第6章 输入输出及DMA控制器

1、微机原理及应用6-1微机原理及应用6-2F输入输出设备是计算机系统的组成部分。F程序、原始数据和各种现场信息，需要通过输入设备送入计算机。F结果或各种控制信号要通过输出设备进行显示、打印和实现控制动作。微机原理及应用6-3接口的功能：对数据传送控制，具体包括：信号暂存、数据格式转换、传送路径的切换控制和状态信号的交换、通信控制、定时控制、中断管理及错误检测等。接口的作用：就是将来自外设的信息传送给处理器，处理器对信息进行加工后再通过接口传回外设。它在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解决CPU与外设之间在数据形式、数据的传递方式以及传递速率上存在很大差异的矛盾。接口：即界面。在CPU与外设之间，

2、使两者动作条件相配合的连接电路。微机原理及应用6-4三种信息必须分别传送。为了使它们相互有分别，它们之间必须有自己的寄存器，或称端口(PORT).有数据端口、状态端口、控制端口。每个端口都有自己独立的地址。微机原理及应用6-5按通用性分类专用接口通用接口CRT显示控制器软磁盘控制器键盘控制器输入输出微机原理及应用6-6按传送方式分类并行I/O串行I/O主机与外设之间信息按字或字节同时进行传送主机与外设之间信息按位进行传送微机原理及应用6-7输入输入/ /输出接口电路，简称输出接口电路，简称I/OI/O电路。电路。微机原理及应用6-86.2输入/输出的寻址方式6.2.1I/O端口的编址1、I/O

3、端口和存储器统一编址这种编址方式是外设端口地址和存储器单元地址，共用存储器的访问空间，即一个外设端口占用一个存储单元地址。不用专用的I/O指令，访问I/O端口使用的是存储器读/写操作指令。 优点：优点：CPUCPU访问存储单元的所有指令都可用于访问访问存储单元的所有指令都可用于访问I/OI/O端口；端口； 缺点：其一是缺点：其一是I/OI/O端口占用了内存空间；其二是在程序中不能一目了然的区端口占用了内存空间；其二是在程序中不能一目了然的区分当前正在进行的访问是存储器还是分当前正在进行的访问是存储器还是I/OI/O端口。端口。两种编址方式微机原理及应用6-92、I/O端口独立编址这种编址方式是

4、外设端口地址和存储器单元地址，分别是建立地址空间。专用的I/O指令访问I/O端口。 优点：其一是优点：其一是I/OI/O端口不占用内存空间；端口不占用内存空间； 其二是访问其二是访问I/OI/O端口指令仅需两个字节，执行速度快；端口指令仅需两个字节，执行速度快； 其三是读程序时只要是其三是读程序时只要是I/OI/O指令，即知是指令，即知是CPUCPU访问访问I/OI/O端口。端口。 缺点：其一是要求缺点：其一是要求CPUCPU有独立的有独立的I/OI/O指令；指令； 其二是其二是CPUCPU访问访问I/OI/O端口的寻址方式少。端口的寻址方式少。微机原理及应用6-108086/8088CPU采

5、用I/O端口独立编址，可寻址64KB端口或32KW端口。最小方式下，用M/IO信号来区别地址总线上的地址是访问存储器还是I/O端口。当为1时，访问存储器；为0时，访问I/O端口。最大方式下，使用8288的MWTC或MRDC信号访问存储器，使用IOWC或IORC访问I/O端口。微机原理及应用6-118086/8088专用I/O访问指令及寻址方式1、直接寻址INAX，PORT；端口字信息送AX，即输入；相邻两个端口的16位数据，；PORT送AL，PORT+1送AHINAL，PORT；端口字节信息送ALOUTPORTAXOUTPORTAL直接寻址端口地址范围为0255微机原理及应用6-122、间接寻

6、址地址大于255时必须用此方式INAX，DX；输入字信息送至AX，即从(DX)；(DX)+1所指的两端口输入一个字INAL，DX；输入字节信息至ALOUTDX，AXOUTDX，AL地址范围为0000HFFFFH，段地址固定为0000H，除F8HFFH保留外，其余为用户区。微机原理及应用6-13CPU与外设工作同步CPU与外设工作不同步，在传送数据之前，CPU必须先查询外设的状态。微机原理及应用6-141 1、无条件传送方式、无条件传送方式（又称同步传送方式）（又称同步传送方式）特点：传送前，特点：传送前，CPUCPU不需要了解不需要了解I/OI/O电路的状态，假设外设已作好电路的状态，假设外设

