《数据传送方式》PPT课件.ppt

第 1 页计算机原理杨琪微机原理汇编接口技术第 2 页输入输入/输出设备和输出设备和I/O接口接口 输入输出设备是微机系统的重要组成部分。输入设备是将外界信息（如数据、程序、命令）送入计算机的装置。如键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪、条码读入器等。输出设备则是将计算机运算处理结果信息，以人们熟悉的形式打印、显示出来的装置。如显示器、打印机、绘图仪等。另外还有一类设备既可输入信息又可输出信息，称为输入/输出设备。如磁盘、磁带、通信设备等。微机原理汇编接口技术第 3 页I/O接口接口外部设备与CPU相比，工作速度较低，信息处理多样（如数字量、开关量、模拟量等），不同外设的工作时序不一致等。由于以上原因，外设与CPU之间一般不能直接连接，而需要一个“接口电路”来作为外设与CPU之间的桥梁，这种接口电路称为I/O接口。微机原理汇编接口技术第 4 页I/O接口的基本功能接口的基本功能 (为什么要用为什么要用I/O接口电路接口电路)总的来说，I/O接口具有下述三方面功能：（1）速度的匹配（2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转换等。（3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。微机原理汇编接口技术第 5 页主机（主机（CPU）和）和I/O设备之间传送的信息格式设备之间传送的信息格式1.数据信息：（1）数字量（计算机可以直接接收和处理的数据）（2）模拟量2.状态信息例如：对于输入设备的“Ready”对于输出设备的“Busy”特点：CPU外设接口 可读（不可写）3.控制信息：特点CPU外设接口 可写（不可读）控制对象传感器执行部件运放功放A/DD/A微型计算机数字量模拟量微机原理汇编接口技术第 6 页I/O接口的基本结构接口的基本结构由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组寄存器：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制寄存器、通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址微机原理汇编接口技术第 7 页I/O端口的编址方式端口的编址方式1.I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O）优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。例如:ADD AL,2000H一个I/O端口的内容n n缺点：缺点：缺点：缺点：I/OI/O端口占用了一部端口占用了一部端口占用了一部端口占用了一部分地址空间。分地址空间。分地址空间。分地址空间。I/O存储器0XXXXHXXXXH整个地址空间微机原理汇编接口技术第 8 页I/O端口的编址方式端口的编址方式2.I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O）指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令）在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是给谁的？是给M，还是I/O?在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO（80 x86均如此）。优缺点：P164存储器I/OXXXXH00XXXXH微机原理汇编接口技术第 9 页I/O接口的地址译码及片选信号的产生接口的地址译码及片选信号的产生系统中由多台外设，当CPU与外设进行通信时（IN AL,XXH 或 OUT XXH,AL）,需要对各个设备所对应的接口电路进行逻辑选择，即产生相应的片选（Chip SelectCS）信号。这种逻辑选择功能是由系统中I/O接口部分的地址译码器来实现的。所以，地址译码器是I/O接口电路的基本组成部分。通常采用“38”译码器（74LS138）I/O指令A5 A6A7A8A9AENA BCG2BG2AG1Y0Y7选中某一接口电路微机原理汇编接口技术第 10 页第二节第二节 CPU CPU与外设数据传送方式与外设数据传送方式 一、CPU与I/O设备之间的接口信息 （一）CPU与I/O设备之间的接口信息 1、CPU与一个外设交换信息，通常需要有以下一些信息：（1）数据 数字量 模拟量 开关量 （2）状态信息 （3）控制信息 2、CPU与外设之间的接口 微机原理汇编接口技术第 11 页 （二）无条件传送方式 无条件传送方式有称同步方式，较少使用，只有在外部控制过程的各种动作时间是固定的，且是已知的条件下才能够应用。1、无条件传送的输入方式。见图6-3所示：2、无条件传送的输出方式。见图6-4所示：微机原理汇编接口技术第 12 页 3、无条件传送方式的举例。见图 6-5所示：STA:MOV DX,0100H LEA BX,DSIOK XOR AL,ALAGN:MOV AL,DL OUT 20H,AL CALL NEAR DELAY1 MOV AL,DH OUT 20H,AL CALL NEAR DELAY2 IN AX,10H MOV BX,AX INC BX INC BX RCL DH,1 JNC AGN微机原理汇编接口技术第 13 页 （三）查询传送方式 1、查询式输入 与无条件传送方式不一样，这种方式，在传送前，必须去查询一下外设的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU就等待。