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1、第 5 章,微型机和外设的 数据传输,第5章 微型计算机和外设的数据传输,教学重点I/O接口电路的典型结构无条件传送方式查询传送方式中断工作过程,存储器都是用来保存信息的，功能单一，传送方式单一（一次必定是传送1个字节或者1个字），品种很有限(只有只读类型和可读/可写类型)，存取速度基本上和CPU的工作速度匹配。 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 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路，通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。 注：接口电路完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能,
2、多种外设,5.1 为什么要用接口电路,5.2 接口电路的概述,什么是接口技术？,连接计算机系统中的各种功能部件，构成一个完整的、实用的计算机系统，这是接口技术的广义定义。依次定义，实现处理器到系统总线连接的总线驱动器、数据收发器、时钟电路等称为处理器接口。此外，还有RAM接口、ROM接口、外部设备接口等等。更为流行的观点认为接口技术是把由处理器、RAM、ROM等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外部世界通讯的一门 技术，即仅指I/O设备接口技术。,什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I
3、/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路,5.2 接口电路的概述（续）,什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备,5.2 接口电路的概述（续）,5.2 接口功能, 寻址能力：对送来的片选信号进行识别。 输入/输出功能：根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。 数据转换功能：并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换。 联络功能：就绪信号，忙信号等。 中断管理：发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理功能。 复位：接收复位
4、信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。 可编程：用软件来决定其工作方式，用软件来设置有关的控制信号。 错误检测：一类是传输错误。另一类是覆盖错误。 注：一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。,5.3 I/O接口与系统的连接,(1) 数据信息 CPU和外设交换的基本信息，包括三种形式：数字量、模拟量 、开关量。 (2) 状态信息 是外设通过接口往CPU传送的,反映了当前外设的工作状态。如：“准备好”(READY)信号、“忙”（BUSY）信号 (3) 控制信息 是CPU通过接口传送给外设的相关控制信息。 如：外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息。,1CPU与I/O设备之间的信
5、号（三类）,5.3 I/O接口与系统的连接（续）,数据端口、控制端口、状态端口 CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端口地址。用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的，这些端口叫数据端口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状态端口。用来存放CPU发出的命令，以便控制接口和设备的动作，这类端口叫控制端口。如下图,2接口部件的I/O端口,注： 输入还是输出，所用到的地址总是对端口而言的，不是对接口部件而言的。 为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址。同样，状态端口和控
6、制端口也常用同一个端口地址。 CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。,2接口部件的I/O端口(续）,第5章： I/O接口的典型结构,1. 接口电路的内部结构 2. 接口电路的外部特性 3. 接口电路芯片的分类 4. 接口电路的可编程性,CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器 输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令,2接口部件的I/O端口(续）,3接口与系统的连接,接口电路位于CPU与外设之间，从结
7、构上看，可以把一个接口分为两个部分。 用来和I/O设备相连； 用来和系统总线相连，这部分接口电路结构类似，连在同一总线上。 下图是一个典型的I/O接口和外部电路的连接图：,3接口与系统的连接（续）,联络信号：读/写信号，以便决定数据传输方向。 地址译码器，片选信号：地址译码器除了接收地址信号外，还用来区分I/0地址空间和内存地址空间的信号(M/ I0)用于译码过程。,注： 一个接口通常有若干个寄存器可读/写， 一般用1-2位低位地址结合读/写信号来实现对接口内部寄存器的寻址。,4输入输出的寻址方式,接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如
8、8086/8088 I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800,I/O端口与存储器统一编址,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端口要占去部分存储器地址空间 程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）,优点： I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富,80x86采用I/O端口独立编址,I/O端口单独编址,8088/8086的输入输出指令,输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX） IN AL,i8 ;字节输入 IN AL,DX ;字节输
