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微机原理与接口技术,第七章 微型计算机和外设间的数据传输,概述,把外部设备同计算机连接起来实现数据传送的控制电路称为I/O接口电路,简称 I/O接口。,第七章 微型计算机和外设间的数据传输,I/O接口,(1)转换信息格式例如串/并、并/串转换等;(2)提供联络信号协调数据传送的状态信息,如设备“就绪”、“忙”、“选通”、“应答”,数据缓冲器“满”、“空”等;(3)协调定时差异为协调计算机与外设在“定时”或数据处理速度上的差异,使两者之间的数据交换取得同步,有必要对传输的数据或地址加以缓冲或锁存;(4)进行译码选址一般微机系统中都具有多台外设,因此I/O接口必须提供设备地址译码以及确定其端口的功能;(5)实现电平转换外部电路采用的电平多种多样,包括TTL, CMOS, RS-232等,接口电路必须提供计算机同外设间的电平转换和驱动功能;(6)具备时序控制有的接口电路具有自己的时序,以满足计算机和各种外设在时序方面的要求。,CPU与I/O之间的接口信号,接口电路中的信息数据信息数据信息可以有各种形式:数字量。大多数信息是数字信息,即二进 制信息或者代表字符的ASCII码开关量。开关量实际是数字信息,但一般只占用一位二进制信息,以表示开关的打开或闭合。模拟量。通过接口的模拟量,要变换为数字量,再加到计算机。,CPU与I/O之间的接口信号,状态信息状态信息主要是反映外设的工作状态对于输入设备,可以表示它是否准备好数据,只有数据已准备好,才启动CPU一次读入操作。对于输出设备,可以反映它是否已经把上一个数据处理完,只有上一个数据处理完,才可以启动CPU的下一次输出操作。状态信息也可以是CPU传送给外部设备的,传送CPU的状态。状态信息也称为握手信息。,CPU与I/O之间的接口信号,控制信息控制信息一般是CPU通过接口电路传送给外部设备的,一般控制外部设备的动作。这三种信息,将都通过数据总线在CPU和接口之间传送。从形式上看,三种信息并没有差别,都是二进制信息。如10000000,既可以是数据信息,代表十进制数128,也可以是一种状态信息,或一种控制信息。,端口,接口和端口为了区分以上所述的三种信息,在接口部件中都包含一组寄存器,分别对应不同的外设地址,CPU和外设交换信息时,将三种不同的信息,送入不同的寄存器:数据送入数据寄存器,状态信息就送入状态寄存器,等等。这些寄存器就称为端口(PORT)。不同的端口有不同的地址,不同的端口存放不同的信息。,I/O端口及其寻址方式,I/O端口的编址方式存储器映像的I/O寻址方式 ,即I/O端口和存储器统一编址:即存储器和外设共同分享CPU的寻址空间。一般,存储器占用较多的寻址空间,而外设(I/O接口)占用较少的寻址空间。在这种情况下,CPU可以用对存储器的操作指令来对外设进行操作,两者对CPU来说,实际上是相同的。即不需要专用的对外设操作的指令。外设和存储器的区别就在于地址。,端口及其寻址方式,I/O端口单独编址这时,存储器和I/O接口,各自都有自己的地址范围,而且这些地址在数值上可以是重叠的。也就是不能用地址来区别存储器和外设。此时,必须有专门的I/O操作指令。更实质地说,是需要有用于存储器寻址和外设寻址的不同控制信号。,CPU和外设之间的数据传送方式,无条件传送方式无条件是指CPU不管外设的状态,在需要和外设交换信息的时候,就用输入或输出指令和外设交换信息。在这种方式下,CPU和外设之间只有数据信息的传送,没有状态信息的传送。但无条件传送,不等于不需要接口电路,只是接口电路可以比较简单,因为只有数据的通道,一般就只有输出锁存器和输入缓冲器。,无条件传送方式,控制开关K0K2打开则对应发光二极管Q0Q2亮开关闭合则对应发光二极管不亮,DON:IN AL,IN_PORT ;读入B口开关状态 XOR AL,0FFH ;求反OUT OUT_PORT,AL ;点亮对应发光二极管 JMP DONHLT,输入输出传送方式,查询式传送(异步传送方式)这种方式,CPU要遵循“先查询,后传送”的原则,保证只有在外设已经是在“准备好”状态,才开始传送数据。