微原-第7章2.ppt

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1、7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式输入输入/输出的控制方式输出的控制方式是指以何种方式控制是指以何种方式控制计算机的主机计算机的主机(包括微处理器、存储器等包括微处理器、存储器等)与与I/OI/O接口之间进行数据传送。接口之间进行数据传送。根据根据I/OI/O设备与主机的并行工作程度，微型设备与主机的并行工作程度，微型计算机的输入计算机的输入/输出控制方式主要有输出控制方式主要有无条件无条件传送方式、程序查询方式、传送方式、程序查询方式、I/OI/O中断方式和中断方式和DMADMA方式等四种。方式等四种。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式

2、输出的基本方式及基本模式1.1.无条件传送方式无条件传送方式(又称又称“同步传送方式同步传送方式”)指指I/OI/O设备可以在微处理器限定的时间设备可以在微处理器限定的时间内准备就绪，可以直接执行预先编制的内准备就绪，可以直接执行预先编制的I/OI/O程序实现输入程序实现输入/输出操作，而无需查询输出操作，而无需查询I/OI/O设备的状态。设备的状态。最简单的输入最简单的输入/输出控制方式输出控制方式;所需要所需要的软、硬件较少，实现简单。但前提条件的软、硬件较少，实现简单。但前提条件是要求是要求I/OI/O设备能够及时准备就绪。设备能够及时准备就绪。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及

3、基本模式输出的基本方式及基本模式无条件传送方式典型的输入无条件传送方式典型的输入/输出接口形式输出接口形式:(a)(a)输入数据端口的典型结构输入数据端口的典型结构7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式无条件传送方式典型的输入无条件传送方式典型的输入/输出接口形式输出接口形式:(b)(b)输出数据端口的典型结构输出数据端口的典型结构7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式2.2.程序查询方式程序查询方式 程序查询方式也称为程序查询方式也称为“异步传送方式异步传送方式”或者或者“有条件传送方式有条件传送方式”，其典型结构如图，

4、其典型结构如图7.17.1所示。所示。在这种方式中，微处理器在进行输入在这种方式中，微处理器在进行输入/输出操作前要不断查询输出操作前要不断查询I/OI/O设备的状态，只设备的状态，只有当有当I/OI/O设备准备就绪时才执行设备准备就绪时才执行I/OI/O指令，完指令，完成输入成输入/输出操作。因此，输出操作。因此，I/OI/O接口除了数据接口除了数据端口外，还需要具有指示端口外，还需要具有指示I/OI/O设备状态的端设备状态的端口，以供微处理器的查询和检测口，以供微处理器的查询和检测 右图为微处理器右图为微处理器采用程序查询方式从采用程序查询方式从一个一个I/OI/O设备输入一设备输入一个数

5、据块个数据块(如硬盘的如硬盘的一个扇区一个扇区)并存放到并存放到主存的基本流程图主存的基本流程图:7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式图图7.5 7.5 程序查询方式的流程图程序查询方式的流程图 7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式 当系统中有多个当系统中有多个I/OI/O设备进行输入设备进行输入/输出操作时，输出操作时，微处理器需要按照一定次序或优先级轮流查询这些微处理器需要按照一定次序或优先级轮流查询这些I/OI/O设备的状态，当某个设备的状态，当某个I/OI/O设备就绪时，则完成这设备就绪时，则完成这个个I/OI

6、/O设备的输入或输出操作，其流程如图设备的输入或输出操作，其流程如图7.67.6所示。所示。由于微处理器需要轮流查询多个由于微处理器需要轮流查询多个I/OI/O设备的状设备的状态，所以当某个设备准备就绪时，微处理器并不一态，所以当某个设备准备就绪时，微处理器并不一定能及时响应，特别是在定能及时响应，特别是在I/OI/O设备速度较快时，问设备速度较快时，问题更加严重，所以程序查询方式的题更加严重，所以程序查询方式的实时性也较差，实时性也较差，通常只适合慢速设备的输入通常只适合慢速设备的输入/输出操作输出操作。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式图图 7.6

7、7.6 对多个设备的程序查询流程对多个设备的程序查询流程 7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式3.I/O3.I/O中断方式中断方式图图7.7 I/O7.7 I/O中断方式的过程中断方式的过程7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式I/OI/O中断方式在中断方式在I/OI/O设备准备期间不需要微处设备准备期间不需要微处理器理器“原地踏步原地踏步”查询查询I/OI/O设备的状态设备的状态,而程序而程序查询方式则是串行的，所以查询方式则是串行的，所以I/OI/O中断方式充分利中断方式充分利用了微处理器资源，用了微处理器资源，提高

