微型计算机的输入输出-2

《微型计算机的输入输出-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机的输入输出-2（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,1,第6章 微型计算机的基本输入输出,机械系统计算机控制 2008 机电学院,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,2,6.1 CPU与外设通信的特点,需要接口作为CPU与外设通信的桥梁； 需要有数据传送前的“联络”； 需要传递的信息有：状态、数据及控制信息。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,3,6.1 CPU与外设通信的特点,I/O接口 接口的定义:是完成数据、地址和控制三总线转换和连接的一组电路,CPU,数据总线DB,地址总线AB,控制总线CB,存储器 RAM ROM,I/O芯片 8259 8253 82

2、55 8251,I/O设备 显示器 打印机 键盘 鼠标,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,4,6.3 CPU与外设通信的接口,接口电路基本结构 数据口（输入/输出）：双向；数据寄存器 状态口：只能由CPU读入。状态寄存器 控制口：只能由CPU写出。控制寄存器 每个口由译码电路分配一个唯一的地址。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,5,6.1 CPU与外设通信的特点,6.1.1接口的用途,1.进行地址译码或设备选择； 2.状态信息应答，以协调数据传送之前的准备工作； 3.进行中断管理，提供中断信号； 4.进行数据格式转换； 5.进行电平转换； 6.协调速度；

3、7.时序控制。 8.对数据传送的控制，具体为：锁存，隔离，驱动，变换，连络，定时等作用。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,6,6.1 CPU与外设通信的特点,6.1.2 I/O端口的寻址方式,1.存储器映像寻址（统一编址） 2.I/O映像编址（独立编址）,此时，由于系统所需的I/O远少于存储单元，一般只设置2561024，因此只需要810根地址线即可。,CPU与外部设备通信，需要区分系统中的不同外设，就必须为每个外设分配必要的地址，为了与存储单元地址相区别，这样的地址称为端口地址。一个外设可以有多个端口地址。端口地址的形成，类似存储器地址的形成。,2019年1月14日星期一

4、,机械系统计算机控制课件,7,6.1 CPU与外设通信的特点,6.1.3 I/O端口地址形成,I/O映像编址（独立编址空间）的优缺点：,优点：不占用存储器地址空间；地址线数较少，地址译码较简单，寻址速度快；使用专用指令，程序可读性增强。 缺点：专用指令少；寻址方式单一，只能在AX与I/O之间交换信息，使程序设计灵活性差；要求处理器 专门的引脚，增加了控制逻辑的复杂性，也造成了CPU引脚数的增加。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,8,6.1 CPU与外设通信的特点,6.1.3 I/O端口地址形成,1.存储器映像寻址（统一编址） 2.I/O映像编址（独立编址空间）,2019年1

5、月14日星期一,机械系统计算机控制课件,9,6.2 输入输出方式,6.2.1程序控制传输方式,包括：程序控制方式和DMA方式。,包括：同步传输方式、异步查询方式和中断方式。,1.同步传输方式（无条件传输方式）,简单外设作为输入设备时，输入数据时间相对于CPU的处理时间长很多，可直接使用三态（1、0、高阻态）缓冲器和数据总线相连。外设的数据是已经准备好了的。 当简单外设作为输出设备时，一般需要锁存器，使CPU输出的数据能够保持一段时间直到数据被取走。显然也要求CPU在输出数据时要确认输出锁存器是空的。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,10,6.2 输入输出方式,6.2.1程序

6、控制传输方式,2.异步查询方式（条件传输方式）,也称为程序查询方式。 CPU通过程序不断地读取并测试外设的状态，如果外设处于准备好状态（输入设备）或空闲状态（输出设备），则CPU执行输入或输出指令，否则CPU处于循环查询状态。为此，接口电路除了有数据端口外，还要有状态端口。 还需要通过软件或硬件进行优先级排序。 为了防止死循环，应该在查询流程中设置一个等待超时值。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,11,6.2 输入输出方式,当系统中有多个外设时，CPU要对所有外设进行巡回查询。查询方法： （1）每个设备对应一个状态端口； （2）一个状态端口中顺序存放所有的设备状态信息； （

7、3）在上述端口前增设一个优先级编码器。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,12,6.2 输入输出方式,6.2.1程序控制传输方式,3.中断方式,这种方式下CPU与外设处于并行工作状态，CPU不必花费大量的时间去查询外设的工作状态，大大地提高了CPU的利用率。但当大量地与外设交换数据时，有可能降低系统的运行性能。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,13,6.2 输入输出方式,6.2.2直接存储器存取方式（DMA）,DMA是直接存储器存取（Direct Memory Access）的简称。可以满足高速I/O设备与RAM进行批量传送数据的需要。 其特点是通过一个专

