《微型计算机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 林志贵 第7章 输入输出接口》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 林志贵 第7章 输入输出接口（54页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 7 章 输入/输出接口,本章主要内容,7.1 概述 7.2 可编程DMA控制器8237A,（1）开关量：可以用两个最基本的逻辑符合“0”和“1”表示。可用一位二进制数就可表示。,7.1.1 I/O接口的信号,7.1 概述,（2）数字量 ：二进制形式的数据或是已经过编码的二进制形式的数据（字节、ASCII码等）。最小单位为“位”（bit），8位称为一个字节（BYTE）。,（3）脉冲量 ：脉冲信号是以脉冲形式表示的一种信号。如由“0”变到“1”，称为信号发生正跳变（或信号的上升沿）。,（4）模拟量 ：用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量（电压、电流、压力、温度和流量等）。模拟量信号不能直接
2、输入微机，必须经过模拟/数字转换器（A/D），把模拟量转换成数字量，才能输入微机。,1. I/O接口的功能,7.1.2 I/O接口,7.1 概述,(1) 信号的形式变换 接口可将I/O设备非数字信号变换成微机中统一的二进制数字信号。,(2) 电平转换和放大 微机内部使用TTL电平，只有05V的变化范围。而I/O设备的信号电平可能不一样，则需要进行电平转换。 例如异步串行通信设备采用的RS232C电平是15V+15V的范围。,(3) 锁存及缓冲 I/O接口输出时需要锁存，输入时需要缓冲。,7.1.2 I/O接口,(4) I/O定向 微机每一次I/O传送都用地址指明具体的设备，接口电路利用地址进行
3、译码，从众多设备中选出I/O对象。,(5) 并行及串行I/O的转换 如果接口和I/O设备之间也以并行方式传送，则称为并行I/O。并行I/O接口和I/O设备之间的通道是8位或更宽。因此，并行I/O接口的硬件开销大，但传送速度高，适用于较近距离。 微机通过串行接口和I/O设备实现信息的传递，称为串行I/O。显然串行设备之间只需单个通道即可实现传输，因此硬件开销小，但是由于信号的各位分先后传送，速度较低。,2. I/O接口传送的信息分类,7.1.2 I/O接口,(1) 数据信息 I/O接口传递的内容以数字信号形式表示的数值或字符，称为数据信息。,(2) 状态信息 微机在于I/O设备进行数据传送时，往
4、往需要了解I/O设备的状态。对于每一种二值状态都可以用一位二进制数表示。,(3) 控制信息 控制信息是在输出时微机发送给I/O设备的命令。,(1) 端口 是构成I/O接口的基本单元，端口有自己的地址（称为端口地址），CPU用地址对每个端口进行读写操作。 端口有宽度，一般以字节为单位，也可以用两个地址相邻的8位端口构成一个16位宽度的端口，其中较低的一个地址可作为16位端口的共同地址在16位I/O指令中使用。 16位I/O指令的执行，仍可理解为两个8位的操作来理解，较低地址端口存放较低字节内容、较高地址端口存放较高字节内容。 对于I/O驱动程序而言，CPU执行I/O指令仅仅作用于端口而已。,7.