8、了输入提高了输入/输出操作的效输出操作的效率率。当采用当采用I/OI/O中断方式实现系统中多个中断方式实现系统中多个I/OI/O设备设备的输入的输入/输出操作时，利用硬件排队电路和中断输出操作时，利用硬件排队电路和中断屏蔽寄存器可以灵活地安排这些屏蔽寄存器可以灵活地安排这些I/OI/O设备的优先设备的优先级，及时地对中断请求做出响应，因此也级，及时地对中断请求做出响应，因此也具有具有较好的实时性较好的实时性。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式与程序查询方式相比，实现与程序查询方式相比，实现I/OI/O中断方式需要中断方式需要增加有关的软、硬件，比如接口中

9、需要增加中增加有关的软、硬件，比如接口中需要增加中断请求电路，系统中还要增加中断控制电路，断请求电路，系统中还要增加中断控制电路，实现优先级设置和判定、中断允许和屏蔽，以实现优先级设置和判定、中断允许和屏蔽，以及产生中断向量地址等功能，因此及产生中断向量地址等功能，因此I/OI/O中断方式中断方式在在一定程度上增加成本和复杂性一定程度上增加成本和复杂性。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式4.DMA4.DMA方式方式 DMADMA(Direct(Direct Memory Access)Memory Access)方式称为方式称为直直接存储器访问接存储器访

10、问方式，其含义是直接在主存储器方式，其含义是直接在主存储器和和I/OI/O设备之间成块传送数据，既不需要微处设备之间成块传送数据，既不需要微处理器的参与，数据也不需要在微处理器中进行理器的参与，数据也不需要在微处理器中进行中转中转 7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式 在在DMADMA方式中，控制数据在主存储器和方式中，控制数据在主存储器和I/OI/O接口之间进行传送的硬件称为接口之间进行传送的硬件称为DMADMA控制控制(DMAC)(DMAC)，其内部组成和工作原理如图，其内部组成和工作原理如图7.87.8所所示。由于示。由于DMADMA控制器将控制器将

11、I/OI/O设备连接在总线上，设备连接在总线上，作用类似于作用类似于I/OI/O接口，因此也将其称为接口，因此也将其称为DMADMA接接口口。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式图图7.8 DMA7.8 DMA控制器的内部组成和工作原理控制器的内部组成和工作原理7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式。在数据传送过程中，数据缓存器用于暂存数在数据传送过程中，数据缓存器用于暂存数据，地址寄存器存放的是在主存储器中的地址，据，地址寄存器存放的是在主存储器中的地址，它的值随着数据的传送而递增或递减，字计数它的值随着数据的传送而递

12、增或递减，字计数器的初值等于数据块的字节数，每传送一个字器的初值等于数据块的字节数，每传送一个字节，字计数器自动减节，字计数器自动减1 1，当其值变为，当其值变为0 0时，传送时，传送结束，而控制结束，而控制/状态寄存器和控制逻辑电路则用状态寄存器和控制逻辑电路则用于控制于控制DMADMA工作方式、指示工作方式、指示DMADMA控制器的状态。控制器的状态。以输入设备为例，一个完整的以输入设备为例，一个完整的DMADMA传送传送过程下：过程下：7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式微处理器启动输入设备，并且将数据块在主微处理器启动输入设备，并且将数据块在主存储

13、器的起始地址、数据块的字或字节数，存储器的起始地址、数据块的字或字节数，以及以及DMADMA的工作方式等内容写入地址寄存的工作方式等内容写入地址寄存 器、字计数器和控制器、字计数器和控制/状态寄存器，完成状态寄存器，完成对对DMADMA控制器的设置；控制器的设置；输入设备准备就绪后将一个字节写入输入设备准备就绪后将一个字节写入DMADMA控制控制 器的数据缓存器中，并向器的数据缓存器中，并向DMADMA控制器提出控制器提出DMADMA请请 求；求；DMADMA控制器向微处理器发出控制器向微处理器发出HOLDHOLD信号，申请信号，申请 总线的使用权总线的使用权.微处理器释放总线，并通微处理器释

