第06章输入与输出ppt课件.pptx

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1、汇编语言与微机接口汇编语言与微机接口输入与输出输入与输出2 IO接口概述 数据传送方式 DMA控制器第 6章 输入输出3n 接口的主要功能n 接口的基本机构 n 输入输出端口的编址6.1 I/O接口概述4I/OI/O接口的引入接口的引入1、 为什么要用I/O接口 2、 什么是I/O接口 3、 什么是微机接口技术51 1、 为什么要用为什么要用I/OI/O接口接口 A、 外设多种多样 B、 CPU与外设速度的匹配 C、 CPU与多个外设并行 61 1、 为什么要用为什么要用I/OI/O接口接口为什么需要为什么需要I/O接口（电路）？接口（电路）？微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样工作原

2、理、驱动方式、信息格式、以及工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大工作速度方面彼此差别很大它们不能与它们不能与CPU直接相连直接相连必须经过中间电路再与系统相连必须经过中间电路再与系统相连这部分电路被称为这部分电路被称为I/O接口电路接口电路72 2、 什么是什么是I/OI/O接口接口 A、 CPU和外设之间的逻辑电路 B、 大规模集成电路芯片 C、 可编程芯片 8什么是什么是I/O接口（电路）？接口（电路）？I/O接口是位于接口是位于CPU（或系统总线）与外设（或系统总线）与外设间，用来进行速度和工作方式的匹配，并协间，用来进行速度和工作方式的匹配，并协助完成数据传送和控

3、制任务的逻辑电路。助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。PC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽总线槽的电路板（适配器）都是接口电路的电路板（适配器）都是接口电路 2 2、 什么是什么是I/OI/O接口（续）接口（续）9一定要理解接口（接口（Interface）1、若干个、若干个端口端口加上相应的控加上相应的控制逻辑电路构成了制逻辑电路构成了接口接口2、一个接口包含多个端口，、一个接口包含多个端口，端口是接口的一部分端口是接口的一部分3、对接口的访问实质是对、对接口的访问实质是对寄寄存器（端口）存器（端口）的访问的访问10CPU与外设与外设都是都是面向接口面向接口而非

4、直接联络！而非直接联络！113 3、 什么是微机接口技术什么是微机接口技术 A、硬件连接 B、工作原理 C、软件编程实现 12什么是微机接口技术？什么是微机接口技术？处理微机系统与外设间联系的技术处理微机系统与外设间联系的技术注意其软硬结合的特点注意其软硬结合的特点根据应用系统的需要，使用和构造相应根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备持和连接有关的设备3 3、 什么是微机接口技术（续）什么是微机接口技术（续）13与外设的接口信息与外设的接口信息1、 数据信息2、 状态信息3、 控制信息14控制总线CB地址总线A

5、BI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设控制寄存器状态寄存器数据寄存器与外设的接口信息与外设的接口信息151 1、 数据信息（数据信息（DataData） A、 数字量 B、 模拟量 C、 开关量 16数字量数字量l 由键盘等由键盘等输入设备输入设备读入的信息。读入的信息。l 送给打印机、显示器等送给打印机、显示器等输出设备输出设备的的信息。l 与与磁盘驱动器磁盘驱动器交换的信息交换的信息。 是二进制形式或ASCII码表示。 17l当计算机用于控制时。当计算机用于控制时。l大量的现场信息经过传感器输入。大量的现场信息经过传感器输入。l连续变化的物理量。连续变化的物理量。 温度、湿度、

6、压力 位移、速度、流量18l 有两种状态的量：有两种状态的量：0 10 1l 一位二进制即可表示。一位二进制即可表示。 电机的运转和停止 开关的闭合与断开 阀门的打开和关闭192 2、 状态信息（状态信息（StatusStatus） A、 外设的工作状态 B、 输入信息 C、 输入设备的状态 D、 输出设备的状态20外设的工作状态外设的工作状态 l 状态信息反映了外设的工作状态。状态信息反映了外设的工作状态。l在接口芯片中有状态寄存器。在接口芯片中有状态寄存器。l是通过接口输入到是通过接口输入到CPUCPU的。的。 21从从CPUCPU看是输入信息。看是输入信息。执行执行ININ指令得到指令得

