微机原理及应用,1,第6章 输入输出,一、接口的基本概念 二、输入输出的寻址方式 三、CPU与外设交换信息的控制方式作业,2018/9/3,微机原理及应用,2,一、接口的基本概念,1.接口的定义及功能 2.接口电路中的信息 3.接口的类型,2018/9/3,微机原理及应用,3,二、输入输出的寻址方式,1、I/O端口的编址 2、 I/O端口地址译码方法 3、IBM PC/XT的I/O端口地址,2018/9/3,微机原理及应用,4,三、CPU与外设交换信息的控制方式,1、 程序控制方式 2.、中断控制方式 3、直接存储器存取控制方式(DMA) 4、 I/O处理机（IOP）控制方式,2018/9/3,微机原理及应用,5,1、接口的定义及功能,输入输出设备（I/O，又称外设）是计算机系统的基本组成部分, 是实现人机联系的主要手段。常见的外设有键盘，显示器，打印机，鼠标，开关量输入输出通道和A/D，D/A转换器等等。,2018/9/3,微机原理及应用,6,1、接口的定义及功能,从原理上讲，输入输出操作类似于对存储器的读写操作, CPU可以用访问存储器的相类似的方法同外部设备交换数据。事实上输入输出操作要比访问存储器复杂的多。,2018/9/3,微机原理及应用,7,1、接口的定义及功能,I/O接口是建立在CPU与外设之间，使两者动作协调的连接电路。也就是，在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解决CPU与外设之间存在的数据形式、数据的传递方式、以及传递速率上存在的差异。I/O接口的功能就是对数据传输的控制。,2018/9/3,微机原理及应用,8,2、接口电路中的信息,从含义和功能上来看，数据信息、控制信息和状态信息是各不相同的，必须分别传送，各有通路，我们称这些通路为端口(PORT)，三种端口的集合就是接口。,接口电路中通常包含：* 数据信息* 控制信息* 状态信息,2018/9/3,微机原理及应用,9,接口电路中的数据信息,数据信息 CPU与外设交换的基本信息就是数据，8位或16位。 包括三种类型：(1)数字量：是指由键盘，磁盘等读入的信号， 或由CPU送到打印机,显示器等信息,，一般是二进制数，或是以ASCII码表示的数据及字符号。,2018/9/3,微机原理及应用,10,接口电路中的数据信息,（2）模拟量：当微机系统用于过程控制系统时,则现场多数是模拟量，如温度、压力、流量等，需要通过A/D和D/A转换。（3）开关量： 是指可以表示成两个状态的物理量，如开关的“通”与“断”，电机的“运转”与“停止”，可以用一位二进制表示。,2018/9/3,微机原理及应用,11,接口电路中的控制信息,控制信息 CPU通过接口电路传送给外设,从而达到控制外设的目的。常见的控制信号：外设的启动、停止不同的外设，工作原理不同，其控制信号也会有所不同。,2018/9/3,微机原理及应用,12,接口电路中的状态信息,状态信息 是反映当前外设所处的工作状态,是外设通过接口电路向CPU传送的信号。 如：输出设备常用BUSY信号来表明现在正处于忙碌状态；输入设备常用READY信号来表明输入的数据已经准备好。,2018/9/3,微机原理及应用,13,3、接口的类型,接口电路大多由接口芯片来实现。（1）接口芯片按通用性可以分为两类：专用接口和通用接口； 如：显示控制器，键盘控制器等属于专用接口；而通用接口可以供几类外设使用。,返回,2018/9/3,微机原理及应用,14,3、接口的类型,（2）接口芯片按与外设数据的传送方式可以分为并行接口和串行接口。并行接口是指主机与外设之间信息的传送按字节或字进行；串行接口是指主机与外设备之间信息的传送是按通讯规则一位一位进行,2018/9/3,微机原理及应用,15,1、I/O端口的编址,(1)I/O端口和存储器统一编址 (2)I/O端口独立编址,2018/9/3,微机原理及应用,16,2、I/O端口地址译码方法,如：8237：A9A8=00，A7 A6A5=000；8259：A9A8=00，A7 A6A5=001； A4A0则由具体芯片的连线完成，用于芯片内多个端口的选择。,CPU可以通过74LS138与相关的接口芯片相连，参与译码的地址线一般为10条：,2018/9/3,微机原理及应用,17,3、IBM PC/XT I/O端口地址分配,IBM PC/XT 采用了A0A9 10条地址线对I/O端口进行编址，可以有1K个端口。 分成两部分： （1）系统板上的I/O芯片和DOS用：000H1FFH； （2）扩展槽用200H3FFH。,2018/9/3,微机原理及应用,18,（1）I/O端口和存储器统一编址,统一编址方式是外设端口地址和存储器单元地址，共占存储器的地址，即一个外设端口占用一个存储单元地址。CPU对外设端口的读写操作相当于对存储单元的读写操作。CPU可以采用任意一条访问存储器的指令，访问I/O端口。,2018/9/3,微机原理及应用,19,（2）I/O端口独立编址,独立编址方式是让I/O端口和存储器地址分别建立两个地址空间，独立编址。这时，CPU采用专门的I/O指令去访问I/O端口。8086/8088CPU采用I/O端口独立编址，设置了专门的I/O指令。