14、放总线，并通过过 HLDAHLDA信号向信号向DMADMA控制器做出应答；控制器做出应答；DMADMA控制器占用总线，通过总线给出地址、控制器占用总线，通过总线给出地址、数据和写信号，将一个字节数据写入主存储数据和写信号，将一个字节数据写入主存储 器中，然后将字计数器减器中，然后将字计数器减1 1，并向输入设备，并向输入设备 做出做出DMADMA应答；应答；7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式重复重复-步，直至计数器为步，直至计数器为0 0，然后，然后DMADMA控制器通过中断方式通知微处理器传送控制器通过中断方式通知微处理器传送 结束，并释放总线。结束，

15、并释放总线。7.3 7.3 输入输入/输出的基本方式及基本模式输出的基本方式及基本模式DMADMA传送方式的突出优点传送方式的突出优点 传送过程无需处理器的控制，数据也无需传送过程无需处理器的控制，数据也无需经过微处理器，而是直接在经过微处理器，而是直接在I/OI/O设备与主存储设备与主存储器间进行，因此既节省了微处理器的时间，器间进行，因此既节省了微处理器的时间，也使传送速率大大提高，特别适合于硬盘等也使传送速率大大提高，特别适合于硬盘等高速高速I/OI/O设备的输入设备的输入/输出操作。输出操作。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术一、一、I/OI/O地址译码及译码电路地址

16、译码及译码电路I/OI/O地址译码方式和存储器地址译码方式一样，地址译码方式和存储器地址译码方式一样，有下列三种译码方式：有下列三种译码方式：l 全地址译码方式全地址译码方式 l 部分地址译码方式部分地址译码方式l 线地址译码方式线地址译码方式7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术一、一、I/OI/O地址译码及译码电路地址译码及译码电路在在I/OI/O地址译码中，采用的译码电路形式，也地址译码中，采用的译码电路形式，也和存储器地址译码一样，有：和存储器地址译码一样，有：l 门电路译码门电路译码 l 专用译码器译码专用译码器译码 l 数字比较器译码数字比较器译码l 可编程逻辑器件（

17、如可编程逻辑器件（如CPLD/FPGACPLD/FPGA）译码等）译码等 7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术 在在I/OI/O地址译码中，不管采用何种译码方地址译码中，不管采用何种译码方式和译码电路形式，与存储器地址译码不同式和译码电路形式，与存储器地址译码不同之处为参加译码的地址线的条数不同，以及之处为参加译码的地址线的条数不同，以及参加译码的控制信号不同。下面给出了在不参加译码的控制信号不同。下面给出了在不同的系统中进行同的系统中进行I/OI/O端口地址译码及端口地址译码及I/OI/O电路电路设计时，用到的总线信号：设计时，用到的总线信号：，7.4 7.4 常用芯片的接口

18、技术常用芯片的接口技术l 80888088最小方式系统：最小方式系统：l 80888088最大方式系统最大方式系统:l IBM PC/XT IBM PC/XT 系统：系统：l 80868086最大方式系统：最大方式系统：l 80868086最小方式系统最小方式系统:7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术 注意注意，IBM PCIBM PC系系统统机采用的机采用的CPUCPU为为80888088，给给I/OI/O分配地址只用了分配地址只用了A A9A A010条地址条地址线线，所，所以以I/OI/O地址空地址空间为间为 （即（即 ）其中前其中前512B512B地址分配给主机板上的地

19、址分配给主机板上的I/OI/O，后，后512B512B地址分配给插件板上的地址分配给插件板上的I/OI/O。而且当。而且当AENAEN1 1时表示正在进行时表示正在进行DMADMA操作，因此，设计译码电操作，因此，设计译码电路时，应该使路时，应该使AENAEN0 0。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术二、系统总线驱动及控制在较大的微机应用系统中，在较大的微机应用系统中，I/OI/O插件板设计时插件板设计时要考虑系统总线的负载能力，必要时可以通过要考虑系统总线的负载能力，必要时可以通过缓冲器或总线驱动来提高总线的负载能力。常缓冲器或总线驱动来提高总线的负载能力。常用的缓冲器或总

20、线驱动器有用的缓冲器或总线驱动器有74LS37374LS373、74LS244(74LS244(单向单向8 8位位)和和74LS245(74LS245(双向双向8 8位位)等等 u 对单向的地址总线及控制总线的驱动可对单向的地址总线及控制总线的驱动可以以74LS37374LS373、74LS24474LS244等芯片缓冲的方式等芯片缓冲的方式 7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术u 对双向系统数据总线的驱动与控制，要遵对双向系统数据总线的驱动与控制，要遵循下列原则：循下列原则：只有当只有当CPUCPU读板内读板内I/OI/O端口时，驱动器指向系端口时，驱动器指向系统总线的三态门

