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1、第七章 输入输出接口技术,7.1 概述 7.2 I/O数据传送方式,7.1 概述,7.1.1 输入输出接口的结构与功能 1. 输入输出接口的结构 所谓接口是指CPU和存储器、外部设备或者两种外部设备 之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑部件 （或称电路），它是CPU与外界进行信息交换的中转站。 I/O接口的基本结构示意图如图7-1所示。,7.1 概述,7.1 概述,（1）数据寄存器：起数据缓冲作用。输入时，保存外设向CPU发送的数据（称为数据输入寄存器）；输出时，保存CPU向外设发送的数据（称为数据输出寄存器）；有些数据寄存器具有输入和输出两种功能，由读写控制决定输入还是输出。 （
2、2）控制寄存器：确定接口电路的工作方式，选择数据传送方向（输入或输出）及交换信息方式（查询或中断方式）。 （3）状态寄存器：反映外设工作状态。 （4）命令译码、端口地址译码及控制电路：负责选择端口，对CPU送来的命令进行译码，能用中断方式传送信息。,7.1 概述,2. 输入输出接口的功能 （1）数据的寄存和缓冲； （2）信号电平转换； （3）信息格式转换； （4）设备选择； （5）对外设的控制与检测； （6）产生中断请求及DMA请求； （7）可编程功能；,7.1 概述,7.1.2 CPU与I/O接口之间传递的信息类型 1. 数据信息 CPU与外设交换的基本信息是数据，数据信息通常为8 位或16
3、位，大致可分为数字量 、模拟量 和开关量。 2. 状态信息 状态信息反映当前外设接口或外设的状态，CPU可根 据这些状态信息决定对外设进行操作或控制。 3. 控制信息 控制信息是CPU通过接口发送给外设的，用于控制外 设的启动或停止，设置外设的工作方式等。,7.1 概述,7.1.3 I/O端口的编址方式 1. 统一编址 这种编址方式也称为存储器映 射编址方式，是把每一个端口视为 一个存储单元，I/O端口与存储单元 在同一个地址空间中进行编址，如 图7-2所示。,7.1 概述,优点：CPU对所有外设的操作与对存储器的操作完全相 同，可使用全部的存储器操作指令，而不必使用专用的 I/O指令，这可大
4、大增强系统的I/O功能，使访问外设端 口的操作方便、灵活；端口有较大的编址空间。 缺点：I/O端口地址占用了存储器的一部分地址空间，使 可用的主存空间减少；寻址速度比专用的I/O指令慢，端 口指令较长，执行速度较慢；难以区分访问主存还是访 问外设，造成程序阅读困难；地址译码电路复杂。,7.1 概述,2.独立编址 这种编址方式是将I/O端口与存储器分别单独编址，两 者的地址空间是互相独立、互不影响的。 优点：I/O端口不占用内存单元地址，节省内存空间；由于 系统需要的I/O端口寄存器一般比存储器单元要少得多，故 I/O地址线较少，因此I/O端口地址译码较简单，寻址速度 快。 缺点：专用I/O指令
5、类型少，远不如存储器访问指令丰富， 使程序设计灵活性较差，且使用I/O指令一般只能在累加器 和I/O端口交换信息，处理能力不如统一编址方式强。,7.2 I/O数据传送方式,7.2.1 无条件传送方式 无条件传送方式也称为同步传送方式，主要用于对 简单外设进行操作，或者外设的定时是固定的还是已知 的场合。,7.2 I/O数据传送方式,图7-3是无条件传送输入方式的典型例子。,7.2 I/O数据传送方式,图7-4是无条件传送输出方式的典型例子。,7.2 I/O数据传送方式,7.2.2 查询传送方式 查询传送方式也称为条件传送方式。采用这种方式传送 数据前，CPU要先执行一条输入指令，从外设的状态口
6、读取 它的当前状态。如果外设未准备好数据或处于忙状态，则程 序要反复执行读状态指令，不断检测外设状态。对于输入而 言，当外设准备好时，则使I/O接口的状态端口的“准备好”标 志有效，CPU可以接收数据；对于输出而言，当外设取走数 据后，则I/O接口将状态端口对应的“忙”标志清除，表明外设 处于空闲状态，外设可以接收下一个数据。,7.2 I/O数据传送方式,（1）查询式输入：接口电路如下图所示。,7.2 I/O数据传送方式,【例7.1】 从外设端口输入并存入内存一组数据，设SR 为状态寄存器，其第7位为READY位，DR为数据寄存器， 查询式输入部分的程序如下： WAITING：IN AL，SR
7、 ；输入状态信息 TEST AL，80H ；检查READY是否为高电平 JE WAITING ；未准备好，循环检测 IN AL，DR ；准备好，读入数据 MOV BX，AL ；写入内存 INC BX LOOP WAIT,7.2 I/O数据传送方式,（2）查询式输出：接口电路如下图所示。,7.2 I/O数据传送方式,【例7.2】 从外设端口输出内存中一组数据，设SR为状 态寄存器，其第7位为BUSY位，DR为数据寄存器，查询 式输出部分的程序为： WAITING：IN AL，SR ；输入状态信息 TEST AL，80H ；检查BUSY位 JNE WAITING ；BUSY=1，则等待循环 ；否则
8、准备输出数据 MOV AL，BX ；从缓冲区取数据 OUT DR，AL ；输出数据 INC BX LOOP WAIT,7.2 I/O数据传送方式,7.2.3 中断传送方式 中断传送方式就是当CPU与外设交换数据时，无需连续不断地查询外设的状态，而是在需要时，由外设主动地向CPU提出请求，请求CPU为其服务。在输入时，当输入设备准备好数据后，就向CPU提出中断请求，CPU接到该请求后，暂停当前程序的执行，转去执行相应的中断服务程序，用输入指令进行一次数据输入，然后再返回到原来被中断的程序继续执行；在输出时，当输出端口的数据缓冲器已空时，外设向CPU发出中断请求，CPU接到该请求后，暂停当前程序的
9、执行，转到相应的在中断服务程序，用输出指令向外设进行一次数据输出。输出操作完成之后，CPU返回去执行原来被中断的程序。,7.2 I/O数据传送方式,中断传送方式接口电路如图7-9所示。,7.2 I/O数据传送方式,7.2.4 DMA传送方式 DMA传送方式就是在内存与外设间开辟专用的数据通 道，这个数据通道在特殊的硬件电路DMA控制器的 控制下，直接进行数据传送而不必通过CPU，不用I/O指 令。 DMA传送方式要利用系统的数据总线、地址总线和 控制总线来传送数据。,7.2 I/O数据传送方式,故DMA控制器必须具备以下功能： 能向CPU发出要求控制总线的DMA请求信号HRQ； 当收到CPU发出的HLDA信号后能接管总线，进入DMA模式； 能发出地址信息对存储器寻址并能修改地址指针； 能发出存储器和外设的读、写控制信号； 决定传送的字节数，并能判断DMA传送是否结束； 接受外设的DMA请求信号和向外设发DMA响应信号； 能发出DMA结束信号，使CPU恢复正常。,本章内容到此结束 谢谢各位 !,
