《输入与输出》PPT课件.ppt

2019年6月13日6时9分,1,第六章 输入与输出,2019年6月13日6时9分,2,1 基本概念,CPU的外设种类繁多，在电平，功率，速度，信息形式上与CPU有很大的差别。 有许多矛盾需解决，而不能简单的连接。 要解决的问题： CPU如何对I/O寻址 CPU如何与不同速度的外设配合工作 CPU如何与大量外设协调工作 CPU如何在电平，功率上与外设协调工作 CPU如何与不同信息形式的外设配合工作,2019年6月13日6时9分,3,执行CPU的命令 CPU对被控对象外部设备的控制命令是以命令代码的形式先发送到接口的命令寄存器，即命令端口。 返回外设状态 如，“忙”、“闲”、“准备就绪”、“未准备就绪”等状态，接口中一般设置状态寄存器，即状态端口。 数据缓冲 为了解决高速主机和低速外设的矛盾，避免因速度不匹配而丢失数据，接口中一般都设置数据缓冲器。 信号转换 外设所需的控制信号和它所提供的状态信号往往与系统的总线信号不兼容，信号转换是接口的一个重要任务。 设备选择 数据宽度与数据格式转换 应具有“并串”或“串并”转换的功能,接口的功能,2019年6月13日6时9分,4,2 I/O 寻址方式,存储器对应的寻址方式 将I/O当成存储器寻址，每个I/O占有存储器的一个地址。 与存储器一起占有1MB的存储空间 特点：指令丰富，I/O数量不受限制，不便于阅读 专用I/O寻址方式 将存储器和I/O分别寻址 用专用的 IN 和OUT 指令 用8条地址线或16条地址线寻址 特点：I/O不占存储器地址，译码电路较简单。易于阅读,2019年6月13日6时9分,5,3 CPU与I/O数据传送方式,一，CPU与I/O间的接口信号,接口信号,数据 状态信息 表征目前I/O所处状态 控制信息 CPU发出控制I/O工作的信息,2019年6月13日6时9分,6,数据，状态和控制是不同性质的信息，必须分别传送 但CPU只有 IN 和 OUT 指令 所以外设的状态信息也必须作为数据输入 CPU发出的控制信息也必须作为数据输出 外设与主机的连接端口也包含：数据端口，状态端口和控制端口 每个端口一个地址，CPU是对端口寻址，而不是笼统对外设寻址 接口是有若干个端口组成,2019年6月13日6时9分,7,二，I/O控制方式,无条件传送方式（同步方式） 用于CPU与低速的外设间传送数据。 数据的保持时间相对CPU的速度要慢得多。 输入端口直接用三态缓冲器，外界数据送到其输入端，CPU执行 “IN” 指令 对于输出设备要求锁存，输出的数据应在输出接口的输出端保持一段时间，锁存的时间与外设的动作速度相适应。CPU执行 “OUT” 指令 特点 接口电路简单，程序设计简单。 输入时，应保证输入的数据已准备好。 输出时，应保证外设已将上次送出的数据取走，可接收新的数据。,2019年6月13日6时9分,8,2019年6月13日6时9分,9,例，不断读入按钮的状态，若按钮按下，LED亮，未按下则灭. 注：三态门作为输入接口，锁存器作为输出接口 Q6=1，亮；Q6=0，灭,STA：IN AL，40H AND AL，80H JNZ OPE MOV AL，40H OUT 30H，AL JMP STA OPE: MOV AL, 00H OUT 30H，AL JMP STA,Q6,2019年6月13日6时9分,10,查询传送方式 CPU与外设的速度在多数情况下是不匹配的。 CPU必须在外设准备好的情况下才能与其传送数据。 接口电路中一般都有一个反映外设准备就绪的标志。 只有当其表征外设具备工作条件时，CPU才能控制数据的输入/输出操作。 即用状态端口提供外设的工作状态。 查询方式的过程 输入I/O接口的状态端口的内容（0或1）。 确认是否准备就绪。 是，传送数据；否，等待。,2019年6月13日6时9分,11,查询式输入 CPU用查询方式从外设中输入数据时，必须先由状态端口查询外设的数据是否已经准备好，确认准备好后，再由数据端口输入数据。 查询式输入方式接口电路有两个端口，数据信息和状态信息分别由数据端口和状态端口输入到数据总线 。 若数据为8位，则占有一个8位端口；状态信息只有1位，一个8位的状态端口可供8个外设用。 假设状态信号连到CPU的D7上，查询式输入方式的查询程序段如下（1为准备好）： LOOP1： IN AL，20H TEST AL，10000000B JZ LOOP1 IN AL，30H,2019年6月13日6时9分,12,查询式输入,2019年6月13日6时9分,13,查询式输出 CPU用查询方式向外设输出数据时，必须先由状态端口查询外设是否空闲，若外设数据寄存器的数据已输出，表示有空，可接收CPU的数据，否则CPU等待。 查询式输出方式接口电路有两个端口：数据输出端口和状态输入端口 。 假设状态信号连到CPU的D0上，查询式输出方式的查询程序段如下（1为准备好）： LOO1： IN AL，30H TEST AL，00000001B JZ LOOP1 MOV AL，BL OUT 20H， AL,2019年6月13日6时9分,14,查询式输出,2019年6月13日6时9分,15,例，8位A/D转换器，START端为0时启动A/D，转换结束EOC为1。采用查询方式，8255为接口电路，A口，B口为输入，C口输出。,READ：MOV AL，92H OUT 43H，AL MOV AL，01H OUT 42H，AL MOV AL，00H OUT 42H，AL,PIN： IN AL，41H RCR AL，01H JC PIN MOV AL，01H OUT 42H，AL IN AL，40H,2019年6月13日6时9分,16,查询方式的特点 接口电路简单，程序简单。 适用于CPU与外设的工作速度 不相匹配的情况。 CPU主动，外设被动被查询。 当外设数量较多时，降低CPU 的效率。 对外部的突发事件无法 及时响应。,2019年6月13日6时9分,17,中断传送方式 在中断控制方式中，外设也具有某种主动权。 即在具备工作条件时，主动请求CPU为该其服务，CPU响应其请求后，即中断正在执行的主程序，转为执行为该外设服务的中断服务程序。 服务完毕，返回断点，继续执行主程序 中断的特点 CPU能及时响应外设的随机服务请求。 CPU能与多个外设同时工作。 能及时处理异常情况。 实质上是程序执行方式 为正确返回断点，须保护现场和恢复现场 不适合于大数据量和高速的外设。,2019年6月13日6时9分,18,中断的路径 若主程序在执行第N条指令时被外部或内部请求所中断 则第N+1条指令的地址就是断点 为使CPU执行完中断服务程序后正确返回断点，进入中断服务程序前需“保护现场”，返回主程序前需“恢复现场”。,2019年6月13日6时9分,19,直接存储器存取（DMA）传送方式 用DMAC专用硬件取代CPU，直接在外设与存储器间传送数据。 数据传送的速度仅取决于存储器的存取速度（因存储器的工作速度比外设的工作速度高得多），极大提高传送速度。 正常情况下，CPU管理着三总线。 当外部有DMA请求时，CPU让出对三总线的控制权，转由DMAC管理。 DMAC控制高速外设与存储器间的大量数据传送。 数据传送结束， DMAC将对三总线的控制权交还CPU，结束DMA过程。 DMA的特点 适合管理高速外设与存储器间大量数据的传送。 硬件电路复杂，价格高。,2019年6月13日