《数据传送方式》PPT课件.ppt

微机原理汇编接口技术,计算机原理,杨琪,微机原理汇编接口技术,输入/输出设备和I/O接口,输入输出设备是微机系统的重要组成部分。输入设备是将外界信息（如数据、程序、命令）送入计算机的装置。如键盘、鼠标器、扫描仪、数字化仪、条码读入器等。输出设备则是将计算机运算处理结果信息，以人们熟悉的形式打印、显示出来的装置。如显示器、打印机、绘图仪等。 另外还有一类设备既可输入信息又可输出信息，称为输入/输出设备。如磁盘、磁带、通信设备等。,微机原理汇编接口技术,I/O接口,外部设备与CPU相比，工作速度较低，信息处理多样（如数字量、开关量、模拟量等），不同外设的工作时序不一致等。由于以上原因，外设与CPU之间一般不能直接连接，而需要一个“接口电路”来作为外设与CPU之间的桥梁，这种接口电路称为I/O接口。,微机原理汇编接口技术,I/O接口的基本功能 (为什么要用I/O接口电路),总的来说，I/O接口具有下述三方面功能： （1）速度的匹配 （2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转换等。 （3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。,微机原理汇编接口技术,主机（CPU）和I/O设备之间传送的信息格式,1.数据信息： （1）数字量（计算机可以直接接收和处理的数据） （2）模拟量 2.状态信息 例如：对于输入设备的“Ready” 对于输出设备的“Busy” 特点：CPU外设接口 可读（不可写） 3.控制信息： 特点CPU外设接口 可写（不可读）,微机原理汇编接口技术,I/O接口的基本结构,由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组寄存器：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制寄存器、 通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址,微机原理汇编接口技术,I/O端口的编址方式,1. I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O） 优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。 例如 :ADD AL, 2000H,一个I/O端口的内容,缺点：I/O端口占用了一部分地址空间。,I/O 存储器,0,XXXXH,XXXXH,整个地址空间,微机原理汇编接口技术,I/O端口的编址方式,2. I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O） 指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是给谁的？是给M，还是I/O? 在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO（80x86均如此）。 优缺点：P164,XXXXH,微机原理汇编接口技术,I/O接口的地址译码及片选信号的产生,系统中由多台外设，当CPU与外设进行通信时（IN AL, XXH 或 OUT XXH, AL）,需要对各个设备所对应的接口电路进行逻辑选择，即产生相应的片选（Chip SelectCS）信号。这种逻辑选择功能是由系统中I/O接口部分的地址译码器来实现的。所以，地址译码器是I/O接口电路的基本组成部分。 通常采用“38”译码器（74LS138） I/O指令,A5 A6 A7 A8 A9 AEN,A B C G2B G2A G1,Y0 Y7,选中某一接口电路,微机原理汇编接口技术,第二节 CPU与外设数据传送方式 一、CPU与I/O设备之间的接口信息 （一）CPU与I/O设备之间的接口信息 1、CPU与一个外设交换信息，通常需要有以下一些信息： （1）数据 数字量 模拟量 开关量 （2）状态信息 （3）控制信息 2、CPU与外设之 间的接口,微机原理汇编接口技术,（二）无条件传送方式 无条件传送方式有称同步方式，较少使用，只有在外部控制过程的各种动作时间是固定的，且是已知的条件下才能够应用。 1、无条件传送的输入方式。见图6-3所示： 2、无条件传送的输出方式。见图6-4所示：,微机原理汇编接口技术,3、无条件传送方式的举例。见图 6-5所示： STA:MOV DX,0100H LEA BX,DSIOK XOR AL,AL AGN:MOV AL,DL OUT 20H,AL CALL NEAR DELAY1 MOV AL,DH OUT 20H,AL CALL NEAR DELAY2 IN AX,10H MOV BX,AX INC BX INC BX RCL DH,1 JNC AGN,微机原理汇编接口技术,（三）查询传送方式 1、查询式输入 与无条件传送方式不一样，这种方式，在传送前，必须去查询一下外设的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好，则CPU就等待。 （1）查询示输入的接口电路。见图6-6所示：,微机原理汇编接口技术,（2）查询式输入时的数据和状态信息和程序流程图见6-7和图6-8所示： POLL：IN AL，STATUSPORT ；从状态端口输入状态信息 TEST AL，80H ；检查READY是否1 JE POLL ；未READY循环 IN AL，DATAPORT ；READY，从数据端口输入数据 *这种CPU与外设的状态信息交换方式，称为应答式，状态信息称为“联络”（Handshake）信息。,微机原理汇编接口技术,2、查询式输出 （1）查询式输出的接口电路，见图 6-9所示：,微机原理汇编接口技术,（2）查询式输出时的数据、状态信息和流程图见图6-10和图6-11所示： POLL：IN AL，STATUS_PORT ；从状态端口输入状态信息 TEST AL，80H ；检查BUSY位 JNE POLL ；BUSY未循环等待 MOV AL，STORE ；否则，从缓冲区取数据 OUT DATA_PORT，AL ；从数据端口输出,微机原理汇编接口技术,3、查询方式的举例。 见图6-12 所示: STA:MOV DL,0F8H LEA DI,DSIOK AGN:MOV AL,DL AND AL,0EFH OUT 4,AL CALL DELAY MOV AL,DL POL:IN AL,2 SHR AL,1 JNC POL IN AL,3 STOSB INC DL JNE AGN,微机原理汇编接口技术,（四）中断传送方式 当CPU需要输入或输出时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数据输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停现执行的程序，转去执行输入或输出操作（中断服务），待输入或输出操作完后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这样就大大提高了CPU的效率，就允许CPU与多个外设同时工作。 中断传送时的接口电路的方框图见图6-13所示：,微机原理汇编接口技术,五、直接存储器存取(DMA)方式 1、什么是DMA方式？ 先来回顾前面介绍的两种数据传送方式 （1）查询传送方式 数据 N 状态 Y 特点： 接口电路简单。 CPU要不断的查询，使用效率低。 由软件来完成数据的传送。,微机原理汇编接口技术,(2)中断传送方式 地址 数据 数据总线 READY 特点：CPU和多外设并行工作，提高了CPU的使用效率。 由硬件和软件完成数据的输入和输出。 说明：中断传送方式仍需要CPU通过程序来传送，每次要保护断 点，保护现场需要多条指令，每条指令要有取指和执行时 间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况， 例如磁盘与内存间的信息交换，就显的速度太慢。,微机原理汇编接口技术,（3）DMA传送方式 用硬件在外设与内存间直接进行数据传送（DMA）而不通过CPU。 总线 DMA请求 HOLD DMA响应 HLDA HOLD总线请求信号 HLDA总线请求响应信号,微机原理汇编接口技术,2、DAM控制器必须具有的功能： 总线 DMA请求 HOLD DMA响应 HLDA (1)能向CPU发出HOLD信号。 (2)CPU发出HDLA信号后，DMAC接管对总线的控制，进入DMA方式。 (3)发出地址信号，能对存储器寻址及能修改地址指针。 (4)能发出读或写等控制信号。 (5)能决定传送的字节数，及判断DMA传送是否结束。 (6)发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。,微机原理汇编接口技术,3、通常DAM的工作流程,微机原理汇编接口技术,4、实现DMA传送方式的硬件方框图及工作过程 DMA请求； DMAC发出HOLD（高电平1）总线请求； CPU发出HLDA（1）响应，CPU让出总线的控制权； DMA控制器接管总线发出DMA响应信号； 进行DMA方式数 据传送。 传送结束DMAC 发出HOLD(0)信 号，让出总线 的控制权； CPU 接管总线 的控制权并使 HDLA为0，恢正 常工作。,微机原理汇编接口技术,5、DMA操作的基本方法 （1）周期挪用 周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期“挪用”来进行DMA操作，DMAC可以使用总线而不通知也不影响CPU。 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 t 取指周期 执行周期 特点： CPU操作与DMA方式传送可以并行。 要有识别CPU是否访问存储器的复杂时序电路。 数据的传送是不连续和不规则的，所以使用的不太普及。,微机原理汇编接口技术,（2）周期扩展 周期扩展：由DMAC发出请求信号给时钟电路，时钟电路把供给CPU的时钟周期加宽，而提供给DMAC的时钟周期不变。这样，CPU在加宽的时钟周期相当于若干个正常的时钟周期，可以进行DMA操作。 