《伤病的社区康复》PPT课件.ppt

第7章 输入输出系统 1 主要内容 n输入输出系统的特点和功能 nI/O端口及其编址方式 n基本输入输出方法 n中断控制技术 2 7.1 输入输出系统概述 主要内容： nI/O系统特点 nI/O接口与I/O端口的概念 nI/O端口的编址方式 n端口地址译码 n数据传送方式 3 一、输入输出系统 将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统 输入输出接口 输入输出设备 输入输出软件 4 输入输出系统的特点 n复杂性 n异步性 n时实性 n与设备无关性 5 I/O接口 I/O接口： n负责将外设连接到总线上的一组逻辑电 路的总称。 n实现外设与主机之间的信息交换。 6 I/O接口要解决的问题 n速度匹配(Buffer) n信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) n信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) n信息格式(字节流、块、数据包、帧) n时序匹配(定时关系) n总线隔离(三态门) 7 接口的功能 n数据的缓冲与暂存 n信号电平与类型的转换 n增加信号的驱动能力 n对外设进行监测、控制与管理，中断处理 8 二、I/O端口 数据端口 状态端口 控制端口 端 口 I/O端口：接口中的寄存器 9 I/O端口 CPU 数据 状态 控制 外设 10 I/O端口的编址方式 统一编址 独立编址 11 端口与内存的统一编址 特点： n指令及控制信号统一 n内存地址资源减少 内存 地址 960KB I/O地址 64KB 00000H F0000H FFFFFH 12 端口的独立编址 特点： n内存地址资源充 分利用 n能够应用于端口 的指令较少 内存 地址 I/O 地址 00000H FFFFFH FFFFH 0000H 13 端口的独立编址 8 0 8 6 总 线 A19-A0 A15-A0 MEMR、MEMW IOR、IOW 、BHE 存储器 输入/输出 14 8086的I/O端口编址 n采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)； n最小模式下由M/IO区分是访问内存还是访问端口； n最大模式下用总线控制器信号来区分访问对象 nI/O操作只使用20位地址信号中的16位：A15A0 n可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 nI/O地址范围为0FFFFH nIBM PC只使用了1024个I/O地址(03FFH) 15 三、I/O地址的译码 目的： n确定端口的地址 参加译码的信号： nIOR，IOW，A15 A0 nOUT指令将使总线的IOW信号有效 nIN指令将使总线的IOR信号有效 16 I/O地址的译码 n当接口只有一个端口时，16位地址信号 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。 17 I/O地址的译码 n某外设接口有4个端口，地址为2F0H 2F3H，试将其与系统连接。 18 四、输入输出数据的传送方式 并行 一个数据单位同时传送 串行 数据按位传送 19 7.2 基本输入/输出方法 程序控制方式 中断方式传送 直接存储器存取(DMA) 无条件传送 查询式传送 20 一、无条件传送 n适用于总是处于准备好状态的外设 n优点：软件及接口硬件简单 n缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 21 无条件传送例 n读取开关的状态； n当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮 22 D CP Q D0 D1 输出口地 址38F3H 输入口地 址38F0H +5V 1 23 二、查询工作方式 适用场合： n外设并不总是准备好 n对传送速率和效率要求不高 对外设及接口的要求： n外设应提供设备状态信息 n接口应具备状态端口 24 查询工作方式 n优点：软件比较简单 n缺点：CPU效率低，数据传送的实时性 差，速度较慢 单一外设时 的工作流程 25 超时? READY? 与外设进 行数据交换 超时错 读入并测试外设状态 Y N Y N 传送完？ 防止死循环 复位计时器 N Y 26 查询工作方式例 外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为 状态标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使 状态标志置1 ；外设把数据读走后又把它置 0。 试画出其电路图，并将DATA下100B数输 出 27 三、中断控制方式 特点： n外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为 它服务。服务结束后或在外设不需要时， CPU可执行自己的程序 n优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 n缺点：程序编制较为复杂。 28 以上三种I/O方式的共性 均需CPU作为中介： n软件： 外设与内存之间的数据传送是通过CPU 执行程序来完成的（PIO方式）； n硬件： I/O接口和存储器的读写控制信号、地址 信号都是由CPU发出的。 n 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度 （约为几十KB/秒） 29 四、DMA控制方式 特点： n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； n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。 