7、到 经过外设送入接口。 存放在接口中的状态寄存器中。 经接口由数据总线送往CPU。IN AL,STATUSPORT22l在输入时：在输入时： 输入设备的数据是否准备好输入设备的数据是否准备好READYREADY？ READY0 时： 输入设备的数据未准备好READY时：输入设备的数据已经准备好23 在输出时： 输出设备是否空闲BUSY？ BUSY 0 时： 输出设备不忙BUSY 时：输出设备忙243 3、 控制信息（控制信息（ControlControl） A、 由CPU送往外设 B、 输出信息 C、 经过DB到接口再到外设 D、例子 25由由CPUCPU送往外设送往外设l 是由是由CPUCP

8、U送出，最终到了外设。送出，最终到了外设。l 执行执行OUTOUT指令完成。指令完成。OUT CONTROLPORT,AL26l 由由CPUCPU数据总线送出数据总线送出l 当然是输出信息。当然是输出信息。27l OUT PORTOUT PORT，ALALl PORT PORT是接口中的寄存器，又叫端口。是接口中的寄存器，又叫端口。l 在由接口的某根线到外设，实现控制。在由接口的某根线到外设，实现控制。28I/OI/O端口端口1、 I/O端口2、 端口的编址291 1、 I/OI/O端口端口三种端口 30 6.1.3 6.1.3 I/O I/O端口（续）端口（续）CPU与外设主要有与外设主要有

9、数据数据、状态状态和和控制控制信息需信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：要相互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器数据寄存器保存外设给保存外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据 状态寄存器状态寄存器保存外设或接口电路的状态保存外设或接口电路的状态 控制寄存器控制寄存器保存保存CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令理解端口31端口（端口（PORT）1、 I/O接口通常设置有若干个寄存器，用来暂存CPU和外设之间传输的数据、状态和控制信息。2、 一般有三类寄存器，分别是数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器。根据寄存器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和状态端

10、口。4、 每个端口有一个，CPU可以用端口地址代码来区别各个不同的端口，并对它们分别进行读/写操作。32端口（端口（PORTPORT）端口泛指端口泛指I/O端口（地址），通常对应寄存器端口（地址），通常对应寄存器一个接口电路可以具有多个一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口端口，每个端口用来保存和交换不同的信息用来保存和交换不同的信息数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息制端口，用于保存数据、状态和控制信息输入、输出端口可以是同一

11、个输入、输出端口可以是同一个I/O地址地址一定要理解332 2、 端口的编址端口的编址两种端口的编址统一编址 单独编址34A A、 两种端口的编址两种端口的编址接口电路的接口电路的I/O端口有两类编址形式端口有两类编址形式I/O端口单独编址端口单独编址I/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间如如8086/8088I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间如如M680035 B B、I/OI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址优点：优点：不需要专门的不需要专门的I/O指令指令I/O数据存取与存储器数数据存取与存储器数据存取一样

12、灵活据存取一样灵活缺点：缺点：I/O端口要占去部分存储端口要占去部分存储器地址空间器地址空间程序不易阅读（不易分程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）清访存和访问外设）内存部分I/O部分存储器空间00000FFFFF36 C C、I/OI/O端口单独编址端口单独编址优点：优点：I/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读缺点：缺点：I/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富内存空间I/O空间FFFFF0FFFF8086采用I/O端口单独编址37复习 8088/8086的输入输出指令输

13、入指令输入指令IN AL,i8/DX;字节输入字节输入IN AX,i8/DX;字输入字输入输出指令输出指令OUT i8/DX,AL;字节输出字节输出OUT i8/DX;字输出字输出功能演示功能演示38接口的功能接口的功能1、 接口的功能2、 接口与系统的连接3、 接口电路芯片的分类4、 接口电路的可编程性391 1、 接口的功能接口的功能 对输入输出数据进行缓冲和锁存对输入输出数据进行缓冲和锁存 调整接口与调整接口与CPU工作速度的差异工作速度的差异 对信号的形式和数据的格式进行变换对信号的形式和数据的格式进行变换 对对I/O端口进行寻址端口进行寻址 与与CPU和和I/O设备进行联络设备进行联