DMA时钟 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 CPU时钟 T1 T2 T3 T4 特点： 需要专门的时钟发生器/驱动器电路。 CPU的速度降低，且CPU的加宽使有限的，所以一次只能传送一个字节。,微机原理汇编接口技术,（3）CPU停机方式 DMAC向CPU发出DMA请求信号，迫使CPU在现行的机器（总线）周期结束后，让出总线的控制权，并给出一个DMA响应信号，使DMAC可以控制总线进行数据传送。 特点： 可以进行单字节传送，也可以进行数据块的传送。 DMA传送期间，CPU处于空闲，降低CPU的利用率。 6、DMA传送方式 各种DMAC一般有两种基本的DMA传送方式： 单字节方式：每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤消DMA请求信号，释放总线。 字节（字符）组方式：每次DMA请求连续传送一个数据块，待规定长度的数据块传送完了以后才撤消DMA请求信号释放总线。,微机原理汇编接口技术,I/O 控制方式小结,一、程序控制方式 1.无条件传送方式 2.程序查询方式（特点，流程图. P167） 二、中断控制方式 1.中断定义： 2.中断方式的特点： （a）CPU的效率高，CPU不必查询等待 （b）CPU与外设可并行工作 （c）外设具有申请服务的主动权 三、DMA方式 DMA方式的特点：在专门的硬件控制电路（DMAC）控制之下，由DMAC发出地址及读/写信号来实现高速数据传输。在此过程中，CPU放弃总线控制权，数据传送不经过CPU。如图所示。采用DMA方式，可实现：,存储器,I/O设备,输出,输入,存储器,存储器,I/O设备,I/O设备,微机原理汇编接口技术,可编程DMA控制器8237,功能概况 一、8237的结构： 二、8237的引脚配置（Pin Configration） * 对于20位内存地址的高4位地址的提供方法 三、8237的工作方式 单字节传送方式（Single Transfer Mode） 块传送方式（Block Transfer Mode） 请求传送方式（Demand Transfer Mode） 级联方式（Cascade Mode） 四、8237的寄存器 五、特殊软件命令 六、内部存储器的寻址 * 七、时序 八、8237的编程,微机原理汇编接口技术,Intel 8237/8237-2是一种高性能的可编程的DMA控制器，采用5MHz的8237-2传送速度可以达到1.6M 字节/秒。 一、主要功能 1、在一个片子中有四个独立的DMA通道。 2、每一个通道的DMA请求可以分别允许和禁止。 3、每一个通道的DMA请求有不同的优先权，优先权可以是固定的，也可以是旋转的。 4、每一个通道一次传送的最大长度可达64K字节。可以在存储器与外设间进行数据传送，也可以在存储器的两个区域之间进行传送。 5、8237的DMA传送有四种方式：单字节传送方式、数据块传送方式、请求传送方式、级连方式。 6、有一个结束处理信号 ，允许外界用此输入端结束DMA传送或重新初始化。 7、8237可以级连，任意扩展通道数。,微机原理汇编接口技术,二、8237的结构,微机原理汇编接口技术,三、8237的内部寄存器 四、8237的引线,微机原理汇编接口技术,用8212作为一个输入输出接口 一、8218 介绍 8212是一个八位的输入输出接口片子。 它是一个8位锁存器，带有三态输出缓冲， 它也有中断请求逻辑，可发出中断请求信 号。其内部结构的逻辑图见如图6-18所示,微机原理汇编接口技术,（二）8212的工作模式 1、8212用作输出接口时，接口中要有锁存CPU输出的数据。因为CPU的输出数据只在执行输出指令的输出时序的12uS时间出现在数据总线上，所以要由接口电路中的锁存器锁存。 其各个引脚的信号连接见图6-19所示：,微机原理汇编接口技术,2、8212用作输入接口时，由于输入设备的不同，两种不同的工作方法： （1）直通式：其各个引脚的信号连接见图6-20所示： （2）选通输入：其各个引脚的信号连接见图6-21所示：,微机原理汇编接口技术,（三）用8212作为CPU与纸带读入机(PTR)的接口 把一个PTR与CPU相接（接口电路如图6-22所示）： 完成数据读入过程的程序如下： RDR: MOV BX，OFFSET BUF ；置输入数据地址指针 MOV CX，COUNT ；置输入字节数初值 LOOP1: MOV AL，0BH OUT (09FH)，AL ；启动PTR WAIT: IN AL，(0F9H) ；输入状态 AND AL，01H JZ WAIT ；未准备好，等待 IN AL，(0F8H) MOV BX，AL ；输入的数据存入内存 INC BX LOOP LOOP1 COUNT EQU 100 BUF DB 100 DUP (?),微机原理汇编接口技术,DMA控制器的一般结构及其与I/O接口的连接,控制寄存器,状态寄存器,数据输入寄存器,数据输出寄存器,控制寄存器,状态寄存器,地址寄存器,字节计数寄存器,数据总线,控制总线,数据总线,控制总线,地址总线,地址总线,地址译码器,计数结束信号 （可作为中断请求信号）,DMA控制器,DMA请求,DMA响应,中断请求,外设,微机原理汇编接口技术,以DMA方式输出一个字节数据的工作过程,