7、已作好传送数据的准备，传送数据的准备， CPUCPU直接与外设传送数据。适用于外部控制过程直接与外设传送数据。适用于外部控制过程的各种动作时间是固定的且是已知的场合。的各种动作时间是固定的且是已知的场合。优点：程序控制下的数据无条件传送是最简便的传送方式，它所优点：程序控制下的数据无条件传送是最简便的传送方式，它所需的硬件和软件都很少，且硬件接口电路简单。需的硬件和软件都很少，且硬件接口电路简单。 缺点：这种传送方式必须在已知且确信外设已准备就绪的情况下缺点：这种传送方式必须在已知且确信外设已准备就绪的情况下才能使用，否则出错。才能使用，否则出错。 微机原理及应用6-151 1、无条件传送方式

8、（又称同步传送方式）、无条件传送方式（又称同步传送方式）微机原理及应用6-16例题、采用查询传送方式向外部设备写入数据例题、采用查询传送方式向外部设备写入数据BUF（本处给出程序的主体部分）。本处给出程序的主体部分）。MOVMOVDXDX，6000H6000H；DXDX指向状态端口指向状态端口STARTSTART：ININALAL，DXDX；读状态端口信息读状态端口信息TESTTESTALAL，80H80H；测试状态标志位测试状态标志位D7D7， JNZJNZSTARTSTART；D7=0D7=0，外设未准备好，继续查询外设未准备好，继续查询INCINCDX DX ；D7=1D7=1外设准备好

9、，外设准备好，DXDX指向数据端口指向数据端口MOVMOVALAL，BUFBUFOUTOUTDXDX，ALAL；向外设输出数据向外设输出数据RETRET微机原理及应用6-17优点：提高了优点：提高了CPUCPU的利用效率。的利用效率。缺点：需要保存大量环境参数。缺点：需要保存大量环境参数。中断响应示意图微机原理及应用6-18微机原理及应用6-19微机原理及应用6-20微机原理及应用6-21微机原理及应用6-22CPUDMAC外围设备RAM请求DMA传送请求回答地址和数据总线数据总线DMA控制原理示意图微机原理及应用6-236.3.46.3.4、I/OI/O处理机处理机( (IOP)IOP)传送

10、方式传送方式 随着计算机系统的扩大，在数据传送中应运而生了随着计算机系统的扩大，在数据传送中应运而生了专门用来处理输入输出专门用来处理输入输出的的I/OI/O处理机（处理机（IOPIOP）。）。如如Inter8089Inter8089就是一种专门配合就是一种专门配合8086/80888086/8088的的I/OI/O处理机芯片。处理机芯片。 I/O处理机主要特点：处理机主要特点：1 1）拥有自己独立的指令系统，可以独立执行自己的程序。）拥有自己独立的指令系统，可以独立执行自己的程序。2 2）预置和管理外围设备以及支持）预置和管理外围设备以及支持DMADMA传送方式。传送方式。 在系统中，在系统

11、中，CPUCPU在宏观上指导，在宏观上指导，IOPIOP在微观上具体负责输入输出及数据的有关在微观上具体负责输入输出及数据的有关处理，而且通过系统公共存储区交换信息。处理，而且通过系统公共存储区交换信息。 CPUCPU与与IOPIOP基本处于并行工作状态，提高了计算机系统整体的数据传输效率基本处于并行工作状态，提高了计算机系统整体的数据传输效率。 微机原理及应用6-248089IOP与8086/8088连接构成系统时，有两种结构方式：本地方式，8089与CPU共享系统总线和I/O总线，可在不增加其他硬件情况下获得的有智能的DMA和一组功能很强的I/O指令远程方式， 一方面，8089与CPU共享

12、系统总线和I/O总线，另一方面，8089有自己的I/O总线，有效地减少IOP与CPU争用总线的现象，提高IOP与CPU之间并行工作的程度。微机原理及应用6-25微机原理及应用6-26第第6 6章章微型计算机接口技术微型计算机接口技术图图6-418237的引脚配置的引脚配置1 40 8237A 20 21 IOR IOW MEMR MEMW NC READY HLDA ADSTB AEN HRQ CS CLK RESET DACK2 DACK3 DREQ3 DREQ2 DREQ1 DREQ0 GND A7 A6 A5 A4 EOP A3 A2 A1 A0 Vcc DB0 DB1 DB2 DB3

