微機原理第八章.ppt

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。第8章 輸入/輸出技術 8.1 有關接口的基本概念 8.1.1 接口的概念與功能 一般情況下,外設并不直接與CPU交互,而是通過稱為I/O接口的電路與CPU交互。如圖8-1所示: I/O接口一般具有以下基本功能: (1)數據緩沖。 (2)執行CPU命令。 (3)設備選擇。 (4)信號轉換與數據格式轉換。 當然,并不是每種接口都具有以上全部功能,但是前三項功能則是一般接口都需要的。 8.1.2 接口的信號分類 CPU與I/O接口間通常需要下列接口信號: (1)數據信息: 數據通常為8位或16位,可分為三種基本形式:數字量、開關量和模擬量。 (2)狀態信息: 指I/O接口反映I/O設備工作狀態的信息。 (3)控制信息: 指CPU向I/O設備發送的控制其工作的信息。信號等。這三類信息的性質是不同的,必須分別傳送。通常是分配不同的端口地址的方法加以區別。 8.1.3 接口的基本結構 盡管不同功能的接口實際電路差別很大,但邏輯上都包括控制部件、狀態寄存器、數據寄存器與緩沖電路等,如下圖8-2。 8.1.3 端口地址及編址方式 1.端口地址 同內存單元需要編址一樣,I/O接口也需要編址,這種地址叫做接口地下或叫做端口地址。 2.二種編址方式 (1)I/O設備與存儲器統一編址 這種方式下對I/O設備與存儲器統一編址,在整個CPU地址空間中,劃出一部分作為存儲器地址空間,另一部分為I/O設備地址空間,如圖8-3(a)(下頁)。 (2)I/O設備獨立編址 這種方式中存儲器與I/O設備各有自己獨立的地址空間,各自單獨編址,互不相關。如圖8-3(b)(下頁)。 IBM PC系列機采用獨立編址方式,存儲器用20位二進制數編址,范圍:00000H~FFFFFH,共1MB。I/O設備用16位二進制數編址,范圍是:0000H~FFFFH,共64KB,但系統實際上只用了0~3FFH這1024個地址 圖8-38.1.4 8086/8088的輸入/輸出指令 1.輸入指令IN 格式: IN AL,PORT (格式1) IN AX,PORT (格式2) IN AL,DX (格式3) IN AX,DX (格式4) 功能:從端口中讀入一個字節或字,并存至寄存器AL或AX中。 2.輸出指令OUT 格式: OUT PORT,AL (格式1) OUT PORT,AX (格式2) OUT DX,AL (格式3) OUT DX,AX (格式4) 功能:將寄存器AL或AX中的內容輸出至指定端口。 8.1.5 端口地址的譯碼問題 地址總線的A15~A0等信號應參加端口地址的譯碼控制。圖8-4(下圖)給出了存儲器與I/O接口的譯碼信號對照。 8.2 接口數據的傳送方式 8.2.1 無條件傳送方式 又稱直接I/O方式,這種方式下,CPU不查詢外設狀態,在其需要時直接對外設執行I/O操作。此方式優點是硬件和軟件都達到最簡單;缺點是外設必須隨時處于待命狀態,并且外設的處理速度能跟上CPU的速度,否則就會出錯。 圖8-5(下圖)為無條件輸入電路 在此例中,開關K的狀態總是隨時可讀的。 CPU可隨時用如下指令讀?。?MOV DX,0FFF7H IN AL,DX AND AL,01H JZ L1 ;若D0=0,即K閉合,則轉L1處 … L1:… 無條件輸入/輸出的一般電路如圖8-6(下頁)所示。 8.2.2 查詢傳送方式 采用這種方式,CPU在進行輸入/輸出前,先檢查外設提供的READY(準備好)信號是否有效,當有效時,CPU才進行輸入/輸出操作。查詢方式流程如圖8-7所示。 圖8-6無條件輸入/輸出電路 圖8-7查詢方式流程圖 查詢傳送方式的優點: (1)安全可靠;(2)用于接口的硬件較省。缺點:CPU必須循環等待外設準備就序,導致效率不高。 例:假設外設的信號為低表示外設忙,不能接收數據,為高表示外設不忙,可以接收一字節的數據。該外設與8086總線的接口如圖8-8。 圖8-8 外設與8086總線接口一般的查詢方式輸入/輸出電路如圖8-9、圖8-10(下頁)。 圖8-9一般的查詢方式輸入電路 8.2.3 中斷傳送方式 中斷方式的具體方法將在§9中專門予以介紹。 圖8-10一般的查詢方式輸出電路 8.2.4 DMA傳送方式 DMA方式是一種讓數據在外設和內存之間(或者內存到內存之間)直接傳送的方式,其基本特點是沒有CPU參與數據傳送,如圖8-11所示(見下頁)。 圖8-11 DMA傳送方式 在DMA傳送期間,CPU自己掛起,把總線控制權讓給DMA控制器。DMA控制器控制存儲器與I/O接口的數據交換過程。DMA傳送的基本過程如下: (1)外設提出DMA傳送請求 (2)DMA控制器向CPU發出總線保持請求 (3)CPU響應 (4)DMA控制器的動作
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第八 微機 原理
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