微型计算机原理与组成-第8章 输入输出接口.ppt

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1、第第8章章 输入输入/输出接口输出接口 v8.1 8.1 输入输入/输出及其接口输出及其接口 v8.2 8.2 数据传送方式数据传送方式 v8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v8.4 8.4 并行输入输出接口并行输入输出接口 v8.5 8.5 串行输入输出接口串行输入输出接口 v本章小结本章小结 v 输入输入/输出设备是计算机系统的重要组输出设备是计算机系统的重要组成部分，计算机通过它们与外设进行数据成部分，计算机通过它们与外设进行数据交换。交换。v 在微机系统中，各种输入在微机系统中，各种输入/输出设备通输出设备通过输入过输入/输出接口与系统相连，并在接口的输出接口与系统相连，并在接

2、口的支持下实现各种方式的数据传送。支持下实现各种方式的数据传送。v 把外围设备同微型计算机连接起来的把外围设备同微型计算机连接起来的电路称为外设接口电路，简称外设接口。电路称为外设接口电路，简称外设接口。8.1 8.1 输入输入/输出及其接口输出及其接口 v 8.1.1 8.1.1 I/OI/O信息的组成信息的组成 v 1.数据信息数据信息v 数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。v 2.状态信息状态信息v 状态信息是状态信息是CPU与外设之间交换数据时的与外设之间交换数据时的联络信息。联络信息。v 3.控制信息控制信息v 控制信息用来设置控制信息用来设置

3、I/O外设外设(包括包括I/O接口接口)的工作模式、命令字等有关信息。如的工作模式、命令字等有关信息。如“启动启动”，“停止停止”信息。信息。v 8.1.2 8.1.2 外设接口的作用外设接口的作用 v 外设接口电路应具有如下功能：外设接口电路应具有如下功能：v 1.1.转换转换信息格式。信息格式。v 如如串串并并转转换换、并并串串转转换换、配配备备校校验验位等。位等。v v2.提提供供联联络络信信号号，协协调调数数据据传传送送的的状状态态信息。信息。v 如如设设备备“就就绪绪”、“忙忙”，数数据据缓缓冲冲器器“满满”、“空空”等信号。等信号。v 3.协调定时差异。协调定时差异。v 为协调微机

4、与外设在定时或数据处理为协调微机与外设在定时或数据处理速度上的差异，使两者之间的数据交换取速度上的差异，使两者之间的数据交换取得同步，有必要对传输的数据或地址加以得同步，有必要对传输的数据或地址加以缓冲或锁存。缓冲或锁存。v 4.进行译码选址。进行译码选址。v 在在具具有有多多台台外外设设的的系系统统中中，外外设设接接口口必必须须具具有有提提供供地地址址译译码码以以及及确确定定设设备备码的功能。码的功能。v v5.实现电平转换。实现电平转换。v 为为使使微微型型计计算算机机同同外外设设匹匹配配，接接口口电电路路必须具有电平转换和驱动功能。必须具有电平转换和驱动功能。v 6.具备时序控制。具备时

5、序控制。v 有有的的接接口口电电路路具具有有自自己己的的时时钟钟发发生生器器，以以满满足足微微型型计计算算机机和和各各种种外外设设在在时时序序方方面面的要求。的要求。v v7.可编程序。可编程序。v 对一些通用的、功能齐全的接口电路，对一些通用的、功能齐全的接口电路，应该具有可编程序的能力。应该具有可编程序的能力。v 8.1.3 8.1.3 I/OI/O端口寻址方式端口寻址方式 v CPU对外设的访问实质上是对外设接对外设的访问实质上是对外设接口电路中相应端口的访问。口电路中相应端口的访问。I/O端口的寻址端口的寻址方式有两种，即方式有两种，即I/O指令寻址和存储器映象指令寻址和存储器映象I/

6、O寻址。寻址。v 1.I/O指令寻址指令寻址 v 2.存储器映象的存储器映象的I/O端口寻址端口寻址 8.2 8.2 数据传送方式数据传送方式 v 8.2.1 8.2.1 程序控制传送方式程序控制传送方式v v 程序控制数据程序控制数据传传送方式分送方式分为为无条件无条件传传送、送、查询传查询传送和中断送和中断传传送。送。这类传这类传送方式送方式的特点是以的特点是以CPU为为中心，数据中心，数据传传送由送由CPU控制，通控制，通过预过预先先编编制好的制好的输输入或入或输输出程序出程序实现实现数据的数据的传传送。送。v 1.无条件传送方式无条件传送方式v 无条件传送方式是假设输入接口数据无条件传

