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6.1 输入 / 输出接口概述

6. 输入输出技术. 6.1 输入 / 输出接口概述. 内容简介. 6.2 中断系统. 6.3 并行接口. 6.4 串行接口. 重点 / 难点. 6.5 DMA 控制技术. 6.6 定时器 / 计数器. 习题解答. 6.7 A/D 及 D/A 接口. Home. 6. 输入输出技术. 内容简介.

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6.1 输入 / 输出接口概述

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  1. 6.输入输出技术 6.1 输入/输出接口概述 内容简介 6.2 中断系统 6.3 并行接口 6.4 串行接口 重点/难点 6.5 DMA控制技术 6.6 定时器/计数器 习题解答 6.7 A/D及D/A接口 Home

  2. 6.输入输出技术 内容简介 本章主要介绍微机系统中的输入输出接口技术，通过学习，掌握接口的概念和功能，微处理器与I/O设备之间数据传输的3种控制方式，特别是要深刻理解中断和DMA的基本概念，熟练掌握编程和使用中断控制器与DMA控制的有关技术，掌握它们与CPU和外设连接的设计方法。在理解I/O接口原理的基础上，进一步学习并行接口、串行接口、定时器和模数、数模接口，了解它们的结构特点，理解其编程方法以及如何将接口和微处理器和外设进行连接，从而掌握系统扩充I/O通道的基本方法和规律。 Home

  3. 6.输入输出技术 重点与难点 • I/O接口的概念、功能和一般结构 • 微处理器与I/O设备之间数据传输的控制方式 • 中断的基本概念，包括中断分类、中断向量、中断处理过程、中断优先级及中断嵌套的概念和实现方案。掌握8259A的使用方法。 • DMA的基本概念，包括DMA的传送条件、传送过程、DMA系统总线缓冲器的控制和驱动。DMA控制器8237的编程以及和CPU的连接。 • 并行接口、串行接口、定时器和模数、数模接口的结构、原理和编程连接方法。 Home

  4. 1 数据输入寄存器 （or 三态门） 译码 电路 数据线 AB 数据输出寄存器 （锁存器） 接主机 接外设 DB 状态线 状态寄存器 （or 三态门） 控制 逻辑 CB 控制线 命令寄存器 输入/输出接口 6.1 输入/输出接口概述 1.输入/输出接口电路 Next Home

  5. 2 2.CPU与外设数据传送的方式 一、程序控制的输入输出 1. 无条件传送方式 • 适用范围 • 外设总是处于“准备好”状态 • 实现方法 • 适当位置直接安排IN/OUT指令 • 优点：软件及接口硬件简单 • 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 Back Next Home

  6. 3 2.CPU与外设数据传送的方式 2. 查询传送方式 • 适用范围 • 外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合 • 实现方法 • CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“你准备好没有？” • 优点：软件比较简单 • 缺点： CPU效率低，数据传送的实时性差， 速度较慢 Back Next Home

  7. 4 防止死循环 超时? Y N 读入并测试外设状态 超时错 N READY? Y 与外设进 行数据交换 复位计时器 N 传送完？ Y 2.CPU与外设数据传送的方式 查询传送方式的流程图 Back Next Home

  8. 5 2.CPU与外设数据传送的方式 二、中断传送方式 • 适用范围 • 外设有主动申请CPU服务的权利 • 实现方法 • CPU在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据 • 优点： CPU效率高，实时性好，速度快 • 缺点：程序编制较为复杂 Back Next Home

  9. 6 2.CPU与外设数据传送的方式 三、DMA工作方式 • 适用范围 • 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者 • 实现方法 • 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供 • 优点：很高的传输速率（可达几MB/秒） • 缺点：CPU必须让出这些总线的控制权 Back Next Home

  10. 7 2.CPU与外设数据传送的方式 四、I/O处理机方式 • 适用范围 • CPU进一步摆脱I/O数据传送的负担 • 实现方法 • 采用专门的I/O协处理器，它不仅能控制数据的传送，而且，还可以执行算术逻辑运算、转移、搜索和转换等 • 优点：所有的I/O操作都是以块为单位来进行的 Back Next Home

  11. 8 3.I/O接口的编址方式 • I/O端口 I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I)。 • 不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址(或端口号)。 • 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。 Back Next Home

  12. 9 地址空间(共1MB) 0 内存地址 (960KB) EFFFFH F0000H I/O地址 (64KB) FFFFFH 3.I/O接口的编址方式 一、统一编址方式 • 编址方法 • 把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。 • 优点 指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。 • 缺点 内存可用地址空间减小 Back Next Home

