微机原理与接口技术输入输出接口.ppt
第第 6 6 章章第第6章章 基本输入输出接口基本输入输出接口教学重点 微机和外设间的输入微机和外设间的输入/输出接口输出接口 输入输入/输出的控制方式（程序控制方式、输出的控制方式（程序控制方式、中断工作过程和中断工作过程和DMA控制方式控制方式6.4.2.查询传送方式及其接口查询传送方式及其接口CPU需需要要先先了了解解（查查询询）外外设设的的工工作作状状态态，然然后后在在外外设设可可以以交交换换信信息息的的情情况况下下（就就绪绪）实现数据输入或输出实现数据输入或输出对对多多个个外外设设的的情情况况，则则CPU按按一一定定顺顺序序依依次次查查询询（轮轮询询）。先先查查询询的的外外设设将将优优先先进进行数据交换行数据交换查查询询传传送送的的特特点点是是：工工作作可可靠靠，适适用用面面宽宽，但传送效率低但传送效率低就绪就绪？查询传送的两个环节查询传送的两个环节 查询环节查询环节寻址状态口寻址状态口读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位若不就绪就继续查询，直至就绪若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节寻址数据口寻址数据口是是输输入入，通通过过输输入入指指令令从从数数据据端端口口读入数据读入数据是是输输出出，通通过过输输出出指指令令向向数数据据端端口口输出数据输出数据输入状态输入状态就绪？就绪？数据交换数据交换YN流程流程准备好？准备好？读取状态信息读取状态信息输入数据输入数据是是否否查询式输入程序流程图查询式输入程序流程图忙？忙？读取状态信息读取状态信息输出数据输出数据否否是是查询式输出程序流程图查询式输出程序流程图查询输入接口查询输入接口mov dx,8000h；DX指向状态端口指向状态端口status:in al,dx；读状态端口；读状态端口test al,01h；测试标志位；测试标志位D0jz status；D00，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询inc dx；D01，就绪，就绪，DX指向数据端口指向数据端口in al,dx；从数据端口输入数据；从数据端口输入数据查询输出接口查询输出接口mov dx,8000h；DX指向状态端口指向状态端口status:in al,dx；读取状态端口的状态数据；读取状态端口的状态数据test al,80h；测试标志位；测试标志位D7jnz status；D71，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询inc dx；D70，就绪，就绪，DX指向数据端口指向数据端口mov al,buf；变量；变量buf送送ALout dx,al；将数据输出给数据端口；将数据输出给数据端口 中断传送方式中断传送方式断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点CPU在在执执行行程程序序中中，被被内内部部或或外外部部的的事事件件所所打打断断，转转去去执执行行一一段段预预先先安安排排好好的的中中断断服服务务程程序序；服服务务结结束束后后，又又返返回回原原来来的的断断点点，继继续续执执行行原原来的程序来的程序流程流程中断传送与接口中断传送与接口中中断断传传送送是是一一种种效效率率更更高高的的程程序序传传送送方方式式进进行行传传送送的的中中断断服服务务程程序序是是预预先先设设计计好好的的中断请求是外设随机向中断请求是外设随机向CPU提出的提出的中断输入接口中断输入接口中断工作过程中断工作过程n接口发中断请求信号接口发中断请求信号n当前指令执行后，当前指令执行后，CPU进行中断回应进行中断回应n中断类型号中断类型号N送送CPUn当前的当前的CS、IP和状态寄存器入栈和状态寄存器入栈n清除清除IF和和TFn（4N）作为作为IP，（，（4N2）作为作为CSn中断子程序执行中断子程序执行n开中断开中断nIRET指令使指令使IP、CS和状态寄存器弹出堆栈和状态寄存器弹出堆栈n返回被中断的程序返回被中断的程序中断优先级中断优先级中断优先权中断优先权问题问题1：系统有多个中断请求，：系统有多个中断请求，CPU如何判定优先级？如何判定优先级？