14、络402 2、 接口与系统的连接接口与系统的连接主要体现在引脚上，分成两侧信号主要体现在引脚上，分成两侧信号面向面向CPU一侧的信号：一侧的信号：用于与用于与CPU连接连接主要是数据、地址和控制信号主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号：面向外设一侧的信号：用于与外设连接用于与外设连接提供的信号五花八门提供的信号五花八门功能定义、时序及有效电平等差异较大功能定义、时序及有效电平等差异较大413 3、 接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类 接口电路核心部分往往是一块或数块接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）：大规模集成电路芯片（接口芯片）：通用接口芯片通用接口芯片

15、 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片面向外设的专用接口芯片面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口针对某种外设设计、与该种外设接口 面向微机系统的专用接口芯片面向微机系统的专用接口芯片 与与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能和系统配套使用，以增强其总体功能42 4 4、 接口电路的可编程性接口电路的可编程性许多接口电路具有多种功能和工作方式，许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种可以通过编程的方法选定其中一种接口需要进行物理连接，还需要编写接口接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件软件接口软件有两类：接

16、口软件有两类：初始化程序段初始化程序段设定芯片工作方式等设定芯片工作方式等数据交换程序段数据交换程序段管理、控制、驱动外设，管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换负责外设和系统间信息交换436.2 CPU和外设数据传送方式n 无条件方式n 查询方式 n 中断方式n DMA方式44 无条件方式无条件方式 1、 无条件方式流程无条件方式流程 2、 无条件方式输入 3、 无条件方式输出 45无条件传送方式流程无条件传送方式流程在在CPU与外设交换数据时，可以认与外设交换数据时，可以认为它们总是处于为它们总是处于“就绪就绪”状态，随状态，随时可以进行数据传送，这就是时可以进行数据传送，这就是无

17、条无条件传送。件传送。就绪？46这种传送有前提：外设必须随时就绪特点：无条件传送的接口和操作均十分简单适合于简单设备，如LED数码管、按键或按钮等472 2、无条件传送：输入接口的结构、无条件传送：输入接口的结构RD 三态缓冲器OEI/O设备地址译码器D7D0A15A0M/IO0160HMOV DX, 160HIN AL, DX48 无条件传送：输入实例无条件传送：输入实例MOV DX, 160HIN AL, DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数据总线CSRD49 3 3、无条件传送：输出接口的结构、无条件传送：输出接口的结构地址译码器数据锁存器WR0160H输出设备D7D0MO

18、V DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, ALA15A0M/IO50无条件传送：输出实例无条件传送：输出实例MOV DX, 160HMOV AL, BXOUT DX, AL+5V74LS373300 x 8LE OE数据总线CSWR51无条件传送：输入输出接口无条件传送：输入输出接口LS06反相驱动器LS2738D锁存器LED7+5VK7K1K0D0D7A0A15LS244三态缓冲器8000H译码+5VLED0GWRRDM/IO52next:mov dx,8000h;DX指向数据端口指向数据端口in al,dx;从输入端口读开关状态从输入端口读开关状态not al;反相反相out

19、 dx,al;送输出端口显示送输出端口显示call delay;调子程序延时调子程序延时jmp next;重复重复53R+5VK上拉电阻K状态PA7断开1闭合0开关状态的检测开关状态的检测PA7825554限流电阻LEDPB78255PB7LED状态1亮0暗发光二极管的控制发光二极管的控制55共阴极LED显示器七段显示代码56七段七段LED显示器及接口电路显示器及接口电路DPgfedcba阴极共阴极LEDDPgfedcba阳极共阳极LED+VCCDPadbcfeg57LED数码管总结：n最顶上一段为a，顺时针旋转。n接线时，通常D7接h,D0接an 共阴极和共阳极点亮方式不同。DPadbcfe