  13. 9 内存地址空间 00000H 内存空间 (1MB) FFFFFH I/O地址空间 0000H I/O空间 (64KB) FFFFH 3.I/O接口的编址方式 二、独立编址方式 • 编址方法 • 外设地址空间和内存地址空间相互独立。 • 优点 内存地址空间不受I/O编址的影响 • 缺点 I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号 Back Next Home

  14. 6.1 输入/输出接口概述 • 本 节 小 结 • 通过本节的学习： • 掌握输入/输出接口电路的基本概念，了解接口的用途。 • 掌握输入/输出端口的编址方式和特点。 • 熟悉CPU与外设之间传输数据的几种控制方式的优缺点、适用场合。 Home Back

  15. 1 6.2 中断系统 1.中断的基本概念 （1） 中断 （2）中断源——能引起中断的外部设备或内部原因 • 常见的中断源： • 一般的输入/输出设备 • 实时时钟 • 故障源 • 软件中断 Next Home

  16. 2 6.2 中断系统 2.8086/8088的中断类型 Back Next Home

  17. 3 3.中断优先权 软件查询方式 Back Next Home

  18. 4 外设1 外设2 外设3 CPU INTA INTR 外设接口1 外设接口2 外设接口3 IREQ IREQ IREQ 中断确认 中断确认 中断确认 菊花链 逻辑电路 菊花链 逻辑电路 菊花链 逻辑电路 INTAin INTAin INTAin ≥1 ┇ 3.中断优先权 硬件优先权排队电路 Back Next Home

  19. 5 4. 中断管理 8086CPU可管理256种中断。每种中断都指定一个中断矢量号，每一种中断矢量号都与一个中断服务程序相对应。 • 中断向量 把各个中断服务子程序的入口都称为一个中断向量 。 • 中断向量表 将这些中断向量按一定的规律排列成一个表，就是所谓的中断向量表 。 Back Next Home

  20. 6 4. 中断管理 Back Next Home

  21. 7 5.中断处理过程 五个步骤： • 中断请求 • 中断判优(有时还要进行中断源识别) • 中断响应 • 中断服务 • 中断返回 Back Next Home

  22. 8 5.中断处理过程 • 中断处理子程序的结构模式: • 保护CPU各寄存器的值 • 用指令设置中断允许标志IF来开放中断 • 中断处理子程序的主要部分 • 恢复各寄存器在进入中断处理时的值 • 使堆栈中保存的断点值和标志值分别装入IP、CS和标志寄存器 Back Next Home

  23. 6.2 中断系统 • 本 节 小 结 • 通过本节的学习： • 掌握有关中断的基本概念：中断、中断源等。 • 掌握8086中断系统中的中断源分类，熟悉各种中断的特点。 • 掌握中断向量的概念。 • 熟悉中断的处理过程。 Home Back

  24. 1 6.3 并行接口 1. 并行通信与并行接口 • 并行通信，是把一个字符的各位同时用几根线进行传输。传输速度快，信息率高，需要的电缆多。随着传输距离的增加，电缆的开销会成为突出的问题，所以并行通信用在传输速率要求较高，而传输距离较短的场合。     • 并行接口， 是指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。可以做输入或输出使用。 Next Home

  25. 2 并行接口 数据输入准备好 数据总线 输入设备 数据输入回答 控制寄存器 数据输入 读出信号 输入缓冲寄存器 写入信号 复位 输出缓冲寄存器 CPU 准备好 中断请求 状态寄存器 数据输出 地址 地址 片选 输出设备 译码 数据输出准备好 数据输出回答 A 0 A 1 6.3 并行接口 典型的并行接口和外设连接 Back Next Home

  26. 3 可编程并行通信接口芯片8255A 8255A芯片内部结构及其功能 Back Next Home

  27. 4 8255 DB A口 D0~D7 D0~D7 IOW WR 系统总线 IOR RD C口 外 设 A1 A1 A0 A0 B口 译码器 CS A15～A2 可编程并行通信接口芯片8255A 8255与系统的连接示意图 Back Next Home

  28. 5 1 D D D D D D D 6 5 4 3 2 1 0 1：端口C(PC -PC )输入 3 0 0：端口C(PC -PC )输出 3 0 1：端口B输入 方式控制字标识位 0：端口B输出 1：端口B方式1 0：端口B方式0 1：端口C（PC -PC ）输入 7 4 0：端口C（PC -PC ）输出 7 4 1：端口A输入 0：端口A输出 00：端口A方式0 01：端口A方式1 1X：端口A方式2 可编程并行通信接口芯片8255A 8255A芯片的控制字 Back Next Home

