第六章微型计算机的输入输出资料

微机原理及应用机械工程学院*目录6.1输入/输出接口概念6.2输入/输出的控制方式6.3输入/输出端口地址与指令操作学习目标1、掌握输入输出接口的基本概念2、掌握输入输出的相关控制方式原理3、掌握输入输出端口地址译码与指令操作重点内容1、输入输出接口的功能与特点2、输入输出各控制方式的特点3、8086CPU输入输出地址译码与指令操作学时:3*目录6.1输入/输出接口概念6.2输入/输出的控制方式6.3输入/输出端口地址与指令操作6.1输入/输出接口概念1、为什么要接口电路?多种外设微机的外部设备多种多样因此，外设不能与CPU直接相连，必须经过中间电路再与系统相连，这部分电路被称为I/O接口电路。外部设备数据格式、工作速度差别很大2、什么是I/O接口（电路）？CPU接口电路I/O设备接口在CPU与外设之间I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路，接口就是CPU与外设的连接部件,通常包含一组能够与处理器交换信息的寄存器或缓冲器，称为I/O端口。PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路3、I/O接口的主要功能⑴对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节实际的电路常见：输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节⑵对信号的形式和数据的格式进行变换微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量（对模拟量微机不能直接处理，要转换！）⑶对I/O端口进行寻址⑷与CPU和I/O设备进行联络4、I/O接口的典型结构数据端口:存放CPU与外设之间传送的数据信息。状态端口:反映当前外设所处的工作状态。控制端口:CPU通过接口向外设传送控制信息。5、CPU和I/O设备间的接口信息CPU和I/O设备间的交换的信息：数据信息：外设的数据状态信息：I/O设备的状态控制信息：CPU的控制信息主要接口芯片计数器/定时器8253并行接口8255中断控制器8259DMA控制器8237串行接口8250/8251提问：CPU和输入/输出设备之间传送的信息有哪几类？一般的IO接口电路安排有哪三类寄存器？它们各自的作用是什么？*目录6.1输入/输出接口概念6.2输入/输出的控制方式6.3输入/输出端口地址与指令操作6.2输入/输出的控制方式程序控制方式同步传输方式（无条件传送方式）异步查询方式（条件传送方式）中断控制方式直接存储器存取方式（DMA控制方式）输入输出处理机控制方式1、程序控制方式1)、同步传输方式（无条件传送方式）由程序控制CPU与外设之间的数据交换。传送过程：外设已准备好，不查询外设的状态输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器的输入端。用途：用于简单外设开关LED显示器前提：外设必须随时就绪1)、同步传输方式（无条件传送方式）选中地址数据写信号读信号输出端口无条件传送的工作原理输入端口缓冲器74LS244锁存器74LS273例1：输入：INAL，80H；80H端口内容为10H将80H端口的内容送AL。IO/M=1，RD=0，AL=10H例2：输出：OUT82H，AL；AL=10H将AL中的内容送82H端口。IO/M=1，WR=0，（82H）=10H查询式数据传送过程3个环节：输入状态就绪？数据交换YN流程CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出2）、异步查询方式（条件传送方式）查询状态环节CPU寻址状态口，读取状态字检测是否满足“就绪”条件如果不满足，回到第一步读取状态字；数据传送环节外设已处于“就绪”状态，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出，通过输出指令向数据端口输出数据特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低在输入场合“就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，正等着CPU来读取该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述在输出场合“就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CPU要输出的数据该状态也可用接口数据缓冲器已“空”、或者用接口（外设）“闲”或不“忙（Busy）”来描述就绪：满，空、闲、不忙1）查询式输入输入状态就绪？数据交换YN流程1、STB有效，(1)、输入设备数据进入锁存器；(2)、IBF有效2、CPU读状态端口3、CPU读数据端口，同时清IBFSTBIBF例3：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻式输入一个数据的程序；D7D6D0READYPOLL：INAL，83HTESTAL，80H；检查状态位D7JZPOLL；D7=0,没就绪，继续查询INAL，80H；D7=1,就绪，从数据端口；读入数据CPU查询外设状态是否忙,不忙,执行输出;否则等待。2）查询式输出：忙？读取状态信息输出数据否是1、CPU读状态端口，查BUSY线2、CPU写数据，(1)、数据进入数据锁存器；(2)、BUSY有效3、输出设备工作完毕，busy无效例4：设有某输出接口，状态口地址63H,数据口地址60H,当状态口的D0为1时,输出忙BUSY，D0为0时，可以输出数据。试编写查寻式输出DAT单元一个数据的程序。D7D6D0BUSY查询部分的程序：POLL：INAL，63H；读入状态TESTAL，01H；检查忙标志D0JNZPOLL；D0=1,未就绪，继续查询MOVAL，DAT；D0=0,就绪,数据送ALOUT60H，AL；将数据输出到数据端口提问：条件传送方式的工作原理是怎样的？主要用在什么场合？画出条件传送（查询）方式输出过程的流程图。查询式传送方式有什么优缺点？