21、才允许导通；统总线的三态门才允许导通；只有当只有当CPUCPU写板内写板内I/OI/O端口时，驱动器指向板端口时，驱动器指向板内的三态门是导通的；内的三态门是导通的；当当CPUCPU不去寻址板内不去寻址板内I/OI/O端口时，驱动器两边端口时，驱动器两边均处于高阻状态。均处于高阻状态。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术典型例题典型例题 例例7.1 7.1 在在PC/XTPC/XT系统总线上扩充设计一个数系统总线上扩充设计一个数据输出端口，据输出端口，分配给该端口的地址为分配给该端口的地址为280H280H，输出端口芯片用输出端口芯片用74LS37474LS374，输出设备为，

22、输出设备为8 8个个LEDLED发光二极管。发光二极管。（1 1）画出此输出端口与）画出此输出端口与PC/XTPC/XT系统总线以及系统总线以及与与LEDLED发光二极管的连接图。发光二极管的连接图。（2 2）编写使）编写使8 8个个LEDLED发光二极管每间隔一段时发光二极管每间隔一段时间交替亮灭的功能段程序。间交替亮灭的功能段程序。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术解：解：74LS37474LS374的功能和的功能和74LS37374LS373相同，都是相同，都是8 8位数据输出锁存器，不同之处是使能信号的位数据输出锁存器，不同之处是使能信号的有效形式，有效形式，74LS

23、37474LS374的使能信号的使能信号CPCP为上升沿为上升沿有效。有效。LEDLED发光二极管导通时流过的电流应发光二极管导通时流过的电流应20mA,20mA,否则会损坏器件。设计的此输出端口否则会损坏器件。设计的此输出端口与与PC/XTPC/XT系统总线以及与系统总线以及与LEDLED发光二极管的连发光二极管的连接图如图接图如图7.97.9所示。所示。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术图图7.9 7.9 例例7.17.1的连接图的连接图7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术编写使编写使8 8个个LEDLED发光二极管每间隔一段时间交发光二极管每间隔一段时间

24、交替亮灭的功能段程序如下：替亮灭的功能段程序如下：MOV DX,280HMOV DX,280HLOP:MOV AL,0FFHLOP:MOV AL,0FFH OUT DX,AL OUT DX,AL ；使；使8 8个个LEDLED发光二极管亮发光二极管亮 CALL DELAY1S CALL DELAY1S；调用；调用1 1秒延时子程序秒延时子程序 MOV AL,00HMOV AL,00H OUT DX,AL OUT DX,AL ；使；使8 8个个LEDLED发光二极管灭发光二极管灭 JMP LOPJMP LOP7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术典型例题典型例题 例例7.2 7.2

25、 在在8086 CPU8086 CPU工作在最小方式组成的微机工作在最小方式组成的微机系中系中.扩充设计一个数据输入端口，分配给该端扩充设计一个数据输入端口，分配给该端口的地址口的地址8001H8001H，输入端口芯片用，输入端口芯片用74LS24574LS245，输，输入设备为入设备为8 8个乒乓开关。个乒乓开关。（1 1）画出此输入端口与）画出此输入端口与80868086系统总线以及与输系统总线以及与输入设备的连接图。入设备的连接图。（2 2）编写程序检测）编写程序检测K K0 0开关，若开关，若K K0 0断开，程序转断开，程序转向向PROG1PROG1；K K0 0闭合，程序转向闭合，

26、程序转向PROG2PROG2。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术解：解：由于为由于为80868086系统，且端口地址系统，且端口地址8001H8001H为奇为奇地址，所以使用高地址，所以使用高8 8位数据线，且在位数据线，且在I/OI/O端口地端口地址译码中，址译码中，=0=0要参加译码。设计的此输入要参加译码。设计的此输入端口与端口与80868086系统总线以及与输入设备的连接图系统总线以及与输入设备的连接图如图如图7.107.10所示。所示。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术图图7.10 7.10 例例7.27.2的连接图的连接图7.4 7.4 常用芯片

27、的接口技术常用芯片的接口技术若若K K0 0开关断开程序转向开关断开程序转向PROG1PROG1，K K0 0闭合程序转闭合程序转向向PROG2PROG2的程序如下：的程序如下：MOV DXMOV DX，8001H8001HIN AL,DXIN AL,DXTEST AL,01HTEST AL,01HJZ PROG2JZ PROG2PROG1:PROG1:PROG2:PROG2:7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术典型例题 例例7.3 7.3 某一输出设备的工作时序如图某一输出设备的工作时序如图7.117.11所所示。当它不忙时，其状态信号示。当它不忙时，其状态信号BUSY=0B