8、用的DMA控制器，直接控制I/O设备与RAM的数据传输，而无需CPU介入。即用硬件替代软件实现数据传输。 在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线，因此存在一个总线控制权转移的问题。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,14,6.3 CPU与外设通信的接口,在实际应用中可分为：专用接口和通用接口，或可编程接口和不可编程接口，或并行接口和串行接口。 状态信息和控制信息也是通过数据总线传递的，由于它们的性质不同于数据信息，故在传送时赋予不同的端口。 因此一个外设往往占有几个端口，如数据端口、状态端口、控制端口等。这样一来，CPU对外设的控制或CPU与外设间的信息交换，实际上

9、就转换成CPU通过I/O指令读写断口的数据而已。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,15,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口,又称为无条件传输方式，主要应用于外设的时序和控制完全处于CPU控制之下的场合。这类设备必须在CPU限定的时间内准备就绪，并且完成数据的发送和接收。,实际上在无条件传输方式下，外设总是处于“等待”状态，只要简单地将I/O指令放在程序中需要的位置既可。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,16,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 1.同步输入方式,1）同步输入过程 提供端口地址，以便C

10、PU从指定的外设中取入数据； 执行IN指令或存储器读指令； 地址译码器输出，同时产生M/IO#和RD#控制信号； 数据从端口中输入至CPU寄存器。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,17,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 1.同步输入方式,2）同步输入硬件接口电路 为了防止CPU在取外设数据时，数据发生变化，往往采用缓冲器或锁存器把外设数据保护起来。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,18,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 1.同步输入方式,3）缓冲器74LS244,74LS244是一种具有三态输出

11、的8位缓冲器。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,19,6.3 CPU与外设通信的接口,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,20,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 2.同步输出方式,1）同步输出过程 提供端口地址，以便CPU将数据送到指定的外设； 执行OUT指令或存储器写指令； 地址译码器输出，同时产生M/IO#和WR#控制信号； CPU将数据输出到端口。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,21,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 .同步输出方式,2）同步输出硬件接口电路 为了CPU数

12、据准确传输到目的外设，除了提供正确的端口地址外，还需将数据锁存或功放后，再提供给外设。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,22,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.1 同步传输方式与接口 .同步输出方式,3）8位D锁存器74LS273,74LS273是8位D锁存器。只有当CP#端为低电平时， D0D7输入端上的信号才会被锁存，并在Q0Q7上输出；当CP#端为高电平时，原被锁存的信号不会因为D0D7上信号的变化而变化。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,23,6.3 CPU与外设通信的接口,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,24,6.3

13、CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,在大多数情况下，外设不会处于CPU的控制之下，常常是CPU和外设的工作不同步。,简单的方法是采取异步查询方式，CPU和外设之间通过“握手”信号进行交流，以确保数据传输的准确性。,CPU检测外设的状态端口，当状态满足条件时，CPU与外设交换数据；否则，CPU不断地检测外设的状态端口。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,25,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,1.异步查询输入方式与接口,当CPU从慢速的设备取数据时，需要查询设备是否已经准备好。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件

14、,26,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,1.异步查询输入方式与接口,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,27,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,1.异步查询输入方式与接口,SPORT EQU 300H ；状态端口 DPORT EQU 310H ；数据端口 TEST1: MOV DX, SPORT IN AL, DX ；读取状态信息 TEST AL, 01 ；检查D0位 JZ TEST1 ；为0，表示无数据输入 MOV DX, DPORT ；为1，读入数据 IN AL, DX ,2019年1月14日星期一,机械系统计算

15、机控制课件,28,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,2.异步查询输出方式与接口,当CPU向慢速的设备发送数据时，需要查询设备是否已经准备好。,若外设没有取走前一个数据，CPU就不能立即输出下一个数据。,外设取走一个数据，就会发出一个状态信息。,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,29,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,2.异步查询输出方式与接口,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,30,6.3 CPU与外设通信的接口,6.3.2 异步查询方式与接口,2.异步查询输出方式与接口,SPORT EQU 300

16、H ；状态端口 DPORT EQU 310H ；数据端口 TEST2: MOV DX, SPORT IN AL, DX ；读取状态信息 TEST AL, 01 ；检查D0位 JNZ TEST2 ；为1，表示数据未被取走 MOV DX, DPORT ；为0，表示数据已被取走 MOV AL, BX ；从数据区调来待输出的数据 OUT DX, AL ；输出数据 ,2019年1月14日星期一,机械系统计算机控制课件,31,6.4 8086CPU的输入输出,6.4.1 8086CPU的I/O指令,1.直接寻址I/O指令（8位端口地址）：,IN AL, n （字节输入） IN AX, n （字输入） OUT n, AL （字节输出） OUT n, AX （字输出）,2.DX寄存器间接寻址I/O指令（16位端口地址）：,MO