第6章输入输出.ppt

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1、第第 6 6章章第第6 6章章 基本输入输出接口基本输入输出接口教学重点n I/O接口电路的典型结构接口电路的典型结构n 无条件传送方式无条件传送方式n 查询传送方式查询传送方式 6.1 I/O接口概述为什么需要为什么需要I/O接口（电路）？接口（电路）？n微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样n工工作作原原理理、驱驱动动方方式式、信信息息格格式式、以以及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n它们不能与它们不能与CPU直接相连直接相连n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n这部分电路被称为这部分电路被称为I/O接口电路接口电路多种外设多种外设6.1 I/

2、O接口概述什么是什么是I/O接口（电路）？接口（电路）？nI/O接接口口是是位位于于系系统统与与外外设设间间、用用来来协协助助完成数据传送和控制任务的逻辑电路完成数据传送和控制任务的逻辑电路什么是微机接口技术？什么是微机接口技术？n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n注意其软硬结合的特点注意其软硬结合的特点n根根据据应应用用系系统统的的需需要要，使使用用和和构构造造相相应应的的接接口口电电路路，编编制制配配套套的的接接口口程程序序，支支持和连接有关的设备持和连接有关的设备CPUCPU接口接口接口接口电路电路电路电路 I/O I/O设备设备设备设备6.1.1 I/O接口

3、的主要功能 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输出接口有输出接口有锁存环节锁存环节，输入接口有，输入接口有缓冲环节缓冲环节实际的电路常用：实际的电路常用：输出锁存缓冲环节输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节输入锁存缓冲环节 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微机直接处理：微机直接处理：数字量数字量、开关量开关量、脉冲量脉冲量 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络6.1.2 I/O接口的典型结构控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCP

4、U外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器1.接口电路的内部结构接口电路的内部结构2.接口电路的外部特性接口电路的外部特性3.接口电路的可编程性接口电路的可编程性1.接口电路的内部结构nCPU与与外外设设主主要要有有数数据据、状状态态和和控控制制信信息息需要相互交换，于是从应用角度看内部：需要相互交换，于是从应用角度看内部：数据寄存器数据寄存器n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n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n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2.接

5、口电路的外部特性n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：n用于与用于与CPU连接连接n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：n用于与外设连接用于与外设连接n提供的信号五花八门提供的信号五花八门n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3.接口电路的可编程性n许许多多接接口口电电路路具具有有多多种种功功能能和和工工作作方方式式，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n接接口口需需要要进进行行物物理理连连接接，还还需需要要编编写写接接口

6、口软件软件n接口软件有两类：接口软件有两类：n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n数数据据交交换换程程序序段段管管理理、控控制制、驱驱动动外外设设，负责外设和系统间信息交换负责外设和系统间信息交换6.1.3 I/O端口的编址接口电路占用的接口电路占用的I/O端口有两类编排形式端口有两类编排形式nI/O端口单独编址端口单独编址nI/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n如如8086/8088nI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间n如如M6800理解端口I/O端口单独编址n优点：优点：nI/O端口的地址

7、空间独立端口的地址空间独立n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n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n缺点：缺点：nI/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内存空间空间I/O空间空间FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址I/O端口与存储器统一编址n优点：优点：n不需要专门的不需要专门的I/O指令指令nI/O数数据据存存取取与与存存储储器器数数据存取一样灵活据存取一样灵活n缺点：缺点：nI/O端端口口要要占占去去部部分分存存储储器地址空间器地址空间n程程序序不不易易阅阅读读（不不易易分分清清访存和访问外设）访存和访

8、问外设）内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000FFFFF6.1.4 8088/8086的输入输出指令n输入指令输入指令IN AL,i8;字节输入，直接寻址字节输入，直接寻址IN AL,DX;字节输入，间接寻址字节输入，间接寻址IN AX,i8;字输入，直接寻址字输入，直接寻址IN AX,DX;字输入，间接寻址字输入，间接寻址n输出指令输出指令OUT i8,AL;字节输出，直接寻址字节输出，直接寻址OUT DX,AL;字节输出，间接寻址字节输出，间接寻址OUT i8,AX;字输出，直接寻址字输出，直接寻址OUT DX,AX;字输出，间接寻址字输出，间接寻址演示演示演示演示8

9、088/8086的I/O端口n8088只只能能通通过过输输入入输输出出指指令令与与外外设设进进行行数数据据 交交 换换；呈呈 现现 给给 程程 序序 员员 的的 外外 设设 是是 端端 口口（Port），即），即I/O地址地址n8086用用于于寻寻址址外外设设端端口口的的地地址址线线为为16条条，端端口口最最多多为为21665536（64K）个个，端端口口号为号为0000H FFFFHn每个端口用于传送一个字节的外设数据每个端口用于传送一个字节的外设数据I/O寻址方式n8088/8086的的端端口口有有64K个个，无无需需分分段段，设计有两种寻址方式设计有两种寻址方式v直直接接寻寻址址：只只用