28、USY=0，CPUCPU可经接口向外设输出数据，而当数据加到外可经接口向外设输出数据，而当数据加到外设上时，必须利用负脉冲将数据锁存于外设，设上时，必须利用负脉冲将数据锁存于外设，并命令外设接收该数据。并命令外设接收该数据。1.1.试将其外设连接到试将其外设连接到80888088系统总线上。系统总线上。2.2.编程序实现将内存编程序实现将内存40000H40000H开始的连续开始的连续5050个个字节单元的数据，利用查询法输出给该设备字节单元的数据，利用查询法输出给该设备。7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术图图7.11 7.11 外设工作时序外设工作时序7.4 7.4 常用芯

29、片的接口技术常用芯片的接口技术解：解：选用两片选用两片74LS27374LS273分别作数据输出和命分别作数据输出和命令输出端口寄存器，利用令输出端口寄存器，利用1 1片片74LS24474LS244作作BUSYBUSY状态输入端口寄存器，译码器用状态输入端口寄存器，译码器用74LS13874LS138。设。设数据输出端口地址为数据输出端口地址为02F8H02F8H，命令输出端口地，命令输出端口地址为址为02F9H02F9H，状态输入端口地址为，状态输入端口地址为02FAH02FAH，则，则设计的用查询方式实现的接口电路如图设计的用查询方式实现的接口电路如图7.127.12所示。所示。7.4

30、7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术图图7.12 7.12 用查询方式实现的接口电路用查询方式实现的接口电路7.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术将内存将内存40000H40000H开始的连续开始的连续5050个字节单元的数个字节单元的数据，利用查询法输出给该设备的程序如下据，利用查询法输出给该设备的程序如下 :MOV AXMOV AX，4000H4000HMOV DSMOV DS，AXAXMOV SIMOV SI，0 0MOV CXMOV CX，50 50 ；初始化；初始化MOV DXMOV DX，2F9H2F9HMOV ALMOV AL，01H01HOUT DXOUT

31、 DX，AL AL ；使；使=1=17.4 7.4 常用芯片的接口技术常用芯片的接口技术GODONGODON：MOV DXMOV DX，2FAH2FAHWAIT1WAIT1：IN ALIN AL，DXDXTEST ALTEST AL，80H 80H ；查询外设状态；查询外设状态JNZ WAIT1 JNZ WAIT1 ；若忙，则等待；若忙，则等待 MOV DXMOV DX，2F8H2F8HMOV ALMOV AL，SI SI OUT DXOUT DX，AL AL ；输出数据；输出数据MOV DXMOV DX，2F9H2F9HMOV ALMOV AL，00H00H7.4 7.4 常用芯片的接口技术

32、常用芯片的接口技术OUT DXOUT DX，AL AL ；使；使 =0=0，输出负脉冲，输出负脉冲NOPNOPNOPNOPMOV ALMOV AL，01H01HOUT DXOUT DX，AL AL ；使；使 =1=1INC SIINC SILOOP GODONLOOP GODONHLT7.5 7.5 小结小结 通过本章学习，要求了解通过本章学习，要求了解I/OI/O接口技术的有接口技术的有关概念，包括输入关概念，包括输入/输出系统的组成，输出系统的组成，I/OI/O接口接口的功能及分类，的功能及分类，I/OI/O端口的编址方式，在此基础端口的编址方式，在此基础上了解上了解I/OI/O接口与接口

33、与I/OI/O端口之间的区别。端口之间的区别。掌握微型计算机的输入掌握微型计算机的输入/输出控制方式及每输出控制方式及每种输入种输入/输出方式的特点，重点掌握无条件输入输出方式的特点，重点掌握无条件输入/输出方式和查询输入输出方式和查询输入/输出方式的典型结构，输出方式的典型结构，并能利用一些常用接口芯片进行简单的并能利用一些常用接口芯片进行简单的I/OI/O接口接口电路设计和电路设计和I/OI/O驱动程序设计。驱动程序设计。在在I/OI/O接口电路设计中，重点掌握接口电路设计中，重点掌握I/OI/O译码方法及译码电路的设计。而对不译码方法及译码电路的设计。而对不同的系统中进行同的系统中进行I/OI/O端口地址译码及端口地址译码及I/OI/O电路设计时，要弄清楚不同的控制信号电路设计时，要弄清楚不同的控制信号要参加译码。要参加译码。7.5 7.5 小结小结作业作业5，8，9，11，14