查询式传送的一般流程:先从状态口读入状态字;如果状态是“准备好”,开始传送;如果状态是“没有准备好”,则继续查询,直到“准备好”,开始传送。,输入输出传送方式,查询式输入:,输入输出传送方式,输入输出传送方式,查询输入的部分程序: MOVDX,STATUS_PORT;DX指向状态端口START:INAL,DX;读状态端口信息 TESTAL,80H;测试状态标志位D7, JZSTART ;D7=0,外设未准备好,继续查询 MOVDX,DATA_PORT;DX指向数据端口 IN AL, DX ;从数据端口输入数据 RET,输入输出传送方式,查询式输出:,输入输出传送方式,输入输出传送方式,查询式输出的相应程序段为: MOVDX,STATUS_PORT ;DX指向状态端口START:INAL,DX ;读状态端口信息TESTAL,01H ;测试状态标志位D7, JNZSTART ;D7=0,继续查询 MOVDX,DATA_PORT ;DX指向数据端口MOVAL,BUF ;取数据OUTDX,AL ;向外设输出数据RET,输入输出传送方式,查询方式的优点:CPU和外设之间可以很好地配合工作 。缺点:CPU要长期地查询外设的状态,查询实际上就是一种等待。CPU长期的等待会影响CPU的工作效率。,例,如图7-3-6所示,试编程实现将48000H为首地址的顺序100个单元的数据,利用查询方式输出到外设。,程序如下:START: MOV AX,4000H MOV DS,AX MOV SI,8000H MOV CX,100GOON: MOV DX,00F1HWAIT: IN AL,DX AND AL,01H JZ WAIT MOV AL,SI MOV DX,00F0H OUT DX,AL INC SI LOOP GOON RET,输入输出传送方式:中断,中断方式:中断方式是由外设向CPU发出要求交换数据的请求,即中断请求。CPU收到中断请求后,中断当前的工作,为外设服务。服务结束(输入或输出)后,继续原来的工作。中断方式不要求CPU等待或查询,可以大大地提高CPU工作效率。但接口电路比较复杂。,输入输出传送方式:DMA,DMA方式DMA方式,是由DMA控制器来控制数据从外设到存储器的直接传送。CPU不参与DMA传送的控制。中断方式仍然是指令控制下的传送,为了进一步提高传送速度,希望传送直接是在硬件控制下完成。DMA方式是速度最快的外设和存储器交换信息的方式。,DMA传送的工作原理,DMA控制器的基本功能,(1)能接受外设的DMA请求信号DREQ,并能向外设发出DMA响应信号DACK;(2)能向CPU发出总线请求信号(HOLD),当CPU发出总线响应信号(HLDA)后能接管对总线的控制权,进入DMA方式;(3)能发出地址信息,对存储器寻址并修改地址指针;(4)能向存储器和外设发出读/写控制信号;(5)能决定传送的字节数,并能判断DMA传送是否结束;(6)能发出DMA结束信号,释放总线,让CPU重新获得总线控制权。,DMA操作方式,(1)单字节方式在单字节操作方式下,DMA控制器操作每次只传送一个字节。即获得总线控制权后,每传送完一个字节的数据,便将总线控制权还给CPU,按这种工作方式,即使有一个数据块要传送,也只能传送完一个字节后,由DMA控制器重新向CPU申请总线。(2)字组方式字组操作方式也叫请求方式或查询方式。这种方式下一个DMA请求能够连续传送一批数据。在此期间,DMA控制器一直保持总线控制权。当DMA请求无效,数据传送结束,或检索到匹配字节,以及外加一个过程结束信号时,DMA控制器便释放总线控制权。(3)连续方式连续操作方式是指在数据块传送的整个过程中,不管DMA请求是否撤消,DMA控制器始终控制着总线。除非传送结束或检索到“匹配字节”,才把总线控制权交回CPU。在传送过程中,当DMA请求失效时,DMA控制器将等待它变为有效,却并不释放总线。,
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