20、gD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0hgfedcba58查询方式查询方式 1、 查询方式流程 2、 查询方式输入 3、 查询方式输出 59CPU需要选了解（查询）外设的工作需要选了解（查询）外设的工作状态，在外设可以交换信息的情况下状态，在外设可以交换信息的情况下（就绪就绪）才实现数据输入或输出）才实现数据输入或输出查询传送的特点是：工作可靠，适用查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低面宽，但传送效率低60 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寻址状态端口状态端口读取状态寄存器的相应位读取状态寄存器的相应位若不就绪则继续查询，直至就绪若不就绪则继续

21、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输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输出，通过输出指令向数据端口输出数据是输出，通过输出指令向数据端口输出数据输入状态就绪？数据交换YN612 2、查询输入接口、查询输入接口IOR+5V锁存器数据缓冲器译码三态缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D0（READY）D输入设备IORSTB622 2、查询输入接口（续）、查询输入接口（续）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D0

22、jz status;D00，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询 mov dx,8001h ;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633 3、 查询输出接口查询输出接口8D锁存器译码三态缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D7（BUSY）D+5V输出设备ACKIOWIOR64 3 3、 查询输出接口（续）查询输出接口（续）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 stat

23、us;D71，未就绪，继续查询，未就绪，继续查询mov dx,8001h ;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65对多个外设的情况，则对多个外设的情况，则CPUCPU按一定顺序依次按一定顺序依次查询（先查询的外设将优先进行数据传送查询（先查询的外设将优先进行数据传送) )。轮流查询方式66循环查询方式67 中断方式中断方式 1 1、 中断概念中断概念2 2、 中断中断传送与传送与接口接口 68中断概念中断概念断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点69中断概

24、念（续）中断概念（续） CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序70传送与接口传送与接口中断传送是一种效率更高的程序传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断服务程序是预先设计好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CPU对请求的检测是有规律的对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚后一个时钟周期采样中断请求输入引脚本章主要论述中断在输入和输出方面的应用本章主要论述中断在

25、输入和输出方面的应用71中断请求触发器2 2、 中断传送与接口中断传送与接口（续）（续）D0D7+5V8D锁存器8位三态缓冲器三态缓冲器RQ 译码 8001H中断类型号D0D7INTRD输入设备中断屏蔽触发器A0A15IORINTASTB中断方式输入的接口电路中断服务是进行数据交换的实质性环节72 DMA DMA方式方式 1 1、 DMADMA传送方式的提出传送方式的提出 2 2、 DMADMA控制器的功能和传送原理控制器的功能和传送原理 3 3、 DMADMA控制器的工作特点控制器的工作特点 73 什么是DMA？ DMA（Direct Memory Access） 直接存储器存取技术；DMA

26、传送方式的提出传送方式的提出 为什么要使用DMA技术？74前面三种前面三种I/OI/O方式都需要方式都需要CPUCPU作为中介作为中介：包括：包括：1 1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPUCPU执行程序来执行程序来完成的（程序控制方式）；完成的（程序控制方式）；2 2）硬件：）硬件：I/OI/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由由CPUCPU发出的（总线由发出的（总线由CPUCPU控制）。控制）。缺点：缺点： CPUCPU执行指令时需要花费时间，传输速率无法提高，因执行指令时需要花费时间，传输速率无

27、法提高，因此程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十此程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/KB/秒）秒） 解决：解决：DMADMA传输传输外设CPU内存DMADMA传送方式的提出传送方式的提出( (续续1)1)75 外设 DMA方式与其它方式比较CPUDMA控制器 内存 外设 MOV XX，ALOUT DX，ALIN AL，DXMOV AL，XX无需CPU指令 内存76DMA方式原理方框图 CPU DMA控制器IO外设存储器请求响应HLDAHOLDDBAB&CBPC机中的DMADREQDACK77 外设直接与存储器进行数据交换外设直接与存储器进行数据交换 ，CPUCPU不再担