（1）查询示输入的接口电路。见图6-6所示：微机原理汇编接口技术第 14 页（2）查询式输入时的数据和状态信息和程序流程图见6-7和图6-8所示：POLL：IN AL，STATUSPORT ；从状态端口输入状态信息 TEST AL，80H ；检查READY是否1 JE POLL ；未READY循环 IN AL，DATAPORT ；READY，从数据端口输入数据*这种CPU与外设的状态信息交换方式，称为应答式，状态信息称为“联络”（Handshake）信息。微机原理汇编接口技术第 15 页 2、查询式输出（1）查询式输出的接口电路，见图 6-9所示：微机原理汇编接口技术第 16 页 （2）查询式输出时的数据、状态信息和流程图见图6-10和图6-11所示：POLL：IN AL，STATUS_PORT ；从状态端口输入状态信息 TEST AL，80H ；检查BUSY位 JNE POLL ；BUSY未循环等待 MOV AL，STORE ；否则，从缓冲区取数据 OUT DATA_PORT，AL ；从数据端口输出 微机原理汇编接口技术第 17 页 3、查询方式的举例。见图6-12 所示:STA:MOV DL,0F8H LEA DI,DSIOKAGN:MOV AL,DL AND AL,0EFH OUT 4,AL CALL DELAY MOV AL,DLPOL:IN AL,2 SHR AL,1 JNC POL IN AL,3 STOSB INC DL JNE AGN微机原理汇编接口技术第 18 页 （四）中断传送方式 当CPU需要输入或输出时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数据输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停现执行的程序，转去执行输入或输出操作（中断服务），待输入或输出操作完后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这样就大大提高了CPU的效率，就允许CPU与多个外设同时工作。中断传送时的接口电路的方框图见图6-13所示：微机原理汇编接口技术第 19 页 五、直接存储器存取(DMA)方式 1、什么是DMA方式？先来回顾前面介绍的两种数据传送方式（1）查询传送方式 数据 N 状态 Y 特点：接口电路简单。CPU要不断的查询，使用效率低。由软件来完成数据的传送。外设CPU读状态信息READY？数据传送微机原理汇编接口技术第 20 页(2)中断传送方式 地址 数据 数据总线 READY 特点：CPU和多外设并行工作，提高了CPU的使用效率。由硬件和软件完成数据的输入和输出。说明：中断传送方式仍需要CPU通过程序来传送，每次要保护断 点，保护现场需要多条指令，每条指令要有取指和执行时 间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况，例如磁盘与内存间的信息交换，就显的速度太慢。CPUINTR外设数据端口微机原理汇编接口技术第 21 页 （3）DMA传送方式 用硬件在外设与内存间直接进行数据传送（DMA）而不通过CPU。总线 DMA请求 HOLD DMA响应 HLDA HOLD总线请求信号 HLDA总线请求响应信号 外设存储器CPUDMA控制器微机原理汇编接口技术第 22 页 2、DAM控制器必须具有的功能：总线 DMA请求 HOLD DMA响应 HLDA (1)能向CPU发出HOLD信号。(2)CPU发出HDLA信号后，DMAC接管对总线的控制，进入DMA方式。(3)发出地址信号，能对存储器寻址及能修改地址指针。(4)能发出读或写等控制信号。(5)能决定传送的字节数，及判断DMA传送是否结束。(6)发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。外设存储器CPUDMA控制器微机原理汇编接口技术第 23 页 3、通常DAM的工作流程 微机原理汇编接口技术第 24 页4、实现DMA传送方式的硬件方框图及工作过程 DMA请求；DMAC发出HOLD（高电平1）总线请求；CPU发出HLDA（1）响应，CPU让出总线的控制权；DMA控制器接管总线发出DMA响应信号；进行DMA方式数 据传送。传送结束DMAC 发出HOLD(0)信 号，让出总线 的控制权；CPU 接管总线 的控制权并使 HDLA为0，恢正 常工作。微机原理汇编接口技术第 25 页5、DMA操作的基本方法 （1）周期挪用 周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期“挪用”来进行DMA操作，DMAC可以使用总线而不通知也不影响CPU。T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 t 取指周期 执行周期 特点：CPU操作与DMA方式传送可以并行。要有识别CPU是否访问存储器的复杂时序电路。数据的传送是不连续和不规则的，所以使用的不太普及。微机原理汇编接口技术第 26 页（2）周期扩展 周期扩展：由DMAC发出请求信号给时钟电路，时钟电路把供给CPU的时钟周期加宽，而提供给DMAC的时钟周期不变。这样，CPU在加宽的时钟周期相当于若干个正常的时钟周期，可以进行DMA操作。