解答解答1：软件查询法软件查询法 解答解答2：简单硬件方法简单硬件方法 解答解答1：软件查询法软件查询法 只只需需有有简简单单的的硬硬件件电电路路，如如将将A、B、C三三台台设设备备的的中中断断请请求求信信号号“或或”后后作作为为系系统统INTR，这这时时，A、B、C三三台台设设备备中中只只要要至至少少有有一一台台设设备备提提出出中中断断请请求求，都都可可以以向向CPU发发中中断断请请求求。进进入入中中断断服服务务子子程程序序后后，再再用用软软件件查查询询的的方方式式分分别别对对不不同同的的设设备备的的服服务务，查查询询程程序序的的设设计计思思想想同同查查询询式式，查查询询的的前前后后顺顺序序就就给给出出了了设设备备的的优优先先级级，框框图如图所示。图如图所示。解答解答2：简单硬件方法简单硬件方法以链式中断优先权排队电路为例，以链式中断优先权排队电路为例，基基本本设设计计思思想想：将将所所有有的的设设备备连连成成一一条条链链，靠靠近近CPU的的设设备备优优先先级级最最高高，越越远远的的设设备备优优先先级级别别越越低低，则则发发出出中中断断响响应应信信号号，若若级级别别高高的的设设备备发发出出了了中中断断请请求求，在在它它接接到到中中断断响响应应信信号号的的同同时时，封封锁锁其其后后的的较较低低级级设设备备使使得得它它们们的的中中断断请请求求不不能能响响应应，只只有有等等它它的的中中断断服服务务结结束束以以后后才才开开放放，允允许许为为低级的设备服务。如下图所示。低级的设备服务。如下图所示。第第6章：章：6.4.4 DMA传送方式传送方式希望克服程序控制传送的不足：希望克服程序控制传送的不足：外设外设CPU存储器存储器外设外设CPU存储器存储器直接存储器存取直接存储器存取DMA：外设外设存储器存储器外设外设存储器存储器DMA（Direct Memory Access）意为直接数据传送，）意为直接数据传送，它是在内存的不同区域之间，或者在内存与外设它是在内存的不同区域之间，或者在内存与外设端口之间直接进行数据传送，而不经过端口之间直接进行数据传送，而不经过CPU中转中转的一种数据传送方式，可以大大提高信息的传送的一种数据传送方式，可以大大提高信息的传送速度。速度。CPU释放总线，由释放总线，由DMA控制器管理控制器管理第第6章：章：DMA传送的工作过程传送的工作过程DMA方式传送的主要步骤方式传送的主要步骤 外外设设准准备备就就绪绪时时，向向DMA控控制制器器发发DMA请请求求，DMA控控制器接到此信号后，向制器接到此信号后，向CPU发发DMA请求；请求；CPU接接到到HOLD请请求求后后，如如果果条条件件允允许许（一一个个总总线线操操作作结结束束），则则发发出出HLDA信信号号作作为为响响应应，同同时时，放放弃弃对对总总线的控制；线的控制；DMA控控制制器器取取得得总总线线控控制制权权后后，往往地地址址总总线线发发送送地地址址信信号号，每每传传送送1个个字字节节，就就会会自自动动修修改改地地址址寄寄存存器器的的内内容容，以指向下一个要传送的字节；以指向下一个要传送的字节；每每传传送送一一个个字字节节，字字节节计计数数器器的的值值减减1，当当减减到到0时时，DMA过程结束；过程结束；DMA控制器向控制器向CPU发结束信号，将总线控制权交回发结束信号，将总线控制权交回CPU。第第6章：章：DMA传送流程传送流程HLDA发存储器地址发存储器地址传送数据传送数据传送结束？传送结束？DMA结束结束修改地址指针修改地址指针流程流程第第6章：传送方式的比较章：传送方式的比较无条件传送无条件传送：慢速外设需与：慢速外设需与CPU保持同步保持同步查询传送查询传送：简单实用，效率较低简单实用，效率较低中中断断传传送送：外外设设主主动动，可可与与CPU并并行行工工作作，但每次传送需要大量额外时间开销但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传传送送：DMAC控控制制，外外设设直直接接和和存存储储器器进进行行数数据据传传送送，适适合合大大量量、快快速速数数据据传送传送本章作业本章作业1.CPU与与外外设设之之间间的的数数据据传传输输控控制制方方式式有有哪哪几种？何谓程序控制方式？它有哪两种几种？何谓程序控制方式？它有哪两种 基基本本方方式式？请请分分别别用用流流程程图图的的形形式式描描述述出出来。来。I/O 端口端口存储单元存储单元I/O 地址空间地址空间存储器地址空间存储器地址空间整个地址空间整个地址空间