  29. 6 8 数据 数据总线 三态缓冲器 8 地址译码器 地址总线 来自外设 & IO/ M RD 8255A的工作方式 工作方式0――简单输入/输出――查询方式；A，B，C三个端口均可。 方式0输入（IN AL，PORT） 框图 Back Next Home

  30. 7 8 数据总线 锁存器 8 地址译码器 地址总线 到外设 CE & IO/ M WR 8255A的工作方式 方式0输出（OUT PORT，AL） 框图 Back Next Home

  31. 8 A口方式1输出控制字 B口方式1输出控制字 1 0 1 0 D7~D0 D7~D0 1 1 0 PA7~PA0 PB7~PB0 INTEA PC6 INTEB PC2 PC6 PC2 ACKB ACKA PC7 PC1 OBFB OBFA 与门 与门 PC3 PC0 WR INTRB INTRA WR 8255A的工作方式 工作方式1――选通输入/输出――中断方式；A ，B，两个端口均可。 Back Next Home

  32. 9 A口方式1输入控制字 B口方式1输入控制字 1 0 1 1 D7~D0 1 1 1 D7~D0 PA7~PA0 PB7~PB0 INTEA PC4 INTEB PC2 PC4 PC2 STBA STBB PC5 PC1 IBFA IBFB 与门 与门 PC3 INTRA PC0 RD INTRB RD A口方式1输入时 B口方式1输入时 相应的联络信号 相应的联络信号 8255A的工作方式 方式1下输入端口的联络信号 Back Next Home

  33. 8 D7~D0 PA7~PA0 INTEA1 PC4 与 门 STBA RD IBFA PC4 INTEA2 PC6 与 门 PC5 ACKA OBFA PC6 PC3 INTRA 或门 PC7 WR 8255A的工作方式 工作方式2――双向输入/输出――中断方式。只有A端口才有。 Back Next Home

  34. 6.3 并行接口 • 本 节 小 结 • 通过本节的学习： • 掌握并行接口的概念、并行接口的特点和功能。 • 了解并行接口芯片8255A的结构、并行接口的工作方式，能利用并行接口芯片编程。 Home Back

  35. 1 6.4 串行接口 1. 串行通信与串行接口 • 串行通信，串行通信指的是数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。 • 串行接口， 是指采用串行传输方式来传输数据的接口标准。 Next Home

  36. 2 发送器 接收器 发送器/接收器 发送器/接收器 发送器/接收器 发送器/接收器 B站 A站 6.4 串行接口 串行通信线路有如下三种方式 • 单工通信 • 半双工通信 • 全双工通信 Back Next Home

  37. 3 5-8位数据 空闲位 1 2 3 4 5 6 7 8 1 停止位 起始位 串行通信数据的收发方式 1. 异步通信方式 Back Next Home

  38. 4 串行通信数据的收发方式 2. 同步通信方式 ①面向比特(bit)型规程 ②　面向字符型规程 Back Next Home

  39. 5 D -D 数据总线 发送 并 串 7 0 TxD 缓冲器 缓冲器 转换 发　送　器 TxRDY RESET 发送控制电路 TxEMPTY CLK 内　部　总　线 读/写 TxC C/D 控制逻辑电路 RD 接收 串 并 WR RxD 接　收　器 缓冲器 转换 CS DSR RxRDY 调制/解调 DTR 接收控制电路 RxC CTS 控制电路 SYNDET/BRKDET RTS 可编程串行通信接口芯片8251A 8251A芯片内部结构及其功能 Back Next Home

  40. 6 状态 数据 4) 1) 4) 2) INT LSR THR 并行数据 2) 串行数据输出 TSR LCR 3) 8251A的工作过程 8251A芯片发送数据过程 1）CPU(数据)→8251的THR ； 2）TSR移空时，THR → TSR，LSR中“数据发送保持寄存器空” 状态位置位 ； 3）TSR根据LCR中规定的格式从低到高逐位发送数据 ； 4）LSR中“数据发送保持寄存器空” 状态位可用来产生中断，也可查询该状态位，以实现数据的连续发送。 Back Next Home