优点：电路简单缺点：降低CPU效率，实时性不强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3)、中断传送方式3)、中断传送方式3)、中断传送方式的原理启动外设外设准备好数据,发一个选通信号外设向CPU发中断请求CPU受到中断请求信号，暂停现行程序CPU执行中断服务程序，执行输入输出操作中断服务程序结束，返回原来程序中断过程大致分为：中断请求：由需要提供中断服务程序的设备提出；中断响应：CPU给设备发出一个中断应答信号；现场保护：保护执行中断服务程序前的各种信息；执行中断服务程序：完成特定的操作；退出中断服务程序：恢复现场。中断传送方式的特点中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向CPU提出的CPU对请求的检测是有规律的：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提问：1、查询式传送方式有什么优缺点？中断方式为什么能弥补查询式传送方式的缺点？2、直接存储器存取方式（DMA）(DirectMemoryAccess)DMA特点：具有接管和控制系统总线的功能，但在取得总线控制权之前，与其它接口芯片一样，受CPU的控制。在DMA方式，DMA管理总线，控制传送数据的开始与结束，传送的字节数，传送的方向及地址。希望克服程序控制传送的不足：外设→CPU→存储器外设←CPU←存储器直接存储器存取DMA方式用专用接口电路直接和存储器进行数据传送。外设→存储器外设←存储器为什么要用DMA方式传送数据？DMA的功能有哪些？①能接受外设的请求，并能向CPU发DMA请求信号；②CPU接到DMA请求信号，如果允许，CPU发DMA响应信号，DMA控制器接管总线，进入DMA方式；③能寻址存储器，并修改地址；④能向外设发读/写信号；⑤能控制传送的字节数，判断DMA是否结束；⑥DMA结束时，能向CPU发出结束信号，将总线控制权交还CPU；4、输入/输出处理机控制方式对于有大量输入/输出设备的微机系统，DMA控制方式已不能满足这种需要。Intel公司生产与86系列配套的输入/输出处理机(IOP)808986系列CPU必须工作在最大工作模式。几种数据传送方式特点？无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步查询传送：简单实用，效率较低，硬件开销小中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但中断服务保护现场等需要额外时间开销，需要硬件开销进行中断管理DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送,需要硬件开销输入输出机传送:输入输出机(IOP)控制,适合大量输入/输出设备,与CPU可并行工作,需要硬件开销*目录6.1输入/输出接口概念6.2输入/输出的控制方式6.3输入/输出端口地址与指令操作1、I/O端口编址方式概念I/O端口:是接口电路中CPU能访问的寄存器的地址.I/O操作:CPU对I/O接口电路(与设备相关)的操作.不是访问I/O设备.端口编址方式——两种方式将存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）6.3输入/输出端口地址与指令操作I/O端口存储单元I/O地址空间存储器地址空间整个地址空间1).存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）优点：可以用访向存储器的指令来访问I/O端口，而访问存储器的指令功能比较强，不仅有一般的传送指令，还有算术、逻辑运算指令，以及各种移位、比较指令等，并且可以实现直接对I/O端口内的数据进行处理。缺点：由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而使用户的存储地址空间相对减小。另外不利于程序阅读。1).存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）存储单元存储地址空间I/O端口I/O地址空间2).外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）优点：第一，I/O端口不占用存储器地址，故不会减少用户的存储器地址空间；第二，采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解。缺点：第一，单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行输入/输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操作；第二，由于采用了专用的I/O操作时序及I/O控制信号线，因而增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。2).外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）(1)、地址线：A15……A0(寻址64K)(2)、M/IO=08086系统的特点：2).外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）(3)、用I/O指令2、8086CPU的I／O指令（1）直接寻址输入／输出指令(八位端口地址)INAL，n(字节输入)INAX，n(字输入)OUTn，AL(字节输出)OUTn，AX(字输出)（2）DX寄存器间接寻址输入（十六位端口地址）INAL，DX(字节输入)INAX，DX(字输入)OUTDX，AL(字节输出)OUTDX，AX(字输出)3、有关端口地址问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 a、8086CPU与外设交换数据可以字或字节进行；b、当以字节进行时，偶地址端口的字节数据由低8位数据线D7～D0位传送，奇地址端口的字节数据由高8位数据线D15～D8传送；c、当用户在安排外设的端口地址时，如果外设是以8位的方式与CPU连接，就只能将其数据线或者与CPU的低八位或者与高八位连接，这样同一台外设的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址，这时设备的端口地址就会是不连续的。小结1.输入输出接口的概念，要求达到“理解”层次。a.输入输出接口的功能与特点。2.输入输出控制方式，各自的特点。a.掌握同步传输方式的原理及特点。b.掌握异步传输方式的原理及特点。初步掌握中断控制方式的原理及特点。了解直接存储器存取方式。了解输入输出处理机控制方式。3.输入输出端口地址译码与指令操作，要求达到“掌握”层次。