10、用于于寻寻址址00H FFH前前256个端口，操作数个端口，操作数i8表示端口号表示端口号v间间接接寻寻址址：可可用用于于寻寻址址全全部部64K个个端端口口，DX寄存器的值就是端口号寄存器的值就是端口号n对大于对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式的端口只能采用间接寻址方式数据交换方式n如果输入输出一个字节，利用如果输入输出一个字节，利用AL寄存器寄存器n如果输入输出一个字，利用如果输入输出一个字，利用AX寄存器寄存器n输输入入一一个个字字，实实际际上上是是从从连连续续两两个个端端口口输输入入两两个个字字节节，分分别别送送AL（对对应应低低地地址址端端口口）和和AH（对应高地址端口）（对应高地

11、址端口）n输输出出一一个个字字，实实际际上上是是将将AL（对对应应低低地地址址端端口口）和和AH（对对应应高高地地址址端端口口）两两个个字字节节的内容输出给连续两个端口的内容输出给连续两个端口IN指令（从20H端口输入一个字）；方法方法1 1：字量输入，直接寻址字量输入，直接寻址in ax,20hin ax,20h；方法方法2 2：字量输入，间接寻址字量输入，间接寻址mov dx,20hmov dx,20hin ax,dxin ax,dx；方法方法3：字输入，直接寻址字输入，直接寻址in al,21hin al,21hmov ah,almov ah,alin al,20hin al,20h；方

12、法方法4：字输入，字输入，间间接寻址接寻址mov dx,21hmov dx,21hin al,dxin al,dxmov ah,almov ah,aldec dxdec dxin al,dxin al,dxOUT指令（向300H端口输出一个字节）；唯一的方法：间接寻址，字节量输出；唯一的方法：间接寻址，字节量输出mov al,bvarmov al,bvar；bvarbvar是字节变量是字节变量mov dx,300hmov dx,300hout dx,alout dx,al逻辑门电路进行I/O地址译码A9A8A7A6A5A2A4A3AENA1A074LS033E7H6.1.6 数据传送方式n程程

13、序序控控制制下下的的数数据据传传送送通通过过CPU执执行行程程序序中中的的I/O指指令令来来完完成成传传送送，又又分分为为：无无条条件件传传送送、查询传送、中断传送查询传送、中断传送n直直接接存存储储器器存存取取（DMA）传传送送请请求求由由外外设设向向DMA控控制制器器（DMAC）提提出出，后后者者向向CPU申申请请总总线线，最最后后DMAC利利用用系系统统总总线线来来完完成成外外设设和存储器间的数据传送和存储器间的数据传送6.2 无条件传送方式及其接口n在在CPU与与慢慢速速变变化化的的设设备备交交换换数数据据时时，可可以以认认为为它它们们总总是是处处于于“就就绪绪”状状态态，随随时时可可

14、以以进进行行数数据据传传送送，这这就就是是无无条条件件传传送送，或称立即传送、同步传送或称立即传送、同步传送n适适合合于于简简单单设设备备，如如LED数数码码管管、按按键键或按钮等或按钮等n无条件传送的接口和操作均十分简单无条件传送的接口和操作均十分简单n这种传送有前提：外设必须随时就绪这种传送有前提：外设必须随时就绪流程流程无条件传送：输入实例MOV DX,160HINAL,DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数数据据总总线线CSRD无条件传送：输出实例MOV DX,160HMOV AL,BXOUT DX,AL+5V74LS373300 x 8LE OE数数据据总总线线CSWR6

15、.3 查询传送方式及其接口nCPU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n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n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 查询环节查询环节n寻址状态口寻址状态口n读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位n若不就绪就继续查询，直至就绪若

16、不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n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n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流流程程6.3.1 查询输入接口IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D0D输入输入设备设备IORSTBmov 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

17、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6.3.2 查询输出接口8D锁存器锁存器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D7D+5V输出输出设备设备ACKIOWIORmov 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

18、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传送方式的比较n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n查询传送查询传送：简单实用，效率较低简单实用，效率较低n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 nDMA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传送送就绪（Ready）n在输入场合在输入场合n“就就绪绪”说说明明输输入入接接口口已已准准备备好好送送往往CPU的的数数据据，正等着正等着CPU来读取来读取n该状态也可用接口中数据缓冲器已该状态也可用接口中数据缓冲器已“满满”来描述来描述n 在输出场合在输出场合n“就就绪绪”说说明明输输出出接接口口已已做做好好准准备备，等等待待接接收收CPU要输出的数据要输出的数据n该该状状态态也也可可用用接接口口数数据据缓缓冲冲器器已已“空空”、或或者者用用接接口（外设）口（外设）“闲闲”或不或不“忙（忙（Busy）”来描述来描述就绪：满，空、闲、不忙就绪：满，空、闲、不忙返回