接口与通讯技术第五章IO系统.ppt

第五章 I/O系统,(pg199) 概述 CPU和I/O设备之间的数据传送方式,第一节 概述,一、I/O系统的组成： 1、I/O设备： 2、I/O设备与CPU之间的接口（电路） （问题）为什么要用接口？,二、I/O接口的功能： 在系统总线和I/O设备之间传送信号，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以下接口的功能： 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,三、CPU和I/O之间的接口信号分类： 1、数据信息： 数字量:如二进制表示的字母.BCD码.ASC码或字符。 模拟量: 开关量:一些两个状态的量。 2、控制信息：CPU控制I/O设备的工作。 3、状态信息：外设通过接口送往CPU的。,接口电路控制数据信号的传送，这种传送操作 是在CPU的监控下实现的。对于CPU而言，数据传送 就是输入输出操作，控制接口的传送操作有三种方式： 程序方式 无条件传送方式 条件传送方式（查询方式传送） 中断方式（程序中断控制I/O方式） DMA方式（DMA控制I/O方式） 现在还有一种IOP方式,程序方式传送是指在程序控制下进行信息传送，又可分为无条件传送和条件传送方式。 一、 无条件传送方式 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。 在无条件传送方式下，程序设计较简单。这种方式用得较少，只用在对一些简单低速外设的操作，如开关、七段显示管等。,第二节 CPU和I/O之间的数据传送方式 程序方式,分析： 1、当CPU从外设读数据时，RD=0，M/IO低电平，因此三态（输入）缓冲器被选通，使其中早已准备好的输入数据进入DB，再达CPU。 2、当简单外设作为输出设备时，一般要用锁存器。此时WR=0,M/IO=0，于是接口中的输出锁存器被选中，信息经DB送锁存器，保存这个数据直到外设取走。 思考：如果外设没有准备就绪，会出现什么问题？,二、条件传送方式（查询方式传送） 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。 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从接口中读取状态信息。 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。,查询方式流程图,多个外设的查询方式流程图,查询式输入的接口电路,分析： 输入设备在数据准备好以后使接口发一选通信号作用有一方面将外设的数据送到接口的锁存器中。使D触发器输出为1，从而使READY为1。 CPU先读取状态字，检测状态字看数据是否准备就绪，即数据是否已经进入接口的锁存器中，如准备就绪，则传送数据，即执行输入指令读取数据，此时状态位清零。,查询式输出的接口电路,分析： 1、CPU执行输出指令时，由M/IO和WR产生 的选通信号将数据打入接口锁存器，同时使触发器 输出为1，作用：告诉外设接口中有数据可提取 使状态寄存器的对应位为1，告诉CPU当前外设处 于“忙”状态。 2、当外设取走数据后，会送ACK，使触发器置 0，从而使状态器存器的对应位置0，这样可以开始 下一个输出过程。,查询方式特点： 通过查询实现CPU与外设间的同步联络 CPU和外设串行工作 接口电路简单 CPU使用率不高，用CPU的等待实现与外设的同步,中断方式又称为程序中断控制I/O方式 中断方式：当外设作好传送准备后，主动向CPU请求中断， CPU响应中断后在中断处理程序中与外设交换数据。若外设未准 备好，CPU可以执行其他程序，提高了CPU的利用率。每条指令 完成后，CPU均可响应中断，因此当设备准备好时，可及时与 CPU交换数据，提高了实时性。,第三节 CPU和I/O之间的数据传送方式 中断方式,被外界中断时，程序中下一条指令所在处称为断点。 中断传送方式就是外部设备中断CPU的工作，使CPU停止 执行当前程序，而去执行一个数据输入/输出的程序（该程序 称为中断处理子程序或中断服务子程序）。中断子程序执行 完毕后，CPU又转回来执行原来的程序。,中断I/O的一般过程,中断方式输入的接口电路,分析： 1、当外设准备好数据时，便发一选通信号，从而使数据打入接口的锁存器中，并使中断请求触发器置1，此时，如果中断屏蔽触发器的值为1，则产生一个向CPU的INT。 2、CPU接到请求信号后，如果IF=1，则响应中断。 3、接口电路接收到INTA后，将中断向量送到数据总线，同时清除中断请求触发器的请求信号。 4、CPU根据中断向量找到中断处理子程序的入口地址，转去执行中断处理程序。,中断优先级的管理 1、什么是中断优先级？ 2、优先级管理原则： 有多个中断源请求时，先响应高级的。 高级能打断低级，反之不能。 一般是不允许同级之间相互打断。,（1）、软件查询方式 这种方式借助于简单的硬件电路。 优点：省硬件，不需要有判断优先级的硬件排队电路，而是用程序的优先级来确定设备的优先级。 缺点：由设备发出中断请求信号到CPU转入相应的服务程序入口的时间较长，特别是在中断源较多时，查询程序段较长，转入服务程序所花的时间较长。,（2）、简单硬件方式菊花链法,菊花链逻辑电路,分析菊花链我们可知： 1、一旦设备连接好后，优先级固定， 离CPU越近，优先级越高，不易调整。 2、此电路存在低级打断高级的现象。,（3）、专用硬件方式 在微机系统中解决中断优先级管理的最常用 办法是采用可编程的中断控制器。 在8086系统中多用8259A。 可编程中断控制器中的中断类型寄存器、屏蔽 寄存器都是可编程的，当前中断服务寄存器也可以 用软件进行控制，而且中断优先级管理电路的优先 级排列方式也是通过指令来设置的，所以可编程中 断控制器使用起来很灵活方便。,一、DMA方式（DMA控制I/O方式） DMA=Direct Memory Access直接存储器访问 1、问题的提出 频繁中断，每次都要保护标志和断点，非数据传输时间过多。 进入中断和返回断点时指令队列都要清空，EU需等待，并行机制失去功能。 以上传输方式都是按字和字节传输的。,第四节 CPU和I/O之间的数据传送方式 DMA方式和IOP方式,2、什么是DMA方式？ DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O的数据传送方式，它可以让外设与外设之间、外设与内存之间直接进行高速的数据传送，而不必经过CPU。这种专门的硬件电路称为DMA控制器，简称DMAC。原理图如下：,3、DMA操作的步骤： DMAC的初始化： DMA数据传送： DMA传送结束：,几种传送方式比较： 在查询方式下，通过程序来检测接口中状态寄存器中的 READY位，以确定当前是否可以进行数据传输。 在中断方式下，当接口中已经有数据要往CPU输入或者准 备好接收数据时，接口会向CPU发一个中断请求，CP