CPU与外设间的数据传送方式课件

1、第三节 CPU与外设间的数据传送方式CPU与外设的工作速度不一致，如何使两者高效、可靠地进行数据传送，是本节讨论的问题。1一、 无条件传送方式二、 条件传送方式 ( 查询方式 )三、 中断传送方式四、 DMA传送方式 ( Direct Memory Access ) 有以下几种传送方式：2概述1。无条件传送（CPU与外设同步工作）：外部控制过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。2。查询方式（CPU与外设不同步工作）： 传送前，先查询外设状态，准备好才传送，否则CPU处于等待状态。3。中断方式：外设与CPU处于并行工作，一旦外设准备好，外设向CPU发中断申请，条件具备，CPU暂停原程序执行，响

2、应中断，外设与CPU串行工作。4。DMA方式（高速I/O及成组交换数据）： CPU不干予，由硬件实现存储器与外设之间交换数据，称直接存取存储器。3一、无条件传送方式 (同步传送方式) 实现方法 CPU不查询外设工作状态， 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成， 在程序中直接用I/O指令，完成与外设的数据传送 特点 1. 适用于外设动作时间已知， 在CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好的情况 2. 软硬件十分简单。4例 1 无条件输入接口（参看教材图6-8）接口电路，即硬件上保证:只在CPU执行从200H端口输入数据时, 三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧，而CPU执行其它指

3、令时, 三态门均处于高阻状态, 使输入设备的数据线与总线侧断开三 态缓冲器输入设备数据 线IOR地址译码地址线200H000D7 D0A15A0与非PC总线5无条件输入编程: 从端口200H读入100个字节到内存缓冲区buffer中。、 MOV AX, SEG buffer MOV DS, AX ;取缓冲区 LEA DI, buffer ;首地址 MOV CX, 100H ;传送个数 MOV DX, 200H ;端口地址 next： ;延时等待 IN AL, DX ;读入数据 CALL delay MOV DI, AL ;送缓冲区 INC DI ;修改指针 LOOP next 、;延时子程de

4、lay PROC PUSH CX MOV CX, 80Hcc: LOOP cc POP CX RETdelay ENDP6例2 无条件输出 : 编程控制系统板上扬声器发声。 4765321061H 端口 8253与门放大器扬声器01控制其它外设扬声器控制电路图：T个数发声原理：向扬声器发送一串脉冲信号， 推动扬声器内纸盆振动，发出声音脉冲的频率，控制音高；脉冲的个数，控制音长71. 使61H端口的0位输出0，控制8253输出1。2. 使61H端口的1位按所需频率交替输出0和1， 产生所需的声音。编程方法： 4765321061H 端口 8253与门放大器扬声器01控制其它外设扬声器控制电路图：

5、8code SEGMENT ASSUME CS:codestart: MOV BX, 3000H ;控制脉冲个数 MOV DX, 6000H ;控制脉冲周期 IN AL, 61H ;读入61H端口数据 AND AL, 1111 1100b ;D0为0，8253 输出1sound: XOR AL, 0000 0010b OUT 61H, AL ; 61H端口的D1交替为0和1 MOV CX, DXdelay: LOOP delay ;延时 DEC BX ;控制脉冲数 JNZ sound MOV AH, 4CH INT 21Hcode ENDS END start发声程序: 61H 端口8253与

6、门放大器扬声器01控制其它外设T个数9将发声程序改编为一子程：入口参数 BX 控制音长 DX 控制音高思考：10二、条件传送方式(查询传送方式)实现方法： 在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态， 当外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送特点：1. CPU通过不断查询外设状态，实现与外设的速度匹配2. CPU的工作效率低11查询传送方式，编程流程：NY从状态端口读入状态信息从数据端口传送一个数据外设准备好否？12例1 查询方式输入假设 外设的状态端口为21C H， 其中D4=1时，表示外设数据准备好 外设的数据端口为218 H。 实现从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中

