第七章输入 / 输出接口

第七章输入/输出接口 • 一、微机接口技术概述 • 二、DMA接口技术 • 三、可编程DMA控制器8237 qiu

第一部分微机接口技术概述 第一节接口技术的基本概念第二节I/O端口的编址和译码第三节CPU与外设间的数据传送方式第四节接口技术的现状 qiu

第一节接口技术的基本概念 一、接口的概念和功能二、接口电路的典型结构 qiu

1、接口和接口技术 2、为什么要用接口电路？一、接口的概念和功能 qiu

接口指CPU、存储器、外设之间通过总线进行连接的电路部分，是CPU与外界进行信息交换的中转站。接口电路一般指通用的接口芯片，泛指所有接口。 1、接口和接口技术接口技术是研究CPU如何与外部世界进行最佳耦合与匹配，实现双方高效、可靠地交换信息的一门技术，是软件、硬件结合的体现，是微机应用的关键。 qiu

2、为什么要用接口电路？ 外设是用来实现人机交互的一些机电设备。外设处理信息的类型、速度、通信方式与CPU不匹配, 不能直接挂在总线上，必须通过接口和系统相连 qiu

接口可起到串并转换作用 • 接口可起到模数/数模转换作用 • 接口对I/O过程起到缓冲和联络作用 qiu

按通用性分为两类： • 通用接口： • 可供多种外部设备使用的标准接口，目的是使微机正常工作； • 通用接口通常制造成集成电路芯片，称为接口芯片。 • 最初的IBM-PC使用了6块接口芯片：8284、8288、8255、8259、8237、8253 • 后来的微机将这些芯片集成为大规模集成电路芯片，称为芯片组。 • 如82430TX芯片组，由两片芯片组成： • 北桥：82439TX • 南桥：82371AB • 专用接口： • 为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路，目的在于扩充微机系统的功能。 • 专用接口通常制造成接口卡，插在主板总线插槽上使用。通用接口和专用接口的界限并不严格。 qiu

3. 接口电路的功能 简单地说，一个接口的基本功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号，提供缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。下面从广义的角度概括一下接口的功能： • 寻址功能 • 输入/输出功能 • 数据转换功能 • 联络功能 • 中断管理功能 • 可编程功能 • 复位功能 • 错误检测功能 qiu

AB 地址译码 C P U 外设 I/O端口1 DB 数据缓冲 I/O端口2 CB 控制电路 I/O端口3 二、接口电路的典型结构 从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个 CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。 各I/O端口由端口地址区分。 qiu

AB 地址译码 C P U 外设 1001 0101 (状态端口) 按存放信息的不同，I/O端口可分为三种类型数据端口：用于存放CPU与外设间传送的数据信息状态端口：用于暂存外设的状态信息控制端口：用于存放CPU对外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。 DB 数据缓冲 0110 1010 (数据端口) CB 控制电路 1100 0110 (控制端口) qiu

AB 地址译码 C P U 外设 I/O端口1 DB 数据缓冲 I/O端口2 CB 控制电路 I/O端口3 CPU对外设输入/输出的控制，是通过对接口电路中各I/O端口的读/写操作完成。 qiu

数据信息 • 数字量 • 模拟量 • 开关量 • 状态信息表征外设工作状态（READY，BUSY） • 控制信息控制I/O接口的工作方式外设启停 qiu

第二节 I/O端口的编址和译码 一、I/O端口的编址方式二、8086/8088的输入/输出指令三、I/O端口的译码 qiu

一、I/O端口的编址方式 1、端口与存储器分别独立编址 2、端口与存储器统一编址 qiu

例Intel的80X86系列、Z80系列 内存空间 I/O 空间 1、端口与存储器分别独立编址（I/O映射方式）特点： • 端口与存储器分别独立编址端口不占用内存空间 • 设有专门的 I/O指令对端口进行读写，对内存操作的指令不能用于I/O端口,能够应用于端口的指令较少例 MOV [ 10H ], AL 对内存操作 IN AL , 10H 对端口操作 qiu