5、1.2 I/O接口,3. I/O接口的构成,(2) 端口的分类 端口根据传递的信息内容，可分为数据端口、状态端口及控制端口。,7.1.2 I/O接口,数据端口是CPU与I/O设备传送数据信息的中转站。 从CPU输出的数据到数据端口锁存，I/O设备再从数据端口获得数据；输入时，I/O设备先将数据送入数据端口， CPU读该数据端口时，三态门打开，接收I/O设备的数据。 数据端口可能单向输出、单向输入或是双向的。双向数据端口往往同时具有锁存及三态缓冲功能。,状态端口：CPU通过读状态端口了解I/O设备的工作状态，这些状态决定是否进行数据传送。 状态端口是只读端口，一般包含三态缓冲器。,控制端口：对I
6、/O设备的控制命令通过写控制端口发出，写到控制端口一个字节中的每一位都可以表示一个开关控制信号。,7.1.2 I/O接口,执行输入指令时，无论对数据端口还是状态端口，读入的内容都送到数据总线DB上，进而到达CPU；执行输出指令时，无论是对数据端口还是控制端口，写出的内容也都经过数据总线DB输出。,4. I/O接口的分类,不可编程接口：通常用三态门缓冲器（如：74LS244/5）做输入接口，用锁存器（74LS273和74LS373）做输出接口。,可编程接口：是指接口的功能和工作方式由程序设定。如：8255A、8155A、8253A、8237A、INS8250和8251等,7.1.2 I/O接口,
7、I/O接口与I/O端口之间的关系：,I/O端口（I/O口）：是指I/O接口中带有端口地址的寄存器或缓冲器,I/O接口：是指CPU和外设间的I/O接口芯片,二者之间关系： CPU通过端口地址对端口中信息进行读写，但不能直接通过接口读写信息，需要借助于接口中的端口地址 一个外设通常需要一个I/O接口，但一个I/O接口可以有多个I/O端口,7.1.3 I/O编址,7.1 概述,I/O编址实际上是给所有I/O接口中的端口编址，以便CPU通过端口地址和外设交换信息,是指外设端口地址和存储单元地址分别编址，互为独立,1. I/O端口的单独编址,7.1.3 I/O编址,如：,存储器地址范围：00000H F
8、FFFFH I/O端口地址范围：0000H FFFFH,7.1.3 I/O编址,注意：区分16位地址总线上地址究竟是送给存储器还是外设端口，依据是I/O指令产生的M/IO信号,特点： 外设端口单独编址不占用存储器地址 需要CPU指令集中有专用的I/O指令 需要增加相应的控制线,2. 外设端口和存储器统一编址,是把外设端口当作存储器单元对待，也就是让外设端口地址占用部分存储器单元地址,7.1.3 I/O编址,如：,存储器地址范围：0000H 1FFFH I/O端口地址范围：2000H 3FFFH,7.1.3 I/O编址,特点： 不需要专门访问I/O端口的指令，大大增强了CPU对外设端口信息的处理
9、能力 外设端口地址安排灵活，数量不受限制 外设端口占用了部分存储器地址，译码电路较复杂,7.1.4 I/O接口的控制方式,7.1 概述,1. 程序控制方式,7.1.4 I/O接口的控制方式,是指在程序控制下进行信息传送。 分为无条件传送方式和有条件传送方式。,（1）无条件传送方式 当外设已准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输，称为无条件传送。,优点：使用I/O指令便可实现输入/输出操作，使得程序简单，节省硬件和软件,缺点：必须已知且确信外设已准备好的情况下才能使用，否则就会出错,7.1.4 I/O接口的控制方式,如：IN AL, PORT PORT为三态缓冲器（74LS244）的端口
10、地址,（2）有条件传送方式 CPU通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，如果输入外部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲状态时，则CPU执行传送信息指令。 条件传送方式是CPU在不断调查外部设备的当前状态后才进行信息传送，所以也称为“查询式传送”。,7.1.4 I/O接口的控制方式,优点：通用性好，硬件接线和查询程序十分简单,缺点：CPU利用率极低,图7-2 查询式输入接口电路,7.1.4 I/O接口的控制方式,图7-3 查询式输出接口电路,7.1.4 I/O接口的控制方式,2. 中断控制方式,7.1.4 I/O接口的控制方式,一般用于低速外部设备与CPU之间的信息交换。 当外部设备需要
