址范围，而且这些地址在数值上可以是重叠的。也就是不能用地址来区别存储器和外设。 此时，必须有专门的I/O操作指令。更实质地说，是需要有用于存储器寻址和外设寻址的不同控制信号。,7.3 CPU和外设之间的数据传送方式,7.3.1 无条件传送方式 无条件是指CPU不管外设的状态，在需要和外设交换信息的时候，就用输入或输出指令和外设交换信息。 在这

6、种方式下，CPU和外设之间只有数据信息的传送，没有状态信息的传送。 但无条件传送，不等于不需要接口电路，只是接口电路可以比较简单，因为只有数据的通道，一般就只有输出锁存器和输入缓冲器。,例7-1 如下图所示为采用无条件传送方式控制的电路，输入接口中自带有数据缓冲器，输出接口中自带有锁存器，控制开关K0K2打开则对应发光二极管Q0Q2亮，开关闭合则对应发光二极管不亮。编写这段控制程序。,解： DON：IN AL，IN_PORT ；读入B口开关状态 XOR AL，0FFH ；求反 OUT OUT_PORT，AL ；点亮对应发光二极管 JMP DON HLT,7.3.2 查询传送方式（异步传送方式）

7、,这种方式，CPU要遵循“先查询，后传送”的原则，保证只有在外设已经是在“准备好”状态，才开始传送数据。 查询式传送的一般流程： 先从状态口读入状态字； 如果状态是“准备好”，开始传送； 如果状态是“没有准备好”，则继续查询，直到“准备好”，开始传送。,1. 查询式输入 查询式输入的程序流程图：,例7-2 查询传送输入接口电路如下图所示：8位锁存器与8位三态缓冲器构成数据寄存器，该接口的输入端连接输入设备，输出端直接与系统的数据总线相连。状态寄存器由D触发器和1位三态缓冲器构成。输入设备可通过控制信号对该状态口进行控制，CPU可通过数据线D7访问该状态口。编写查询输入控制程序。,查询输入的部分

8、程序： MOVDX，STATUS_PORT；DX指向状态端口 START：INAL，DX；读状态端口信息 TESTAL，80H；测试状态标志位D7， JZSTART ；D7=0，外设未准备好，继续查询 MOVDX，DATA_PORT ；DX指向数据端口 IN AL, DX ；从数据端口输入数据 RET,解：当输入设备的数据已经就绪后，将数据送入8位锁存器，同时对D触发器触发，使状态信号标志位D7为1。当CPU要求外设输入信息时，先检查状态信息。若数据已经准备好，则输入相应数据，并使状态信息清0；否则，等待数据准备就绪。,输入输出传送方式,2.查询式输出 查询式输出流程图：,例7-3 下图所示接

9、口电路中：8位锁存器作为数据寄存器，其输入端与数据线相连，输出端连接输出设备。状态寄存器由D触发器和1位三态缓冲器构成，CPU则可利用数据线D0输入该状态口的信息。编写查询输出控制程序。,查询式输出的相应程序段为： MOVDX，STATUS_POR ；DX指向状态端口 START：INAL，DX ；读状态端口信息 TESTAL，01H ；测试状态标志位D7， JNZSTART ；D7=0，继续查询 MOVDX，DATA_PORT ；DX指向数据端口 MOVAL，BUF ；取数据 OUTDX，AL ；向外设输出数据 RET,解：当输出设备将数据输出后，会发出一个ACK信号，使D触发器翻转为0(B

10、USY信号由1变0会触发ACK翻转）。CPU查询到这个状态信息后，知道外设空闲，于是就执行输出指令，将新的输出数据送至8位锁存器。同时，将D触发器置为1，通知外设进行数据输出操作，同时，在输出设备尚未完成输出之前，一直维持D触发器输出为1，阻止CPU输出新的数据。,查询方式的优点：CPU和外设之间可以很好地配合工作 。 缺点：CPU要长期地查询外设的状态，查询实际上就是一种等待。CPU长期的等待会影响CPU的工作效率。,例7-4如下图所示，试编程实现将48000H为首地址的顺序100个单元的数据，利用查询方式输出到外设。,解:程序如下： START: MOV AX,4000H MOV DS,A

11、X MOV SI,8000H MOV CX,100 GOON: MOV DX,00F1H WAIT: IN AL,DX AND AL,01H JZ WAIT MOV AL,SI MOV DX,00F0H OUT DX,AL INC SI LOOP GOON RET,7.3.3中断传送方式,中断方式是由外设向CPU发出要求交换数据的请求，即中断请求。CPU收到中断请求后，中断当前的工作，为外设服务。服务结束（输入或输出）后，继续原来的工作。 中断方式不要求CPU等待或查询，可以大大地提高CPU工作效率。但接口电路比较复杂。,7.3.4 DMA方式,DMA方式，是由DMA控制器来控制数据从外设到存

12、储器的直接传送。CPU不参与DMA传送的控制。 中断方式仍然是指令控制下的传送，为了进一步提高传送速度，希望传送直接是在硬件控制下完成。 DMA方式是速度最快的外设和存储器交换信息的方式。,1. DMA传送的工作原理,2. DMA控制器的基本功能,（1）能接受外设的DMA请求信号DREQ，并能向外设发出DMA响应信号DACK； （2）能向CPU发出总线请求信号（HOLD），当CPU发出总线响应信号（HLDA）后能接管对总线的控制权，进入DMA方式； （3）能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针； （4）能向存储器和外设发出读/写控制信号； （5）能决定传送的字节数，并能判断DMA传送是否结

13、束； （6）能发出DMA结束信号，释放总线，让CPU重新获得总线控制权。,3. DMA操作方式,（1）单字节方式 在单字节操作方式下，DMA控制器操作每次只传送一个字节。即获得总线控制权后，每传送完一个字节的数据，便将总线控制权还给CPU，按这种工作方式，即使有一个数据块要传送，也只能传送完一个字节后，由DMA控制器重新向CPU申请总线。 （2）字组方式 字组操作方式也叫请求方式或查询方式。这种方式下一个DMA请求能够连续传送一批数据。在此期间，DMA控制器一直保持总线控制权。当DMA请求无效，数据传送结束，或检索到匹配字节，以及外加一个过程结束信号时，DMA控制器便释放总线控制权。 （3）连续方式 连续操作方式是指在数据块传送的整个过程中，不管DMA请求是否撤消，DMA控制器始终控制着总线。除非传送结束或检索到“匹配字节”，才把总线控制权交回CPU。在传送过程中，当DMA请求失效时，DMA控制器将等待它变为有效，却并不释放总线。,