7、送方式是假设输入接口数据已经准备好，或者输出设备是空闲的，此已经准备好，或者输出设备是空闲的，此时时CPU无需查询状态，直接用无需查询状态，直接用IN和和OUT指指令完成与接口之间的数据传送。令完成与接口之间的数据传送。v 2.查询传送方式查询传送方式 v 利用查询方式输入数据之前，利用查询方式输入数据之前，CPU要查要查询输入数据是否准备好；利用查询方式输询输入数据是否准备好；利用查询方式输出数据之前，出数据之前，CPU要查询输出设备是否空要查询输出设备是否空闲。只有确认外设已经具备了传送条件后，闲。只有确认外设已经具备了传送条件后，才能用才能用IN和和OUT指令完成数据传送。指令完成数据传

8、送。v 中断控制传送方式中断控制传送方式v 中断控制的输入和输出方式，也成中断中断控制的输入和输出方式，也成中断传送方式。传送方式。v 当外设的输入数据准备好或接受数据的当外设的输入数据准备好或接受数据的锁存器空时，变主动项锁存器空时，变主动项CPU发出中断请求，发出中断请求，使使CPU中断原来执行的程序（主程序），中断原来执行的程序（主程序），转去执行为外设服务的输入或输出操作，转去执行为外设服务的输入或输出操作，服务完毕服务完毕CPU再再继续执行原来的程序。继续执行原来的程序。v 8.2.2 8.2.2 DMADMA传送方式传送方式 v DMA方式的数据交换是由硬件来实现。方式的数据交换是

9、由硬件来实现。v 数据交换过程由数据交换过程由DMA控制器来控制，控制器来控制，CPU不介入。不介入。8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v 8.3.1 8.3.1 DMADMA控制器的基本概念控制器的基本概念v 直直接接存存储储器器存存取取DMA（direct memory access）方方式式用用硬硬件件实实现现存存储储器器与与存存储储器器之之间间或或存存储储器器与与I/O设设备备之之间间直直接接进进行行高高速速数数据据传传送，不需要送，不需要CPU的干的干预预。v DMA传送包括：传送包括：RAMI/O端口的端口的DMA读传送；读传送；I/O端口端口RAM 的的DMA写传写传送；

10、送；RAMRAM的存储单元传送。的存储单元传送。v 8.3.2 8.3.2 DMADMA传送过程传送过程 v 1.单字节传送方式单字节传送方式v 每每次次DMA传传送送只只传传送送一一个个字字节节的的数数据据，传传送送后后释释放放总总线线由由CPU控控制制总总线线至至少少一一个个完完整整的的总总线线周周期期。然然后后测测试试DMA请请求求线线DREQ，若有效，再进入若有效，再进入DMA周期。周期。v 2.成组传送方式成组传送方式v 一个一个DMA请求可以传送一组信息。在请求可以传送一组信息。在DMAC初始化时，由编程决定这一组信息初始化时，由编程决定这一组信息的字节数，只要在的字节数，只要在D

11、ACK有效之前有效之前DREQ保持有效即可。一旦保持有效即可。一旦DACK有效，不管有效，不管DREQ是否有效，是否有效，DMAC一直不放弃总线一直不放弃总线控制权，直到整个数组传送完。控制权，直到整个数组传送完。v 3.请求传送方式请求传送方式v 请求传送方式又称查询传送方式。该方请求传送方式又称查询传送方式。该方式的传送类似于成组传送方式，但每传送式的传送类似于成组传送方式，但每传送一个字节后，一个字节后，DMAC就检测就检测DREQ，若无若无效，则挂起；若有效，继续效，则挂起；若有效，继续DMA传送，直传送，直到一组信息传送结束由外加信号强制到一组信息传送结束由外加信号强制DMAC中止操