11、与CPU进行数据交换时，由接口部件的CPU发出一个中断请求信号，CPU响应这一中断请求，便可在中断服务程序中完成一个字节或一个字的信息交换。,优点：大大提高CPU的工作效率,3. DMA控制方式,是一种块传送数据的方式。 当某一外部设备需要输入/输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，向CPU发出总线请求； 若CPU响应DMA的请求，CPU把总线使用权赋给DMA控制器，数据传送不通过CPU，可直接在DMA控制器操纵下进行。 当这批数据传送完毕后，DMA控制器再向CPU发出“结束中断请求”，CPU响应这一中断请求，即可收回总线使用权。,7.1.4 I/O接口的控制方
12、式,Intel公司生产与86系列配套的输入/输出处理机（IOP）8089。系统中设置了IOP后，86系列CPU必须工作在最大工作模式。 当CPU需要进行输入或输出操作时，只需在存储器中建立一个规定格式的信息块，设置好需要执行的操作和有关参数，然后把这些参数送入8089，IOP即会执行输入/输出操作。,7.1.4 I/O接口的控制方式,4. 输入/输出处理机方式,DMA是指外部设备直接与微机中的存储器进行传送的I/O方式。 DMA方式下传送数据不需要CPU执行指令，也不需要经过CPU内部的寄存器，而是利用系统的数据总线，由DMA控制器直接在外设与存储器之间进行读/写操作，可以实现高速传输，因而被
13、广泛用于高速I/O设备接口。,7.2.1 DMA控制器的基本功能,7.2 可编程DMA控制器8237A,可编程的DMA控制器应具有以下功能： （1）可编程设定DMA的传输模式、所访问的内存地址及其字节数。 （2）对I/O设备的DMA请求可编程地进行屏蔽或允许，当有多个I/O设备同时请求时，还要进行优先级排队。 （3）向CPU转达DMA请求，提出总线请求信号。 （4）接收CPU的总线响应信号，并接管总线控制权。 （5）向被响应的I/O设备转达DMA允许信号，接着在DMA控制器的管理下，实现该I/O设备和由地址指定的存储器之间的数据直接传送。 （6）在传送过程中进行存储器的地址修改和字节计数。,7
14、.2.1 DMA控制器的基本功能,1. 主要功能,7.2.2 8237A的内部结构,7.2 可编程DMA控制器8237A,（1）8237A中有4个独立的DMA通道，但需要与一片8位地址锁存器（如8282）配合使用。 （2）每一个通道的DMA请求都可以分别被允许和禁止。 （3）每一个通道的DMA请求有不同的优先权，优先权可以是固定的，也可以是旋转的。 （4）每一个通道一次传输数据的最大长度可达64KB。,2. 8237A的内部结构,7.2.2 8237A的内部结构,8237A可编程DMA控制器由数据总线缓冲存储器、读写逻辑部件、控制逻辑、优先选择逻辑及四个DMA通道组成,7.2.2 8237A的
15、内部结构,7.2.2 8237A的内部结构,7.2.3 8237A的工作时序,7.2 可编程DMA控制器8237A,7.2.4 8237A的工作方式,7.2 可编程DMA控制器8237A,1. 单字节传送方式,2. 数据块传送方式,7.2.4 8237A的工作方式,3. 请求传送方式,4. 级联传送方式,7.2.4 8237A的工作方式,8237A内部寄存器分为两类：通道寄存器和控制寄存器及状态寄存器,7.2.5 8237A的寄存器组,7.2 可编程DMA控制器8237A,每个通道包括：基地址寄存器、当前地址寄存器、基字节计数器、当前字节计数器和工作方式寄存器，这些寄存器的内容在初始化编程时写
16、入，其寻址见表7-1,7.2.5 8237A的寄存器组,控制寄存器和状态寄存器类的四个通道公用的，其内容在DMA传送过程中可根据需要随时修改（通过输出指令），其寻址见表7-2。,7.2.5 8237A的寄存器组,1. 当前地址寄存器,7.2.5 8237A的寄存器组,16位的寄存器，用来保存DMA传送当前数据的地址，每次传送后，这个寄存器的值自动加1或减1。该寄存器由CPU来写入或读出。,2. 当前字节计数器,16位的寄存器，其低14位（C13C0）用来保存DMA传送的剩余字节数，每次传送后，这个计数器的值减1，若其值减为零时，TC将产生。高两位（C15，C14）用来定义所选通道的操作方式如表7-1所示。这个计数器由CPU来写入或读出。,7.2.5 8237A的寄存器组,3. 基地址寄存器,16位只写寄存器，用来存放与当前地址寄存器相同的初始值。初始化时，CPU将起始地址同时写入基地址寄存器和当前地址寄存器，但基地址寄存