13、DB4 DACK0 DACK1 DB5 DB6 DB7 8237A芯片引脚图1、DMA通道微机原理及应用6-27地址寄存器地址寄存器基本地址寄存器和当前地址寄存器，16位，公用一个I/O地址，初值同时写入，每传送一个字节，对当前地址寄存器+1或者-1，指向下一个存储单元。基地址寄存器内容不变。字节寄存器字节寄存器基本字节计数器和当前字节计数器，16位，公用一个I/O地址，初值分两次写入，每传送一个字节，对当前字节计数器-1，当从0000H变为0FFFFH时，产生EOP结束信号。微机原理及应用6-282、读/写逻辑 CPU对8237A编程或读8237A寄存器使，8237A处于从属状态。读/写逻辑

14、用于接收控制信号或者地址等信息。 DMA操作期间，8237A处于主控地位，通过读/写逻辑发出控制信号或者地址等信息。 IOR:I/O读控制信号，双向三态输入/输出，低电平有效。当处于从属状态时，为输入，CPU向8237 发出读命令；为主控状态时，向外围设备发送读命令。 IOW:I/O写控制信号，双向三态输入/输出，低电平有效。当处于从属状态时，为输入，CPU向8237 发出写命令；为主控状态时，向外围设备发送写命令微机原理及应用6-29 A3-A0：地址线，从模块时为输入，处理器寻址8237A；主模块时输出低4位地址。 CS：片选信号。8237A处于从属状态时，高位地址总线A15A4译码得到对

15、8237A的片选信号。处于主控状态时，被禁止。 CLK：时钟，3MHz。用来控制8237A内部操作定时和DMA传送数据的传送速率。 RESET：复位信号。复位后，必须对8237A重新初始化。微机原理及应用6-303、控制逻辑 A7A4：输出要访问存储单元地址低8位的A7A4。 HRQ(Hold Request)：连接CPU的HOLD。向CPU发出系统总线的控制权申请。 HLDA(Hold Acknowledge)：连接CPU的HLDA。CPU对DMA的系统总线控制权申请的回应。 READY：准备就绪信号。 MEMR、MEMW：存储器读写控制信号。MEMR和IOW配合，把数据从存储器送入外设；M

16、EMW和IOR配合，把数据从外设送入存储器。微机原理及应用6-31 EOP：双向。DMA传送时，传送结束时，该引脚上输出一个有效脉冲；如果外部送来一个有效信号，则使DMA传送结束。 ADSTB(Address Strobe)：地址选通信号。有效时，表示8237A地址寄存器的高8位地址经数据总线锁存到外部寄存器中。 AEN(Address Enable)：地址允许信号。有效时，把锁存在外部锁存器的高8为地址送到地址总想，与低8位共同构成内存单元地址偏移量。微机原理及应用6-324种操作类型DMA写传送把外设输入的数据写到内存中。由IOR有效从外设输入数据，由MEMW有效把数据写入内存DMA读传送

17、从内存中读数据并传送到外设。由MEMR有效从内存读出数据，IOW有效把数据传送给外设。DMA校验完成某种检验。存储器与存储器传送通道0的地址寄存器编址为源地址，通道1的地址寄存器编址为目的地址，字节计数器编程为传送字节数。这种传送整个过程需要两个总线周期：第一个是从源地址读数据送入8237A暂存器，第二个是将暂存器中数据写入目的地址的存储单元中。4种传送方式每次DMA操作只传送一个字节。连续传送数据，直到整块数据传送完毕，当字节计数器减至0FFFFH或由外部输入有效EOP。每传送一个字节后，8231A都要对DREQ进行测试。扩充通道数目。微机原理及应用6-336.4.38237A的编程(1)、

18、命令字格式D5 D4 D7D6D3D2D1D0低电平有效低电平有效 0DACK有效电平有效电平高电平有效高电平有效1 01DREQ有效电平有效电平 高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效扩展写扩展写滞后写滞后写 0扩展写扩展写1D3=1时，无意时，无意义义 X 优先级类型优先级类型01固定优先级固定优先级循环优先级循环优先级1 0Channel 0 地址保持不变地址保持不变 XCh0不保持不保持Ch0保持保持D0=0无意义无意义01 Enable 8237A8237A 工作工作 Disable 8237A时序类型时序类型01 X普通时序普通时序压缩时序压缩时序D0=0无意义无意义MEM.0