30 DMA控制方式 DMAC 外设 接口 CPU QRD MEM DACK HOLD HLDA BUS 控制信号 31 DMA控制方式的工作过程 n外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； nDMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号 HOLD； nCPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA 信号，对HOLD信号进行响应； nDMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并 向外设发出DMA响应信号DACK 32 DMA控制方式的工作过程 nDMA控制器送出地址信号和相应的控制信 号，实现外设与内存或内存与内存之间的直 接数据传送； n例：从外设向内存传送一个字节 DMAC向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上 发出存储器的地址和存储器写信号和AEN信号。 33 DMA控制方式的工作过程 nDMA控制器自动修改地址和字节计数器，并 判断是否需要重复传送操作。当规定的数据 传送完后，DMA控制器就撤销发往CPU的 HOLD信号。CPU检测到HOLD失效后，紧 接着撤销HLDA信号，并在下一时钟周期重 新开始控制总线。 34 DMA的三种传送方式 n连续传送（块传送）： DMAC在申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总 线，而不管中间DREQ是否有效。 n单次传送（每次传送一个字节）： 每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。 n按需传送（猝发传送）： 只要I/O接口的数据缓冲可用，就可进行传送。此时 I/O接口需要有一定大小的FIFO缓冲区。 35 数据块传送： Y N 允许DMA DMA请求？ DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节 块结束？ 地址增量，计数器减量 DMAC释放总线 Y N 36 每次传送一个字节： N Y N 允许DMA DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个数据 块结束？ 释放总线至少一个总线周期 地址增量，计数器减量 DMAC释放总线 Y 测试I/O的DREQ DMA请求？ 37 按需传送： N Y CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节 块结束？ 测试I/O的DREQ 有效？ 地址增量，计数器减量 释放总线，请求中断 无效，释放总线 允许DMA DMA请求？ DMAC请求总线 Y N Y N 38 DMA控制方式 优点： n数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在 内存和外设之间交换，可以达到很高的传 输速率（可达几MB/秒） 39 五、I/O通道控制方式 n具有自己的指令系统 n专门负责外部设备的控制 40 7.3 中断技术 掌握： n中断的基本概念 n中断响应的一般过程 n中断向量表及其初始化 n8088/8086中断系统 41 一、中断的基本概念 中断： nCPU执行程序时，由于发生了某种随机的事 件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运 行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称 为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该 事件，该事件处理完后又返回被中断的程序 继续执行，这一过程称为中断。 42 中断源 n引起CPU中断的事件，发出中断请求的来源 内部中断 外部中断 异常中断 软件中断 可屏蔽中断 非屏蔽中断 异常事件引起 中断指令引起 INTR中断 NMI中断 43 引入中断的原因 n提高数据传输率； n避免了CPU不断检测外设状态的过程， 提高了CPU的利用率。 n实现对特殊事件的实时响应。 44 二、外部中断响应的一般过程 n中断请求 n中断判优及中断源识别 n中断响应 n中断处理（服务） n中断返回 45 中断请求 n中断请求信号应保持到中断被处理为止； nCPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销 。 NMI INTR 46 中断源识别 n软件查询法 n中断矢量法。由中断源提供中断类型号， CPU根据类型确定中断源。 47 中断判优 要解决的问题 n对同时产生的中断： 首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相 同，则按先来先服务的原则 n对非同时产生的中断： 低优先级的中断程序允许被高优先级的中断源 所中断 中断嵌套 48 中断判优 控制方法 软件判优 顺序查询中断请求，先查询的先服务 （即先查询的优先级别高） 硬件判优 链式判优、并行判优（中断向量法） 49 菊花链逻辑电路 INTAin IREQ INTR 9cmgqOuSyWBZF%J)N26:akeoisQvTzXD!H*K-04.8 clfpjtRxVBYE$I(M=25;9dnhrOuSyWC#G%J)N37akeoisQwUzXD!H*L+04.8 cmgpjtRxVBZE$I(M=27bleoisQwUAXD!H*L+1ohrPvTzXD!G9dmgqOuSyWCZF%J)N37:akeoisQwTzXD!H*L-04.8 cmfpjtRxVBYE$I(M=27bkeoisQwUzXD!H*L+14.8 cmgqjtRxVBZF$I(M=27blfoisQwUAYD!H*L+15.8 cmgqOtRxVBZF%J(M=27blfpisQwUAYE$H*L+15;9nhrOuSyWC#G%J)N37akeoisQwTzXD!H*L+04.8 cmgpjtRxVBZE$I(M=27bleoisQwUAXD!H*L+14.8 cmgqjtRxVBZF%I(M=27blfoisQwUAYE!H*L+15;8 cmgqOuRxVBZF%J)M=27blfpjsQwUAYE$I*L+15;9 cmgqOuSyVBZF%J)N27blfpisQwUAYE$H*L+15;8 cmgqOuSxVBZF%J)M=27blfpjtQwUAYE$I*L+15;9cmgqOuSyWBZF%J)N27blfoisQwUAYD!H*L+15.8 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