12、作。中止操作。v DMA具有下列特点：具有下列特点：v 主主存存既既可可被被CPU访访问问，又又可可被被外外设设直直接接访问。访问。v 数数据据块块传传送送时时，主主存存地地址址的的确确定定，传传送送数据的计数控制等都用硬件电路直接实现。数据的计数控制等都用硬件电路直接实现。v 主主存存中中要要开开设设专专用用缓缓冲冲区区，及及时时供供给给和和接收外设的数据。接收外设的数据。v DMA传传送送速速度度快快，可可使使CPU和和外外设设并并行行工作，提高了系统的效率。工作，提高了系统的效率。v DMA在开始前和结束后要通过程序和中在开始前和结束后要通过程序和中断方式进行预处理。断方式进行预处理。v

13、 8.3.3 8237 8.3.3 8237A A控制器控制器 v 8.3.4 8237 8.3.4 8237A A的应用的应用 表表8-6 PC/AT DMAC寄存器寄存器I/O端口地址端口地址8237A内部寄存器口地址内部寄存器口地址DMAC1DMAC2内部寄存器名称内部寄存器名称DMA+00H0000C0CH0基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+01H0010C2CH0基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+02H0020C4CH1基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+03H0030C6CH1基本字节寄存器

14、和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+04H0040C8CH2基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+05H0050CACH3基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+06H0060CCCH3基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+07H0070CECH3基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+08H0080D0状态寄存器状态寄存器/控制寄存器控制寄存器DMA+09H0090D2请求寄存器请求寄存器DMA+0AH00A0D4屏蔽寄存器屏蔽寄存器DMA+0BH00B0D6方式寄存

15、器方式寄存器DMA+0CH00C0D8先先/后触发器后触发器DMA+0DH00D0DA暂存器暂存器/复位命令复位命令DMA+0EH00E0DC清屏蔽寄存器清屏蔽寄存器DMA+0FH00F0DE多通道屏蔽寄存器多通道屏蔽寄存器8.4 8.4 并行输入输出接口并行输入输出接口 v 8.4.1 8.4.1 概述概述v 并并行行输输入入/输输出出是是将将一一个个字字符符的的几几个个位位同同时时传传输输，它它具具有有传传输输速速度度快快、效效率率高高的的优优点点。并并行行通通讯讯所所用用的的电缆较电缆较多，不适合多，不适合长长距离距离传输传输。v 所所以以，并并行行通通讯讯一一般般用用在在数数据据传传输

16、输率率要要求求较较高高，而而传输传输的距离的距离较较短的短的场场合。合。v 实现实现并行并行输输入入输输出的接口是并行接口。出的接口是并行接口。v 8.4.2 8.4.2 并行通信接口芯片并行通信接口芯片 8.5 8.5 串行输入输出接口串行输入输出接口 v 8.5.1 8.5.1 串行通信概述串行通信概述 v 串串行行通通讯讯是是指指数数据据一一位位一一位位地地顺顺序序传传送送，只只占占用用一一条条传传输输线线，它它可可由由两两种种方方式式来来实实现现：一一种种是是将将8位位通通道道中中的的一一位位依依靠靠软软件件来来实实现现串串行行数数据据传传送送；另另一一种种是是通通过过专专用用的的通通

17、讯讯接接口口，将并行数据转换为串行数据再进行传送。将并行数据转换为串行数据再进行传送。v 在并行通讯中，数据有多少位就要有在并行通讯中，数据有多少位就要有多少传输线，而串行通讯只需要一条传输多少传输线，而串行通讯只需要一条传输线，所以串行通讯可以节省传输线。线，所以串行通讯可以节省传输线。v 8.5.2 8.5.2串行通信接口芯片串行通信接口芯片 本章小结本章小结 v 通过本章的学习，读者应了解通过本章的学习，读者应了解I/OI/O信息的信息的组成、组成、I/OI/O接口的作用、接口的作用、I/OI/O端口的寻址方式端口的寻址方式等基本概念；等基本概念；v 掌握输入掌握输入/输出传送方式，常用的数据传输出传送方式，常用的数据传送方式包括程序控制的输入送方式包括程序控制的输入/输出方式和输出方式和DMADMA数据传送方式；数据传送方式；v DMA DMA传送方式在高速数据传送过程中起到传送方式在高速数据传送过程中起到非常重要的作用。非常重要的作用。DMADMA传送方式通常由传送方式通常由DMADMA控控制器制器82378237A A控制完成控制完成。