28、当数据不再担当数据传输的中介者；传输的中介者；总线由总线由DMADMA控制器（控制器（DMACDMAC）进行控制（进行控制（CPUCPU要放弃总线要放弃总线控制权）控制权），内存，内存/ /外设的地址和读写控制信号均由外设的地址和读写控制信号均由DMACDMAC提供。提供。优点：数据传输优点：数据传输由由DMA硬件来控制，数硬件来控制，数据据直接在内存和外设之间交换，可以达直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几到很高的传输速率（可达几MB/秒）秒）外设内存 (1). DMA传输的特点78(2). DMA(2). DMA传送原理示意传送原理示意图图 CPU释放HLDA信号，并重

29、新控制总线系统总线CPUDMAC存储器外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADRQDACKAENIOWIORMEMWMEMR 外设发出DMA请求 DMAC向CPU申请总线 CPU响应，释放总线控制权 DMAC得到总线控制权，并向外设发出DMA响应信号 DMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之间的数据传送 数据传送完后，DMAC撤销HOLD信号，释放总线控制权79(3). DMAC的基本结构的基本结构地址寄存器字节计数器控制寄存器状态寄存器外设接口DMA应答DMA请求控制总线数据总线地址总线总线请求总线允许DMA控制器存放要访问的内存单元

30、的地址存放要传送的字节数（数据长度），在DMA传送时，每传送1个字节，自动减1，减为0时DMA结束。指出数据传送的方向；控制外设的DMA请求是否被允许；说明DMA传送是进行单字节传输还是进行块传输。表示了DMA传送是否完成 在DMA传送过程中，不需要CPU的控制，但在开始传送前，需要CPU对DMAC预置相应的初始化信息。DMAC的地址线是双向的：DMA传送前：CPU DMAC；DMA传送过程中：DMAC存储单元。80 连续传送（块传送）连续传送（块传送）DMAC申请到总线后，将整个数据块传送完后才释放总申请到总线后，将整个数据块传送完后才释放总线。若字节计数器不为线。若字节计数器不为0则则DM

31、AC始终控制总线进行始终控制总线进行DMA传送。传送。单字节传送（每次传送一个字节）单字节传送（每次传送一个字节）每次每次DMA过程只传送一个字节（字节计数器减过程只传送一个字节（字节计数器减1，地址，地址寄存器加寄存器加/减减1）就立即释放总线。）就立即释放总线。当当CPU再次响应再次响应DMAC的请求让出总线时，才传送下的请求让出总线时，才传送下一个字节。当有一个数据块需传送时，一个字节。当有一个数据块需传送时，DMAC和和CPU轮流控制总线，直到要求的字节数全部传送完毕，轮流控制总线，直到要求的字节数全部传送完毕，DMA传送才最后结束。传送才最后结束。DMA的传输方式81(4). DMA

32、方式传送的工作过程方式传送的工作过程 传送单个数据的过程 课本P216 图5.10 传送一个数据块的过程 课本P217 82无条件传送无条件传送：外设需与：外设需与CPU保持同步，可保持同步，可靠性低靠性低查询传送查询传送： 简单实用，效率较低简单实用，效率较低中断传送中断传送：外设主动，可与：外设主动，可与CPU并行工作并行工作，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传送传送：DMAC控制，外设直接和存储控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传器进行数据传送，适合大量、快速数据传送送 8237A的编程结构2 工作方式和工作时序3 编程和应用5D

33、MA概要1 8237A的寄存器4DMADMA控制器控制器DMA概要概要n什么叫什么叫DMADMAn应用场合应用场合nDMADMA传送过程传送过程lDMAnDMA (Direct Memory Access)：让存储器与高速外设直接进行数据交换而无需CPU的干预。l特点nDMA传送期间，DMA控制器(DMAC)接管了CPU对总线的控制权。nDMA方式中，内存地址的修改、传送结束的判断都由硬件电路实现。即：用硬件控制硬件控制代替了软件控制。nDMA控制器控制器是实现DMA传送的核心器件。85DMA概要概要l应用场合nDMA方式主要用于高速大批量传输数据的场合。如：硬盘和软盘外设；快速通信通道快速通