19、1禁止禁止允许允许MEM. 传输传输微机原理及应用6-34(2)(2)、方式控制字、方式控制字 D7D6D5 D4D3D2D1D0模式选择模式选择请求传输模式请求传输模式 0 0单字节传输模式单字节传输模式001111成组传输模式成组传输模式级联传输模式级联传输模式地址增量选择地址增量选择地址加地址加1 0地址减地址减1 1自动预置功能选择自动预置功能选择禁止禁止 0 允许允许 1 通道选择通道选择 0 选选 0# Channel 0 0 1 11 01选选 1# Channel选选 2# Channel选选 3# Channel传输类型选择传输类型选择 0 0 校验传输校验传输001111写

20、传输写传输 读传输读传输非非 法法每个通道都有一个方式寄存器，用来寄存通道方式控制字4个通道的方式寄存器共用一个I/O端口地址。微机原理及应用6-358237A DMA 请求寄存器请求寄存器 格式格式 D7D6D3D2D1D0D5D4不用不用0清除清除DMA请求位请求位建立建立DMA请求位请求位100Channel 0001111Channel 1Channel 2Channel 33、通道请求字、通道请求字微机原理及应用6-36CH3CH2CH1CH0采用不同的端口区分微机原理及应用6-378237A 状态状态 寄存器寄存器 格式格式 D7D6D3D2D1D0D5D4 通道通道 3 有有DM

21、A请求请求 1通道通道 2有有DMA请求请求 1通道通道 1 有有DMA请求请求 1通道通道 0 有有DMA请求请求 11：通道：通道 1计数结束计数结束1： 通道通道 0计数结束计数结束1：通道：通道 2计数结束计数结束1： 通道通道 3计数结束计数结束5、状态字、状态字微机原理及应用6-388237A 字计数器与地址寄存器端口号与对应操作（字计数器与地址寄存器端口号与对应操作（1）2 2、内部寄存器编址、内部寄存器编址通道通道寄存器寄存器操作操作 CS IOR IOW A3 A2 A1 A0内内 F/FDB0DB7000 1111基本基本 / 当前地址当前地址基本基本 /当前字计数当前字计

22、数当前地址当前地址当前字计数当前字计数 基本基本 /当前地址当前地址当前地址当前地址基本基本 /当前字计数当前字计数当前字计数当前字计数写写写写写写 写写读读读读读读读读 0 1 0 0 1 00 0 10 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 10 1 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 10 1 00 1 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 0 1 10 0 1 1 0 1 0 1010101010

23、101 A0 A7 A8 A15 A0 A7 A8 A15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15A0 A7A8 A15A0 A7A8 A150内内 F/F为字节计数标志为字节计数标志微机原理及应用6-398237A 字计数器与地址寄存器端口号与对应操作（字计数器与地址寄存器端口号与对应操作（2）通道通道寄存器寄存器操作操作 A3 A2 A1 A0内内 F/FDB0DB722 3333基本基本 /当前地址当前地址基本基本 /当前字计数当前字计数当前地址当前地址当前字计数当前字计数 基本基本 / 当前地址当前地址当前地址当前地址基本基本 /当前字计

24、数当前字计数当前字计数当前字计数写写写写写写 写写读读读读读读读读 0 1 0 0 1 00 0 10 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 10 1 00 1 00 0 10 0 10 0 10 0 10 1 00 1 00 1 0 00 1 0 00 1 0 00 1 0 00 1 0 10 1 0 10 1 0 10 1 0 10 1 1 00 1 1 00 1 1 00 1 1 00 1 1 10 1 1 10 1 1 10 1 1 1 0 1 0 1010101010101 A0 A7 A8 A15 A0 A7 A8 A15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15W0 W7W8 W15A0 A7A8 A15A0 A7A8 A1522CS IOR IOW微机原理及应用6-40 操作命令与端口号对应关系表操作命令与端口号对应关系表A3 A2 A1 A0 IOR IOW 操操 作作 十六进制十六进制1 0 0 0 0 1 读状态读状态 寄存器寄存器 81 0 0 0 1 0 写命令写命令/控制控制 寄存器寄存器 1 0 0 1 0 1 非法非法 91 0 0 1 1 0 写写DMA请求标志请求标志 寄存器寄存器 1 0 1 0 0 1 非法非法