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1、第六章 接口,微机原理 第六章 接口(2),教学重点,I/O接口电路的典型结构 输入输出的控制方式 DMA控制器8237A及应用,微机原理 第六章 接口(3),I/O接口概述,为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样，其工作原理、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,微机原理 第六章 接口(4),I/O接口概述（续1）,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,微机原理 第六章 接口(5),I/O接口的主要功能, 对输入输出
2、数据进行缓冲和锁存 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络,微机原理 第六章 接口(6),I/O接口的典型结构,微机原理 第六章 接口(7),接口电路的内部结构,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 保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 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,微机原理 第六章 接口(8),接口电路的外部特性,主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号： 用于与CPU连接 主要是数据、地址和
3、控制信号 面向外设一侧的信号： 用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大,微机原理 第六章 接口(9),接口电路芯片的分类,接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）： 通用接口芯片 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片 面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口面向微机系统的专用接口芯片 与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能,微机原理 第六章 接口(10),接口电路的可编程性,许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种 接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件 接口软件有两类： 初始化程序段设定芯片
4、工作方式等 数据交换程序段管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换,微机原理 第六章 接口(11),I/O端口的编址,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,微机原理 第六章 接口(12),I/O端口单独编址,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,微机原理 第六章 接口(13),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
5、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）,微机原理 第六章 接口(14),8088/8086的输入输出指令,输入指令(演示) IN AL,PORT ;字节输入，直接寻址 IN AL,DX ;字节输入，间接寻址 IN AX,PORT ;字输入，直接寻址 IN AX,DX ;字输入，间接寻址输出指令(演示) OUT PORT,AL ;字节输出，直接寻址 OUT DX,AL ;字节输出，间接寻址 OUT PORT,AX ;字输出，直接寻址 OUT DX,AX ;字输出，间接寻址,微机原理 第六章 接口(15),8088/8086的I/O端
6、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,微机原理 第六章 接口(16),I/O寻址方式,8088/8086的端口有64K个，无需分段，设计有两种寻址方式 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,微机原理 第六章 接口(17),数据交换方式,如果输入输
7、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,微机原理 第六章 接口(18),IN指令（从20H端口输入一个字）,字输入，直接寻址in ax,20h字输入，间接寻址mov dx,20hin ax,dx,字节输入，直接寻址in al,21hmov ah,alin al,20h 字节输入，间接寻址mov dx,21hin al,dxmov ah,aldec dxin al,dx,
8、微机原理 第六章 接口(19),OUT指令（向300H端口输出一个字节）,唯一的方法：间接寻址，字节量输出mov al,bvar ；bvar是字节变量mov dx,300hout dx,al,微机原理 第六章 接口(20),I/O地址的译码,I/O地址的译码方法与存储器地址的译码方法一样，但有它的特点： 常采用部分译码方式。可以是中间地址线不连接、也有最低地址线不连接的情况 为了给系统一定的选择余地，有些接口电路利用比较器、开关或跨接器等进行多组I/O地址的译码 除采用译码器、门电路进行译码外，I/O地址译码还经常采用可编程逻辑器件PLD,微机原理 第六章 接口(21),IBM PC/XT主机
9、板的I/O译码电路,微机原理 第六章 接口(22),逻辑门电路进行I/O地址译码,微机原理 第六章 接口(23),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,微机原理 第六章 接口(24),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
10、传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送（演示） 适合：简单设备，如LED数码管、按键或按纽等 优点：无条件传送的接口和操作均十分简单 前提：外设必须随时就绪,微机原理 第六章 接口(25),无条件传送：输入示例,MOV DX, 160H IN AL, DX,微机原理 第六章 接口(26),无条件传送：输入实例,MOV DX, 160H IN AL, DX,微机原理 第六章 接口(27),无条件传送：输出示例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,微机原理 第六章 接口(28),无条件传送：输出实例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT
11、DX, AL,微机原理 第六章 接口(29),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,微机原理 第六章 接口(30),查询传送方式及其接口,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,微机原理 第六章 接口(
12、31),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 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,微机原理 第六章 接口(32),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 ;从数据端口输入数据,微机原理 第六章 接口(33),查询输出接口,mov dx,8000h ;D
13、X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,微机原理 第六章 接口(34),查询方式的EEPROM编程,next: mov al,55h ;写入内容55Hmov bx,al ;写入存储单元nop ;空操作指令，起延时作用nop next1: in al,dx ;查询状态口test al,01h ;测试D0jz next1 ;D00，芯片还在写入inc
14、 bx ;D01，写毕，指针移动loop next ;循环至全部字节写完,微机原理 第六章 接口(35),中断传送方式,CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序,流程,微机原理 第六章 接口(36),DMA传送方式,希望克服程序控制传送的不足： 外设CPU存储器 外设CPU存储器 直接存储器存取DMA： 外设存储器 外设存储器 CPU释放总线，由DMA控制器管理,微机原理 第六章 接口(37),DMA传送的工作过程, CPU对DMA控制器进行初始化设置 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：C
15、PU将总线交给DMAC控制 DMA传送 DMA读存储器：存储器 外设 DMA写存储器：存储器 外设 自动增减地址和计数，判断传送完成否,微机原理 第六章 接口(38),DMA传送流程,流程,微机原理 第六章 接口(39),传送方式的比较,无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步 查询传送： 简单实用，效率较低 中断传送：外设主动，可与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,本章学习到此结束，谢谢！,微机原理 第六章 接口(41),多种多样的外设,工作原理不同 机械、电子、机电、电磁 传送信息类型多样 数字量、
16、模拟量、开关量 传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码,返回,微机原理 第六章 接口(42),输出接口的锁存环节,返回,微机原理 第六章 接口(43),输出接口的锁存、缓冲环节,返回,微机原理 第六章 接口(44),输入接口的缓冲环节,返回,微机原理 第六章 接口(45),输入接口的锁存、缓冲环节,返回,微机原理 第六章 接口(46),端口（PORT）,端口泛指I/O地址，通常对应寄存器 一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口用来保存和交换不同的信息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息 输入、输出端口可以是同一个I/O地址,一定要理解,返回,微机原理 第六章 接口(47),