DMA时钟 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 CPU时钟 T1 T2 T3 T4 特点：需要专门的时钟发生器/驱动器电路。CPU的速度降低，且CPU的加宽使有限的，所以一次只能传送一个字节。微机原理汇编接口技术第 27 页（3）CPU停机方式 DMAC向CPU发出DMA请求信号，迫使CPU在现行的机器（总线）周期结束后，让出总线的控制权，并给出一个DMA响应信号，使DMAC可以控制总线进行数据传送。特点：可以进行单字节传送，也可以进行数据块的传送。DMA传送期间，CPU处于空闲，降低CPU的利用率。6、DMA传送方式 各种DMAC一般有两种基本的DMA传送方式：单字节方式：每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤消DMA请求信号，释放总线。字节（字符）组方式：每次DMA请求连续传送一个数据块，待规定长度的数据块传送完了以后才撤消DMA请求信号释放总线。微机原理汇编接口技术第 28 页I/O 控制方式小结控制方式小结一、程序控制方式1.无条件传送方式 2.程序查询方式（特点，流程图.P167）二、中断控制方式1.中断定义：2.中断方式的特点：（a）CPU的效率高，CPU不必查询等待（b）CPU与外设可并行工作（c）外设具有申请服务的主动权三、DMA方式DMA方式的特点：在专门的硬件控制电路（DMAC）控制之下，由DMAC发出地址及读/写信号来实现高速数据传输。在此过程中，CPU放弃总线控制权，数据传送不经过CPU。如图所示。采用DMA方式，可实现：存储器I/O设备输出输入存储器存储器I/O设备I/O设备微机原理汇编接口技术第 29 页可编程可编程DMA控制器控制器8237功能概况一、8237的结构：二、8237的引脚配置（Pin Configration）*对于20位内存地址的高4位地址的提供方法三、8237的工作方式单字节传送方式（Single Transfer Mode）块传送方式（Block Transfer Mode）请求传送方式（Demand Transfer Mode）级联方式（Cascade Mode）四、8237的寄存器 五、特殊软件命令六、内部存储器的寻址*七、时序 八、8237的编程微机原理汇编接口技术第 30 页Intel 8237/8237-2是一种高性能的可编程的DMA控制器，采用5MHz的8237-2传送速度可以达到1.6M 字节/秒。一、主要功能 1、在一个片子中有四个独立的DMA通道。2、每一个通道的DMA请求可以分别允许和禁止。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、每一个通道一次传送的最大长度可达64K字节。可以在存储器与外设间进行数据传送，也可以在存储器的两个区域之间进行传送。5、8237的DMA传送有四种方式：单字节传送方式、数据块传送方式、请求传送方式、级连方式。6、有一个结束处理信号 ，允许外界用此输入端结束DMA传送或重新初始化。7、8237可以级连，任意扩展通道数。微机原理汇编接口技术第 31 页 二、8237的结构 微机原理汇编接口技术第 32 页 三、8237的内部寄存器 四、8237的引线 微机原理汇编接口技术第 33 页 用用82128212作为一个输入输出接口作为一个输入输出接口 一、8218 介绍 8212是一个八位的输入输出接口片子。它是一个8位锁存器，带有三态输出缓冲，它也有中断请求逻辑，可发出中断请求信号。其内部结构的逻辑图见如图6-18所示 微机原理汇编接口技术第 34 页 （二）8212的工作模式 1、8212用作输出接口时，接口中要有锁存CPU输出的数据。因为CPU的输出数据只在执行输出指令的输出时序的12uS时间出现在数据总线上，所以要由接口电路中的锁存器锁存。其各个引脚的信号连接见图6-19所示：微机原理汇编接口技术第 35 页 2、8212用作输入接口时，由于输入设备的不同，两种不同的工作方法：（1）直通式：其各个引脚的信号连接见图6-20所示：（2）选通输入：其各个引脚的信号连接见图6-21所示：微机原理汇编接口技术第 36 页 （三）用8212作为CPU与纸带读入机(PTR)的接口 把一个PTR与CPU相接（接口电路如图6-22所示）：完成数据读入过程的程序如下：RDR:MOV BX，OFFSET BUF ；置输入数据地址指针 MOV CX，COUNT ；置输入字节数初值LOOP1:MOV AL，0BH OUT(09FH)，AL ；启动PTR WAIT:IN AL，(0F9H)；输入状态 AND AL，01H JZ WAIT ；未准备好，等待 IN AL，(0F8H)MOV BX，AL ；输入的数据存入内存 INC BX LOOP LOOP1COUNT EQU 100 BUF DB 100 DUP(?)微机原理汇编接口技术第 37 页DMA控制器的一般结构及其与控制器的一般结构及其与I/O接口的连接接口的连接控制寄存器 状态寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器控制寄存器 状态寄存器地址寄存器字节计数寄存器数据总线控制总线数据总线控制总线地址总线地址总线地址译码器计数结束信号（可作为中断请求信号）DMA控制器DMA请求DMA响应中断请求外设微机原理汇编接口技术第 38 页以以DMA方式输出一个字节数据的工作过程方式输出一个字节数据的工作过程微机原理汇编接口技术