端口的独立编址 MEMR、MEMW 8 0 8 6 总线存储器 A19-A0 IOR、IOW 、AEN 输入/输出 A15-A0 qiu

例 motorola的M6800系列 日立H8S单片机系列内存空间 I/O 空间 2、端口与存储器统一编址（存储器映射方式）特点: • I/O端口相当于内存的一部分, 使内存容量减小 • 对I/O端口的读/写与对存储器的读/写相同，所有可对内存操作的指令对I/O端口均可使用， 指令系统中不专设I/O指令。 qiu

端口地址是一种重要资源 qiu

二、8086的输入/输出指令 输入/输出指令实现I/O端口与CPU之间的数据传送 1.输入指令IN 2.输出指令OUT qiu

8086CPU采用I/O端口与存储器分别独立编址 内存空间可寻址220= 1M个内存单元内存范围00000 ~FFFFFH 内存单元的地址有5种寻址可寻址216= 64 K个I/O端口 I/O端口范围0000 ~ FFFFH I/O端口的地址由一个8位二进制数直接寻址或DX寄存器间接寻址 I/O 空间 qiu

1. 输入指令IN port 为数字形式的端口地址, 大小为0~255 或0~FFH qiu

例 (1) IN AL，28H 若 (28H端口) = 1010 1111B 执行后 (AL) = (28H端口) = 0AFH (2)IN AX，28H 若 (28H端口)= 1010 1111B (29H端口)= 0101 0000B 执行后 (AL) = (28H端口) = 0AFH (AH) = (29H端口) = 50H (3)MOV DX， 300H IN AL，DX 若 (300H端口)= 69H 执行后 (AL) = (300H端口) = 69H qiu

qiu IN AL, 21H

2. 输出指令OUT port 为数字形式的端口地址, 大小为0~255 或0~FFH qiu

例 (1)OUT 21H, AL 若(AL)= 1100 1100B 执行后（21H端口) = 0CCH (2)MOV DX ， 21BH OUT DX， AL 若（AL）= 1010 0110B 执行后 (21BH端口)= (AL) = 0A6H qiu

qiu OUT 43H, AL

三、I/O地址的译码 目的：确定端口的地址参加译码的信号： IOR，IOW，A15～ A0 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效 qiu

当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。 qiu

某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。 qiu

第三节 CPU与外设间的数据传送方式 CPU与外设的工作速度不一致，如何使两者高效、可靠地进行数据传送，是本节讨论的问题。 qiu

有以下几种传送方式： 一、程序控制传送方式 1. 无条件传送方式 2. 条件传送方式 ( 查询方式) 二、中断传送方式三、DMA传送方式 ( Direct Memory Access ) qiu

概述 1。无条件传送（CPU与外设同步工作）：外部控制过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。 2。查询方式（CPU与外设不同步工作）：传送前，先查询外设状态，准备好才传送，否则CPU处于等待状态。 3。中断方式：外设与CPU处于并行工作，一旦外设准备好，外设向CPU发中断申请，条件具备，CPU暂停原程序执行，响应中断，外设与CPU串行工作。 4。DMA方式（高速I/O及成组交换数据）： CPU不干予，由硬件实现存储器与外设之间交换数据，称直接存取存储器。 qiu

一、无条件传送方式 (同步传送方式)  实现方法若程序员能够确信一个外设已经准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输，这称为无条件传送方式。与外设速度的匹配通过在软件上延时完成，在程序中直接用I/O指令，完成与外设的数据传送  特点 1. 适用于外设动作时间已知，在CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好的情况 2. 软硬件十分简单。这种方式用得较少，只用在对一些简单外设的操作，如开关、七段显示管等。 qiu

无条件传送流程 qiu

数据线 三态缓冲器输入设备 D7 ~ D0 PC 总线地址译码地址线 200H A15 ~ A0 0 与非 0 0 IOR 例 1无条件输入接口接口电路，即硬件上保证: 只在CPU执行从200H端口输入数据时, 三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧，而CPU执行其它指令时, 三态门均处于高阻状态, 使输入设备的数据线与总线侧断开 qiu