  41. 7 状态 数据 4) 3) INT LSR RBR 并行数据 2) 串行数据输入 RSR LCR 1) 8251A的工作过程 8251A芯片接收数据过程 1）SIN引脚→RSR； 2）RSR根据LSR中规定的数据位数确定是否收到了一个完整的数据，收到后将数据→RBR； 3）RBR收到RSR的数据后，将LSR寄存器中“接收缓冲寄存器满”的状态位置位； 4）LSR中“接收缓冲寄存器满”状态位可用来产生中断，也可查询该状态位，以实现数据的连续接收。 Back Next Home

  42. 6.4 串行接口 • 本 节 小 结 • 通过本节的学习： • 掌握串行接口的概念、串行接口的特点和功能。 • 掌握串行通信线路的三种方式的特点。 • 熟悉可编程串行接口芯片8251A的内部结构、外部引脚功能。 • 掌握8251A的编程应用。 Home Back

  43. 1 6.5 DMA控制技术 1. DMA控制器 DMA 控制器可以象CPU那样得到总线控制权，用DMA方式实现外部设备和存储器之间的数据高速传输。 　　一个DMA控制器通常可以连接一个或几个输入/输出接口，每个接口通过一组连线和DMA控制器相连。 将DMA控制器中和某个接口有联系的部分为一个通道。而一个DMA控制器一般由几个通道组成。 Next Home

  44. 2 6.5 DMA控制技术 DMA方式，外设向內存传输数据的过程 • 外设准备好数据后向DMAC发出DMA传送请求信号； • DMAC经过处理后，由总线仲裁机构裁决，使CPU出让总线控制权，并向DMAC发出总线响应信号； • DMAC接到响应信号后，成为总线的主控者； • DMAC向外设发出DMA应答信号，开始DMA传送； • DMA传送结束，DMAC向外设发出EOP信号，并撤消对CPU的总线请求，交回系统总线的管理和控制权。 Back Next Home

  45. 3 数据总线 通道0地址 DRQ 0 D -D 7 0 缓冲器 及计数 DACK 0 I/OR I/OW CLK 读/写逻 通道1地址 DRQ 1 RESET A 0 辑部件 及计数 DACK 1 A 1 A 2 A 3 CS DRQ 2 通道2地址 A 4 控制逻辑 DACK 2 A 及计数 5 A 6 工作方式 A 7 READY 寄存器及 HRQ DRQ 3 HLDA 通道3地址 状态 MEMR DACK 3 MEMW 及计数 寄存器 AEN ADSTB TC 优先选择逻辑 内部总线 MARK 可编程DMA控制器8237 8237芯片内部结构及其功能 Back Next Home

  46. 4 D D D D D D D D 7 6 5 4 3 2 1 0 AL TCS EW RP EN EN EN EN 3 2 1 0 1：通道0起动位 1：通道1起动位 自动转入位 TC停止位 1：通道2起动位 1：通道3起动位 1：优先权旋转位 1：写扩展位 可编程DMA控制器8237 工作方式寄存器 Back Next Home

  47. 5 D D D D D D D D 7 6 5 4 3 2 1 0 UP TC TC TC TC 3 2 1 0 修改标志位 1：通道0到达终点计数状态 1：通道1到达终点计数状态 1：通道2到达终点计数状态 1：通道3到达终点计数状态 可编程DMA控制器8237 状态寄存器 Back Next Home

  48. 6.5 DMA控制技术 • 本 节 小 结 • 通过本节的学习： • 掌握ＤＭＡ控制技术的特点。 • 掌握ＤＭＡ方式传输数据的基本过程。 • 熟悉可编程ＤＭＡ控制器8237的内部结构、外部引脚功能。 • 掌握8237的编程方法。 Home Back

  49. 1 6.6 定时器/计数器 定时的本质是计数，将若干片小的时间单元累加起来，就获得一段时间。 实现定时的方法： • 软件方法：用一段程序实现延时 • 利用程序循环延迟指定的时间 • 缺点：CPU占用率高，延时精度低，兼容差 • 硬件方法：定时/计数器电路 • 利用脉冲计数在设定的时间输出定时信号 ● 8253是一种硬件定时/计数器芯片 Next Home

  50. 2 CLK0 GATE0 OUT0 DB D7-D0 通道0 A1 A0 A1 CLK1 GATE1 OUT1 A0 通道1 WR IOW IOR 片选信号 RD CLK1 GATE1 OUT1 CS 通道2 8253 可编程定时/计数器芯片8253 8253芯片外部引线 Back Next Home

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