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1、第6章 输入输出技术,主要内容：,I/O端口及其编址方式简单接口芯片及其应用基本输入输出方法中断的基本概念及工作过程几种常用的接口技术,（接口在微机中的地位及其类）,微型计算机的体系结构,6.1 输入输出接口概述,主要内容： I/O接口与I/O端口的概念 I/O端口的编址方式 端口地址译码 数据传送方式 简单接口芯片及其应用,一、I/O接口电路,I/O接口： 将外设与CPU总线相连接的一组逻辑电路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换，即CPU与外界交换信息的媒介和桥梁，或者称作中转站。 I/O端口： 接口中的寄存器,I/O接口要解决的问题,速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器
2、、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门),接口的功能,数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理,二、I/O端口的编址方式,数据端口 状态端口 控制端口,端 口,I/O端口,CPU,数据,状态,控制,外设,I/O端口的编址方式,统一编址 独立编址,端口与内存的统一编址,特点： 指令及控制信号统一 内存地址资源减少,内存 地址 960KB,I/O地址 64KB,00000H,F0000H,FFFFFH,端口的独立编址,特点： 内存地址资源充分利用 能够应用
3、于端口的指令较少,内存 地址,I/O 地址,00000H,FFFFFH,FFFFH,0000H,端口的独立编址,8 0 8 8 总 线,A19-A0,A15-A0,MEMR、MEMW,IOR、IOW 、AEN,存储器,输入/输出,8088/8086的I/O端口编址,采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(03FFH),三、I/O地址的译码,目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： I
4、OR，IOW，A15 A0 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效,I/O地址的译码,当接口只有一个端口时，地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。,例1：使用74LS20/30/32和74LS04设计I/O端口地址为2F8H的只读译码电路。分析：若要产生2F8H端口地址，则译码电路的输入地址线就应具有如下所示的 值。译码电路输入地址线的值,固定式是指接口中用到的端口地址不能改。,地址线 0 0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
5、二进制 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 十六进制 2 F 8,I/O端口地址译码电路设计1.固定式端口地址译码,74LS244,I/O地址的译码,某外设接口有4个端口，地址为2F0H2F3H，则其基地址为2F0H，由A15A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。连接,？,21,1。输入指令 ININ AL ， nIN AX ， nIN AL ， DXIN AX ， DX,1、两种指令均可传送一个字节或字，且只能通过AL 或者AX传送。 2、n和DX分别表示端口地址和端口地址寄存器,2。输出指令 OUTOUT N ， AL/AX； ？OUT DX ，AL/AX；,8
6、0X86的I/O指令,四、I/O数据的传送方式,并行 一个数据单位同时传送串行 数据按位传送,五、 简单接口电路,掌握： 接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用,2、接口的类型及特点,输入接口输出接口,接 口,接口特点,输入接口： 要求对数据具有控制能力（常用三态门实现） 输出接口： 要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）,3、三态门接口,高电平、低电平、高阻态,74LS244,含8个三态门的集成电路芯片 在外设具有数据保持能力时用来输入接口 74LS244应用例,三态门接口应用例,利用三态门作为输入接口（接口地址380H）接到地址范围为70000H-71FFFH的EEPROM芯片的
7、READY/BUSY端，当三态门输出高电平时，可向98C64A写入一个字节数据，输出低电平时则不能写入。画芯片与系统的连接图,三态门接口应用例,D0D7,A0,A12,WE,OE,READY/BUSY,A0,A12,MEMW,MEMR,高位地址信号,D0D7,D0,380H,CE,译码,IOR,4、锁存器接口,通常由D触发器构成； 特点：具有对数据的锁存能力；不具备对数据的控制能力,常用锁存器芯片,74LS273不具备数据的控制能力 74LS373具有对数据的控制能力,锁存器芯片74LS374,D0D7,Q0,Q7,. . .,OE,CP,译码器,D0D7,Q0,Q7,. . .,OE,CP,
8、译码器,做输出口:,做输入口:,外设,自外设,I/O接口综合应用例,根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址为F1H 当开关的状态分别为00001111时，在7段数码管上对应显示0F,O1 I1 O2 I2 O3 I3 O4 I4 E1,K0K3,+5V,GG2AG2B C B A,1,74LS244,D0 Q0| Q1 D7 Q2Q3Q4 CP Q5 Q6Q7,a b c d e f g DP,7406,反相器,74LS273,Rx8,1,74LS138,D0D7,IOW#,IOR#,Y0,Y1,F0H = 0000 0000 1111 0000 F
9、1H = 0000 0000 1111 0001,&,1,A7A4,A15A8,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,D3,译码器,五、 基本输入/输出方法,无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取(DMA),1、无条件传送,适用于总是处于准备好状态的外设 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄,无条件传送例,读取开关的状态； 当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮,D,CP,Q,D0,D1,输出口地址38F3H,输入口地址38F0H,+5V,1,2、查询工作方式,适用场合： 外设并不总是准备好 对传送速率和效率要求不高 对外设及接口的要求： 外设应提供设
10、备状态信息 接口应具备状态端口,查询工作方式,优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性 差，速度较慢,单一外设时的工作流程,超时?,READY?,与外设进 行数据交换,超时错,读入并测试外设状态,Y,N,Y,N,传送完？,防止死循环,复位计时器,N,Y,查询工作方式例,外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并将DATA下100B数输出,D5,D7-D0,A9 | A3,1,&,A15 | A10,1,IOW,D7-D0,3F8H,外
11、设,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,BUSY,CP,Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0,状态端口,GG2A G2BC B A,A2 A1 A0,74LS138,Y0,1,IOR,Y3,OE,74LS374,3FBH,程序段？,3、中断控制方式,特点： 外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序 优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 缺点：程序编制较为复杂。,以上三种I/O方式的共性,均需CPU作为中介： 软件： 外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）； 硬件： I/O接口和存储器
12、的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的。缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/秒）,4、DMA 控制方式,特点： 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。,“DMA传送方式“基本概念”直接存储器存取”传送方式,即 CPU暂时让出总线控制权，由DMAC全权控制 M与I/O 之间直接进行数据的传送,DMA控制方式,DMAC,外设 接口,CPU,QRD,MEM,DACK,HOLD,HLDA,BUS,控制信号,DMA控制方式的工作过程,外设向
13、DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HRQ； CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA信号，对HRQ信号进行响应； DMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK,I/O,CPU,DMAC,请求HRQ,请求DRQ,回答HLDA,回答DACK,6.4 中断技术,掌握： 中断的基本概念 中断响应的一般过程 中断向量表及其初始化 8088/8086中断系统,一、中断的基本概念,中断： CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务
14、程序(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。,二、中断的基本过程,分为四个阶段中断请求 中断响应 中断服务 中断返回,54,外部中断响应的一般过程,中断请求 中断判优及中断源识别 中断响应 中断处理（服务） 中断返回,中断源,引起CPU中断的事件，发出中断请求的来源,内部中断,外部中断,异常中断,软件中断,可屏蔽中断,非屏蔽中断,异常事件引起,中断指令引起,INTR中断,NMI中断,引入中断的原因,提高数据传输率； 避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了CPU的利用率。 实现对特殊事件的实时响应。,中断请求,中断请求信号应保持到中断被处理为止； CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。,NMI INTR,中断源识别,软件查询法 中断矢量法。由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定中断源。,
