《输入输出接口》PPT课件.ppt

输入 输出接口 第五章输入输出接口 基本概念 第5 1节基本概念外设输入 输出设备是外部设备 简称外设 微机与外设之间的信息交换称为输入和输出 接口接口 外设与总线之间的中间环节 是计算机与外设交换信息的控制电路 端口 接口电路中可以被寻址访问的存储单元 可分为数据端口 状态端口 控制端口 接口功能 接口的功能数据缓冲 外设数据输入到总线时需要缓冲 数据锁存 总线数据输出到外设时的锁存 解决CPU与外设速度不匹配问题 传输控制命令和状态信息 计算机与外设有时需使用硬件握手 例如 计算机利用查询输出到打印机 信息转换 串并转换 数模转换 电平格式转换 I O端口的编址 I O端口的编址方式I O端口与存储器统一编址把一个外设端口看作存储器的一个单元 占用存储器的地址空间 利用对存储器的读写操作完成数据的输入和输出 优点不需要专门的输入输出指令可使用全部对存储器操作的指令 指令数量多端口数量多缺点占用存储器空间寻址时地址线数多 译码复杂 I O端口的编址 I O端口独立编址计算机单独给外设端口编址 I O端口具有独立的地址空间 计算机需用控制信号区分存储器空间和I O端口空间 例8086CPU的M IO 优点I O空间较存储器空间小 地址线少 译码电路相对简单 不占用存储器空间缺点要有专门输入输出指令 寻址方式少 不灵活 8086I O空间 8086I O空间8086系统使用16根地址线 A15 A0 寻址I O端口 可寻址64KB个I O端口 偶地址端口数据使用低8位数据总线传送 奇地址端口数据使用高8位数据总线传送 奇 偶地址端口的数据传送由BHE和A0控制 I O端口的读 写选通信号为IOR和IOW 注 IBMPC XT机实际只使用低10位数据线寻址I O端口 寻址1KB个端口 8086I O空间 计算机系统中 多使用8位端口 8086系统的8位端口使用数据线的低8位传送信息 所以端口地址的编址多为偶地址 现代的计算机体系中 通过转换电路8位端口地址可以连续编址 8086输入 输出指令输入指令INAL PORTINAX PORTINAL DXINAX DX输出指令OUTPORT ALOUTPORT AXOUTDX ALOUTDX AX CPU与外设的连接 第5 2节CPU与外设的连接CPU与外设的一般接口电路 一 端口数据口 用于完成数据的输入或输出 包括 数字量如用ASCII码表示的数和字符模拟量如经DAC转换输出的电流开关量如以一位二进制表示的量 CPU与外设的连接 控制口控制口为一个输出接口 用于控制外设的启动 START 停止 STOP 或数据的选通 STB 等 具体由外设的要求而定 状态口CPU通过状态口了解外设状态 如 输入外设是否准备好 READY 转换是否结束 EOC 输出装置是否忙 BUSY 控制信息和状态信息一般也由数据总线传送 CPU与外设的数据传送方式 一 无条件传送传送数据之前 CPU不需要检测外设是否准备就绪 程序中直接使用IN和OUT命令来完成输入和输出 也叫注入式或命令式 无条件输入 MOVDX 0160HINAL DX I O读周期时序 T1 T2 T3 T4 T1 地址 数据 CLK A BHE D IOR 7 0 15 0 CPU与外设的数据传送方式 无条件输出 MOVDX 0160HMOVAL BX OUTDX AL BX 中存放需要输出到I O接口的内容 T1 T2 T3 T4 T1 地址 数据 CLK M IO BHE AD ALE WR DT R DEN READY 15 0 I O写周期时序 I O写周期时序 T1 T2 T3 T4 T1 地址 数据 CLK A BHE D IOW 7 0 15 0 CPU与外设的数据传送方式 无条件输出 T1 T2 T3 T4 T1 地址 数据 CLK M IO BHE AD ALE WR DT R DEN READY 15 0 I O写周期时序 CPU与外设的数据传送方式 二 查询传送传送数据之前 CPU需要检测外设的状态 即握手信号的联络 只有外设条件满足时才传送数据 否则继续检测 直到满足 通常接口电路中用状态端口的某一位或某几位表示外设的状态 也叫问答式 如果外设工作情况无法预先知道或无规律 一般采用查询或中断工作方式 优点 可解决速度匹配问题 电路和程序都比较简单 缺点 CPU检查外设状态 需要占用大量CPU时间 影响系统效率 CPU与外设的数据传送方式 查询输入 CPU与外设的数据传送方式 电路说明控制口 口地址为0164H 只完成ADC的启动 不用传递其他控制信息 0164H IOW状态口 ADC转换结束后 由EOC产生负脉冲 把ADC输出数据锁存到锁存器中 并置状态触发器为 1 表示数据已准备好 状态信息由数据线D0传送 口地址为0162H 0162H IOR 数据口 查询状态 条件具备 则选中数据口输入数据 同时清状态 表示数据已读走 防重读 数据口地址为0160H 0160H IOR CPU与外设的数据传送方式 从ADC读取一个数据子程序 数据存放在AL中 READPROCMOVDX 0160HINAL DX 清状态MOVDX 0164HOUTDX AL 启动READ1 MOVDX 0162HINAL DX 查询状态TESTAL 01HJZREAD1MOVDX 160HINAL DX 读取数据RETREADENDP CPU与外设的数据传送方式 查询输出 CPU与外设的数据传送方式 电路说明控制口 由输出口164H产生一个负脉冲启动外设工作 数据口 地址160H CPU输出数据到锁存器 同时置 1 状态触发器 通知外设数据已准备好 状态口 地址0162H CPU查询状态 看外设是否取走数据 若外设取走数据 则发ACK信号 清除状态触发器 CPU与外设的数据传送方式 输出一个数据子程序 输出数据在AL中 WRITEPROCMOVDX 0164HOUTDX AL 启动外设MOVDX 0160HOUTDX AL 输出数据MOVDX 0162HWRITE1 INAL DX 查询状态TESTAL 01HJNZWRITE1RETWRITEENDP CPU与外设的数据传送方式 三 中断传送方式外设 准备好 后 向CPU发中断请求CPU响应请求 停止正在运行的程序 去执行请求处理处理完请求后 回到断点处继续执行数据交换在中断服务程序中完成优点 CPU主动查询变为被动中断 提高了系统效率缺点 需要专门的中断申请电路 程序设计复杂 不适合对大量数据的传输 CPU与外设的数据传送方式 四 DMA方式 DirectMemoryAccess 传统方式 DMA方式 DMA方式适合大量数据高速传输 例如 DRAM刷新等优点 速度高 不需要CPU参与 缺点 硬件接口复杂 DMAC价格高 DMA控制器或DMA通道一般是8237芯片一片8237有4个通道 两片级连有7个通道 输入 输出实例 第5 3节输入 输出实例例1设计一个输出接口 控制8个发光二极管 每隔1秒钟点亮一只 只有一只亮 从上到下循环往复 说明 74LS273为上升沿锁存的锁存器 其输出灌电流可达8mA 能够点亮发光二极管 74LS133为13输入的 与非 门 由它和反相器74LS04及三 八译码器74LS138对地址线A15 A0进行译码 决定端