34、信通道；多处理机和多程序数据块传送；图像处理中向CRT屏幕传送数据；快速数据采集快速数据采集；DRAM的刷新操作的刷新操作。86DMA概要概要系统总线系统总线CPUDMAC存储器存储器外设接口外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAENHOLDHLDADREQDACKAENIOWIORMEMWMEMRDMA概要概要lDMA的分5个阶段：1. 1. 初始化阶段初始化阶段88 要传送的数据字节数 数据在存储器中的起始地址 传送方向 DMAC的通道号 DMAC DMA概要概要2. 2. 申请阶段申请阶段当外设有DMA需求，并且已准备就绪，则向DMA控制器发出DMA请求

35、信号DREQ。DMA控制器接收到DMA请求信号后，向CPU发出总线请求信号HRQ。该信号连接到CPU的HOLD引脚。 CPU DMAC 外部设备外部设备DREQHRQDMA概要概要3. 3. 响应阶段响应阶段CPU收到DMA的HRQ请求后，若允许DMA传输，则在当前总线周期结束后，释放总线控制权。 并向DMAC发HLDA信号，通知他，CPU已交出总线。90CPU检测HRQHRQ有效且LOCK无效CPU交出总线CPU向DMAC发HLDAYNDMAC成为总线主控者成为总线主控者 DMA概要概要DMA概要概要DMA控制器获得总线的控制权，向外设发送应答信号DACK，通知外设可以进行DMA传输了。CP

36、UDMAC外部设备外部设备HRQHLDADREQDACK4. 4. 数据传送阶段数据传送阶段DMA控制器送出地址信号和控制信号，实现外设与内存的数据传输。92 外部设备 DMAC 存储器 DACK地址信号读写信号DMA概要概要5. 5. 传送结束阶段传送结束阶段DMAC向外设发送EOP信号，外设撤销DREQ请求。同时HRQ和HLDA信号变为无效，DMAC释放总线，CPU重获总线控制权。93CPU重获总线控制权重获总线控制权DMAC向外设发EOP信号外设撤消DREQ信号HRQ和HLDA变为无效DMAC交出总线控制权DMA概要概要8237A的编程结构的编程结构n基本特点基本特点n编程结构编程结构n

37、引脚信号引脚信号l8237A-5是一个高性能通用可编程可编程DMAC。n具有4个独立的通道，通过级联方式进行扩充。最多可扩展4个从片，即16个DMA通道。每个通道可传输的最大数据块均为64KB。n可实现内存到外设、外设到内存以及内存到内存之间的高速数据传输，最高数据传输速率可达1.6MB/s1.6MB/s。n具有多种控制方式和操作类型。958237A的编程结构的编程结构一. 8237A的基本特点968237A的编程结构的编程结构lDMA控制器的2种状态n主动工作状态：主模块 在主动工作状态下，DMAC取代处理器CPU，获得了对系统总线的控制权总线的控制权，成为系统总线的主控者，向存储器和外设发

38、号施令发号施令。n被动工作状态：从模块 在被动工作状态下，DMAC接受CPU对它的控制和指挥。例如：对DMAC进行初始化编程以及从DMAC读取状态等。二. 8237A的编程结构l8237包含4个个DMA通道通道和一个公共控制部分公共控制部分。l每个DMA通道包括：基本地址寄存器(16位)、当前地址寄存器(16位)基本字节寄存器(16位) 、当前字节寄存器(16位)请求寄存器请求寄存器位位(1位位) 、屏蔽寄存器屏蔽寄存器位位(1位位)l公共控制部分包括：控制寄存器(8位) 、状态寄存器(8位)、暂存寄存器(8位)方式寄存器方式寄存器(8位)978237A内部结构HOLDHLDACLKHRQHL