无条件输入输出编程: MOV DX, 200H ;端口地址 IN AL, DX ;读入数据 MOV DX, 200H ;端口地址 MOV AL, [BX] OUT DX, AL ;输出数据 qiu

二、条件传送方式(查询传送方式) CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态，根据外设的工作状态控制外设的输入/输出，即查询方式。 实现方法：在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送 特点： 1. CPU通过不断查询外设状态，实现与外设的速度匹配 2. CPU的工作效率低 qiu

对于条件传送方式来说，一个数据传送过程由3个环节组成：对于条件传送方式来说，一个数据传送过程由3个环节组成： • CPU从接口中读取状态字 • CPU检测状态字的对应位是否满足“就绪”条件，如果不满足，则回到前一步读取状态字。 • 如状态字表明外设已处于“就绪”状态，则传送数据 qiu

查询传送流程 qiu

从状态端口读入状态信息 N 外设准备好否？ Y 从数据端口传送一个数据 查询传送方式，编程流程： qiu

例1查询方式输入 假设外设的状态端口为21C H，其中D4=1时，表示外设数据准备好外设的数据端口为218 H。实现从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中。地址线 C P U 输入外备地址译码 21CH端口状态端口数据线数据缓冲 218H端口数据端口控制线控制电路 qiu

PC总线 IOR MOV DX, 218H IN AL, DX 状态端口 D4=1 表示外设准备好数据端口地址译码地址线 A15 ~ A0 218H 输入设备锁存器三态缓冲器数据线 D7 ~ D0 STB R Q D 三态缓冲器 D4 状态端口地址译码 21CH +5v MOV DX, 21CH IN AL, DX IOR & & 查询方式输入接口 qiu

编程从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中 从21CH状态端口读入外设状态信息 N Y Y D4=1, 外设准备好否？从218H数据端口读入一个字节数据 N 50H个数据传送结束？ qiu

查询方式输入程序段: 、、、 MOV AX, SEG buffer ;取缓冲区首地址 MOV DS, AX LEA DI, buffer MOV CX, 50H ;传送个数 next: MOV DX, 21CH ask：IN AL, DX ;从状态端口读入状态信息 TEST AL, 0001 0000B ;检测D4位 JZ ask ;D4=0,继续查询 MOV DX, 218H IN AL, DX ;从数据端口读入数据 MOV [DI], AL ;送缓冲区 INC DI ;修改缓冲区指针 LOOP next ;传送下一个、、、 qiu

例2查询方式输出 假设外设的状态端口为21C H，其中D0 = 0时，表示外设准备好外设的数据端口为219 H。编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设。地址线 C P U 输出外设地址译码 21CH端口状态端口数据线数据缓冲 219H端口数据端口控制线控制电路 qiu

查询方式输出接口 IOW MOV DX, 219H OUT DX, AL 状态端口 D0 = 0 表示外设准备好数据端口地址译码地址线 A15 ~ A0 PC 总线 219H 输出设备锁存器 D7 ~ D0 数据线三态缓冲器 R D Q D0 状态端口地址译码 +5v ACK 21CH MOV DX, 21CH Ask: IN AL, DX TESTAL,01h JNZ ask IOR & & qiu

编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设 从21CH状态端口读入外设状态信息 N Y Y D0=0, 外设准备好否？将一字节数据送至 219H数据端口 N 80H个数据传送结束？ qiu

查询方式输出程序段： 、、、 MOV AX, SEG buffer ;取缓冲区首地址 MOV DS, AX LEA SI, buffer MOV CX, 80H ;传送个数 next: MOV DX, 21CH ask：IN AL, DX;从状态端口读入状态信息 TEST AL, 0000 0001B ;检测D0位 JNZ ask;D0≠0,继续查询 MOV AL, [SI] ;从缓冲区取数 MOV DX, 219H OUT DX, AL ;从数据端口输出数据 INC SI ;修改缓冲区指针 LOOP next ;输出下一个、、、 qiu

主程序 启动外设A、B、C Y Y Y 设备A服务设备B服务设备C服务查询A N 查询B N 查询C N 操作结束否? N Y 继续主程序多个外设的查询方式流程图 qiu

第七章 输入 / 输出接口