,2018/9/3,微机原理及应用,20,8086/8088的I/O指令,（1）直接端口寻址方式对于端口PORT的地址范围是8位，即00HFFH IN AL, PORT ;端口PORT的字节信息送AL OUT PORT, AL ;将AL的数据信息送到端口PORT IN AX, PORT ;端口PORT的字信息送AX, 即端口; PORT的字节信息送AL，端口; PORT+1的字节信息送AH OUT PORT, AX ;将AX的字信息送端口，即AL送端;口PORT，AH送端口PORT+1,2018/9/3,微机原理及应用,21,8086/8088的I/O指令,（2）间接端口寻址方式对于端口地址大于8位时，必须用间接端口寻址方式： IN AL, DX ；从DX所表示的端口输入字节数据到AL OUT DX,AL ；将AL中的数据输出到以DX表示的端口 IN AX, DX ；从DX所表示的端口输入字数据到AX，即DX；端口的字及到AL，DX+1端口的字节到AH OUT DX,AX ；将AX的字数据输出到以DX表示的端口，即； AL输出到DX端口，AH输出到DX+1,2018/9/3,微机原理及应用,22,1、程序控制方式,（1）无条件传送控制方式这是一种简单的数据传送方式，适用于任何时候均处于“准备就绪”状态的外部设备，CPU可以随时执行I/O指令来完成数据传送操作。 （2）条件传送控制方式查询输入查询输出例题,2018/9/3,微机原理及应用,23,查询输入,若CPU需要外设输入数据时，首先应从状态端口读入状态信息，判断数据是否准备好？,程序段: LT: IN AL, S_PORT ；从状态口S_PORT读入状态AND AL,80H ；检查READY=1?JZ LT ；READY=0，返回继续等待IN AL, D_PORT ；READY=1，从数据口D_PORT；读入数据,D_PORT,S_PORT,接口,2018/9/3,微机原理及应用,24,查询输出,CPU输出数据前，先查询外设的状态端口的状态信息，若为“空”（如BUSY=0，表示空闲），则执行输出指令把数据送入I/O接口的数据端口。,程序段: WT1: IN AL, S_PORT ；从状态端口S_PORT读入状态AND AL，01H ；BUSY=0?JNZ WT1 ；BUSY=1，返回继续等待MOV AL, DOUT ；BUSY=0，取准备传送的数据OUT D_PORT，AL ；从数据端口D_PORT输出数据,接口,D_PORT,S_PORT,2018/9/3,微机原理及应用,25,例题,1、设状态端口地址为60H，数据端口地址为61H，外部输入信息准备状态标志位D0=1，请用查询方式写出读入外部数据的程序段。,程序段: WT1：IN AL，60H ；从状态端口读入状态信息AND AL，01H ；判断D0=1?JZ WT1 ；D0=0，返回再读状态信息IN AL,，61H ；D0=1，从数据端口读入,解：分析：这是查询输入。流程图：,2018/9/3,微机原理及应用,26,例题,2、设状态端口地址为086H，数据端口地址为085H，外设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。,解：分析，这是查询输出。要求输出1K字节，流程图：,2018/9/3,微机原理及应用,27,例2：程序段清单,LEA SI,Buffer ；取Buffer的有效地址送SIMOV CX,1000 ；循环次数 W1:MOV DX, 086H ；状态端口地址送DXIN AL,DX ；从状态端口读入状态信息AND AL，80H ； BUSY=0?JNZ W1 ； BUSY=1，返回等待MOV AL,SI ； BUSY=0，取数据MOV DX, 085H ；数据端口送DXOUT DX,AL ；数据从数据端口输出 INC SI ；SI指向下一个字节数据LOOP W1 ；CX-1送CX0，循环HLT ；CX=0，传送结束,2018/9/3,微机原理及应用,28,2、中断控制方式,中断是CPU与外部设备交换信息的一种方式，它是通过硬件手段来直接影响和改变CPU执行程序的顺序。,CPU在执行正常程序的过程中，当出现某些异常事件或外设请求CPU服务时，CPU暂时中断正在执行的原程序，而去执行对异常事件或外设请求的中断处理程序；当CPU执行完中断处理程序后，又回到原程序的断点处，继续执行原程序。,2018/9/3,微机原理及应用,29,3、直接存储器存取控制方式(DMA),DMA控制方式是一种完全由硬件（DMA控制器）完成输入/输出操作的工作方式，称为直接存储器存取控制方式。DMA从CPU处接管系统总线的控制权，使存储器与高速外设之间直接进行数据交换，即外设数据可以直接写入存储器，存储器中的数据可直接读出送给外设，大大加快了数据传送的速度。,2018/9/3,微机原理及应用,30,3、直接存储器存取控制方式(DMA）,工作过程：第1步：外围设备向DMA控制器发出DMA请求；第2步： DMA控制器向CPU发出总线请求信号；第3步： CPU执行完现行的总线周期后，向DMA发出响应请求的回答信号；第4步： CPU将总线包括CB、AB和DB让出，由DMA控制器进行控制；第5步： DMA控制器向外围设备发出DMA请求的回答信号；第6步：进行DMA传送；第7步：设定的数据传送完毕后，DMA控制器撤除向CPU的请求信号，CPU重新控制总线，恢复正常运行。,2018/9/3,微机原理及应用,31,4、I/O处理机（IOP）控制方式,输入输出处理机（IOP）是一种通讯结构的I/O处理机。IOP不是独立于CPU工作的，而是协助主机工作的一个部件。IOP可以和CPU并行工作，提供高速的DMA处理能力。,2018/9/3,微机原理及应用,32,作业,1、简述CPU与I/O设备交换数据的控制方式及其优缺点。 2、设备端口地址为60H，数据端口地址为61H，外部输入信息准备好状态标志位D7=1，请用查询方式写出读入外部数据的程序段。 3、设备端口地址为86H,数据端口地址为85H，外设忙碌D7=1,请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区BUFFER送出1KB的数据给外设的程序段（一次送一个字节数据）。,