39、DACLKAENIORIOWMEMRMEMWREADY控制寄存器暂存寄存器状态寄存器公共部份地电源当前地址寄存器基本地址寄存器基本字节计数器当前字节计数器方式寄存器12通道0通道1通道2通道3DREQ0DACK0DREQ1DACK1DREQ2DACK2DREQ3DACK3使微处理器地址锁存信号无效锁存缓冲器ADSTBENSTB地址译码CSA4A7A0A3DB07A4A7A8A15M/IO连接数据总线A0A31：请求触发器2：屏蔽触发器+5VEOP1l8237A-5外部特性n概况 40引脚双列直插式封装。n引脚说明998237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号DREQ2

40、1234NC5READY6HLDA7ADSTB8AEN9HRQ1011CLK12RESET13DACK214DACK315DREQ31617DREQ118DREQ019GND20IORIOWMEMRMEMWCS8237A40A739A638A53736A435A334A233A132A031VCC30DB029DB128DB227DB326DB425DACK024DACK123DB522DB621DB7EOP（1） 请求与应答信号请求与应答信号DREQ3 DREQ0：DMA通道请求输入信号（由外设提供）。有效电平可高可低，由程序选定。 优先级：DREQ0最高， DREQ3最低。DACK3 DA

41、CK0：DMA响应输出信号（外接外设）。有效电平可高可低，由程序选定。 8237A在同一个时间，只能有一个DACK应答信号有效。1008237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号（1） 请求与应答信号（续）请求与应答信号（续）HRQ：8237A-5向CPU发出的总线请求信号，高电平有效。HLDA：CPU发给8237A-5的总线请求响应信号。高电平有效。有效时表示CPU已让出总线。1018237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号CPUDMAC外部设备外部设备HRQHLDADREQDACK （2）地址信号线）地址信号线A3 A0：地址线，双向三态。

42、l 被动状态下，为输入，作为CPU对8237A内部的16个寄存器与计数器寻址之用。l 主动状态下，为输出，作为20位存储器地址的最低4位。A7 A4：地址线，单向。l 主动状态下，为输出。作为访问20位存储器地址低8位中的高4位。1028237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号 （3）数据信号）数据信号DB7 DB0：地址/数据复用线，双向三态。l被动状态被动状态下，为双向数据线。用于CPU对8237A进行初始化，或DMA传输结束后传送状态。l主动状态主动状态下，分时复用分时复用作为访问存储器的高8位地址线和数据线。在存储器到存储器传送方式中，作为数据的输入输出端。1

43、038237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号 （4）定时和控制信号（）定时和控制信号（1） ：片选信号，低有效。被动状态下用于CPU对8237的寻址。CLK：时钟。控制芯片内部操作和数据传输。RESET：输入信号，复位8237A。READY：准备就绪信号。低电平时，8237A处于等待状态，高电平表示外设或存储器准备就绪。1048237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号CSCSADSTB：地址选通信号。此信号有效时，DMA控制器的当前地址寄存器中的高8位地址通过DB0DB7送到外部锁存器。AEN：地址允许。使地址锁存器中的高8位地址送地址总线

44、。EOP：DMA传输过程结束信号。DMA传送过程结束，则从EOP输出一个低有效脉冲。若从EOP输入低脉冲信号，则表明外部强制结束DMA传送。1058237A的编程结构的编程结构（4 4）定时和控制信号（）定时和控制信号（2 2） （4）定时和控制信号（）定时和控制信号（3） / ：存储器读/写信号，单向输出。当8237A为主动为主动工作状态时，对存储器进行读写。1068237A的编程结构的编程结构三三. 8237A的引脚信号的引脚信号IORIOR IOWIOWMEMWMEMWMEMRMEMR / ：IO读写控制信号。l主动状态下，为输出主动状态下，为输出。对外设进行读写。l被动状态下，为输入被

45、动状态下，为输入。用于CPU向DMAC写命令或初始化参数，或CPU读取8237A内部寄存器状态。页面寄存器8237IORMEMRMEMWDREQ1DACK0DREQ0DACK1IOWA0A7 RDWR RDWRDB0DB7A16A19 A8A15 A0A7 CPUA16A19锁存器 AD0AD7 A0A3 RDWR HRQ HLDA HOLD HLDARAM外设外设 D0D7F8237对内存和对内存和I/O的寻址的寻址存存储储器器寻寻址址I/O寻寻址址F8237对内存和对内存和I/O的寻址的寻址工作方式和工作时序工作方式和工作时序n芯片使用方式芯片使用方式n数据传送方式数据传送方式n传送类型传