9、入 IN AX,i8 ;字输入 IN AX,DX ;字输入 输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设） OUT i8,AL ;字节输出 OUT DX,AL ;字节输出 OUT i8,AX ;字输出 OUT DX,AX ;字输出,演示,演示,8088/8086的I/O端口,8088只能通过输入输出指令与外设进行数据交换；呈现给程序员的外设是端口（Port），即I/O地址 8086用于寻址外设端口的地址线为16条，端口最多为21665536（64K）个，端口号为0000H FFFFH 每个端口用于传送一个字节的外设数据,I/O寻址方式,8088/8086的端口有64K个，无需分段，设
10、计有两种寻址方式 直接寻址：只用于寻址00H FFH前256个端口，操作数i8表示端口号 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口，DX寄存器的值就是端口号 对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式,数据交换方式,如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别送AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口,5.4 CPU和外设之间的数据传送方式,程序控制下的数据传送通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为：无
11、条件传送、查询传送、中断传送 直接存储器存取（DMA）传送请求由外设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送 I/O处理机CPU委托专门的I/O处理机来管理外设，完成传送和相应的数据处理,第5章：1. 无条件传送方式及其接口,在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送 适合于简单设备，如LED数码管、按键或按纽等 无条件传送的接口和操作均十分简单 这种传送有前提：外设必须随时就绪,流程,第5章：无条件传送：输入示例,MOV DX, 160
12、H IN AL, DX,第5章：无条件传送：输入实例,MOV DX, 160H IN AL, DX,第5章：无条件传送：输出示例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,第5章：无条件传送：输出实例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,第5章：无条件传送：输入输出接口,next: mov dx,8000h ；DX指向数据端口in al,dx ；从输入端口读开关状态not al ；反相out dx,al ；送输出端口显示call delay ；调子程序延时jmp next ；重复,又称查询方式，即通过程序查询相应设备的状态，若状态不
13、符合，则CPU不能进行输入/输出操作，需要等待；只有当状态信号符合要求时，CPU才能进行相应的输入/输出操作。,第5章：2. 条件传送方式,一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输入设备来说，它能够提供“准备好”（“READY”）信号，“READY” 1 表示输入数据已准备好。输出设备则提供“忙”(“BUSY”)信号，“BUSY”1表示当前时刻不能接收CPU来的数据，只有当“BUSY”0时，才表明它可以接受来自于CPU的输出数据。,第5章：2. 条件传送方式（续）,CPU需要先了解（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）实现数据输入或输出 对多个外设的情况，则CPU
14、按一定顺序依次查询（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，但传送效率低,就绪？,第5章：条件传送的两个环节, 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 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，通过输出指令向数据端口输出数据,流程,第5章：查询输入接口,mov dx,8000h ；DX指向状态端口 status: in al,dx ；读状态端口test al,01h ；测试标志位D0jz status ；D00，未就绪，继续查询inc dx ；D01，就绪，DX指向数据端口in al,dx ；
15、从数据端口输入数据,第5章： 查询输出接口,mov dx,8000h ；DX指向状态端口 status: in al,dx ；读取状态端口的状态数据test al,80h ；测试标志位D7jnz status ；D71，未就绪，继续查询inc dx ；D70，就绪，DX指向数据端口mov al,buf ；变量buf送ALout dx,al ；将数据输出给数据端口,第5章： 条件传送举例,例1. 假定接口的数据输入端口地址为0052H，数据输出端口地址为0054H，状态端口地址为0056H，并且设定如果状态寄存器中第1位为1，则表示输入缓冲器中已经有1个字节准备好，可以进行输入。此外，还设定如果
16、状态寄存器的第0位为1，则表示输出缓冲器已经腾空，因而CPU可以往终端输出数据。,程序：,DATA_SEG SEGMENT MESSAGE DB BUFFER OVERFLOW,0DH,0AH DATA_SEG ENDS COM_SEG SEGMENT BUFFER DB 82 DUP(?) COUNT DB ? COM_SEG ENDS CODE SEGMENT ASSEME DS:DATA_SEG, ES:COM_SEG, CS:CODE STAT: MOV AX,DATA_SEGMOV DS,AXMOV AX, COM_SEG,程序（续）：,MOV ES,AX MOV DI, OFFEST BUFFERMOV COUNT, DIMOV CX, 81CLD NEXT_IN: IN AL, 56HTEST AL, 02HJZ NEXT_ININ AL, 52HOR AL, 0JPE NO_ERRORJMP ERROR NO_ERROR: AND AL, 7FH STOSB,