46、送类型n工作时序工作时序 1.单芯片工作方式 2.级联工作方式 1.单字节方式 2.连续方式 3.请求传送方式 4.级联方式 工作方式和工作时序工作方式和工作时序 1.DMA读传送 2.DMA写传送 3.数据校验、搜索 4. MM之间传送数据n单芯片工作方式单芯片工作方式系统中仅有一块8237A。可以管理可以管理4 4个独立的个独立的DMADMA过程过程n级联工作方式级联工作方式一个主芯片连接一到多个从片。最多可以管理最多可以管理1616个独立的个独立的DMADMA过程过程112 一.芯片使用方式一.芯片使用方式微处理器 HOLD HLDA HRQ DREQ0 HLDA DACK08237A

47、DREQ3 DACK3 8237AHRQHLDAHRQHLDA 8237A主片从片二. DMA数据传送方式nDMA传送方式单字节传送方式数据块传送方式请求传送方式 (引脚有效) 级连方式nDMA传送类型DMA读DMA写DMA检验存储器存储器8237内部寄存器内部寄存器存储器存储器n 经变通后亦可支持存储器到存储器的传送经变通后亦可支持存储器到存储器的传送DMA读读DMA写写n单字节传送方式单字节传送方式每传送完一个字节数据，DMAC 放弃总线控制权。传送下一个字节时，再重新申请使用总线。特点特点：DMAC 不会长时间占用总线不会长时间占用总线。CPU可在每个DMA周期结束后立即控制总线。CPU

48、与DMAC轮流轮流控制总线，因此不会对系统运行产生较大影响。缺点缺点：DMA传输效率低。115 二. DMA数据传送方式8237A的四种工作方式的四种工作方式116允许 DMADMAC发总线请求CPU响应DMA放弃总线DMAC控制传一个字节放弃总线中断请求NDMA放弃总线NYYDMA请求？块结束否？单字节传送单字节传送n数据块传输方式数据块传输方式DMAC 获得总线控制权后，可连续传输连续传输多个字节。只有当字节全部传送完毕，或被外部强制停止，它才释放总线控制权。优点优点：传输效率高。缺点缺点：DMA传输期间CPU长时间长时间不能控制总线，若一次传输的数据较多，会对系统产生影响。117二. D

49、MA数据传送方式8237A的四种工作方式的四种工作方式118数据块传送数据块传送n请求传输方式请求传输方式类似数据块传输方式。不同在于：每传输一个字节后，DMAC检测检测外设的DMA请求信号DREQ；若DREQ无效，则停止DMA传输，归还总线控制权。优点优点：实现灵活，外设可用DREQ信号控制DMA传输过程。119二. DMA数据传送方式8237A的四种工作方式的四种工作方式120允许DMADMAC发出总线请求CPU响应DMA放弃总线DMAC控制传一个字节放弃总线中断请求YY放弃总线NNYDMA请求？块结束？DMA请求？N请求传送请求传送n级联传输方式级联传输方式将多个DMAC连在一起，一个为

50、主主，其余为从从。从片收到外设的DMA请求后，不是向CPU申请总线，而是向主片申请，再由主片向CPU申请。121二. DMA数据传送方式8237A的四种工作方式的四种工作方式lDMA的传送类型n数据传送数据传送：把源地址的数据传送到目的地址去。DMA读：把数据由存储器传送到外设。（存储器（存储器IO）DMA写：把数据由外设写入存储器。 （IO存储器）存储器）存储器与存储器之间的传递。（M M）读读/写操作均是针对存储器而言。写操作均是针对存储器而言。n数据校验数据校验：对数据块内的每个字节进行校验。n数据检索数据检索：在指定的内存区域内查找某个关键字节或某几个关键数据位是否存在，如果查到了，就