7、。21CH端口状态端口218H端口数据端口地址译码数据缓冲控制电路输入外备CPU地址线数据线控制线13查询方式输入接口, 参看教材图6-10状态端口 D4=1 表示外设准备好三 态缓冲器输入设备数 据 线218H数据端口地址译码地址线状态端口地址译码锁存器IOR R Q D三 态缓冲器+5vD421CHSTBPC总线IORA15A0D7D0&MOV DX, 218HIN AL, DXMOV DX, 21CHIN AL, DX14从21CH状态端口读入外设状态信息从218H数据端口读入一个字节数据YND4=1, 外设准备好否？N50H个数据传送结束？Y编程从外设读入50H个字节到内存缓冲区buf

8、fer中15 、 MOV AX, SEG buffer ;取缓冲区首地址 MOV DS, AX LEA DI, buffer MOV CX, 50H ;传送个数 next: MOV DX, 21CH ask： IN AL, DX ;从状态端口读入状态信息 TEST AL, 0001 0000B ;检测D4位 JZ ask ;D4=0,继续查询MOV DX, 218H IN AL, DX ;从数据端口读入数据MOV DI, AL ;送缓冲区 INC DI ;修改缓冲区指针 LOOP next ;传送下一个、查询方式输入程序段:16例2 查询方式输出假设 外设的状态端口为21C H， 其中D0 =

9、 0时，表示外设准备好 外设的数据端口为219 H。 编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设。21CH端口状态端口219H端口数据端口地址译码数据缓冲控制电路输出外设CPU地址线数据线控制线17查询方式输出接口, 参看教材图6-11状态端口 D0 = 0 表示外设准备好输出设备数 据 线219H数据端口地址译码地址线锁存器 RD Q 三 态缓冲器+5vACKPC总线IORA15A0D7D0IOW状态端口地址译码D021CH&MOV DX, 219HOUT DX, AL MOV DX, 21CHAsk: IN AL, DX TESTAL,01h JNZ ask 18从21CH状态端口读

10、入外设状态信息将一字节数据送至219H数据端口YND0=0, 外设准备好否？N80H个数据传送结束？Y编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设19、 MOV AX, SEG buffer ;取缓冲区首地址 MOV DS, AX LEA SI, buffer MOV CX, 80H ;传送个数 next: MOV DX, 21CH ask： IN AL, DX ;从状态端口读入状态信息 TEST AL, 0000 0001B ;检测D0位 JNZ ask ;D00,继续查询 MOV AL, SI ;从缓冲区取数 MOV DX, 219H OUT DX, AL ;从数据端口输出数据 INC

11、 SI ;修改缓冲区指针 LOOP next ;输出下一个 、查询方式输出程序段： 20三、中断传送方式 实现方法： 1. 当外设准备好，向CPU发出中断请求 2. CPU在满足响应中断的条件下，发出中断响应信号； 3. CPU暂停当前的程序，转 去执行中断服务程序， 完成与外设的数据传送； 4. CPU从中断服务程序返回，继续执行被中断的程序21中断服务程序发申请中断服务程序发申请中断方式下CPU执行程序流程外设22使用中断方式时:外设准备数据，CPU执行程序, CPU与外设并行工作； 一旦外设准备就绪，外设向CPU发中断申请， CPU暂停原程序执行，响应中断，进行数据传输。此时，CPU与外

12、设是串行工作。231. CPU和外设大部分时间处在并行工作状态, 只在CPU响应外设的中断申请后， 进入数据传送的过程2. 中断传送方式提高了CPU的效率 中断传送方式的特点：24中断方式 输入接口:某位未屏蔽，中断屏蔽触发器置0，Q=025（1）当外设数据准备好，外设向接口电路发出选通信号:将数据打入锁存器；同时将中断请求触发器置“1”，（2）若此时,中断请求屏蔽触发器置“0”, =1，Q=0， 允许本接口发出中断,接口电路向CPU发出中断请求信号INTR=1；（3）CPU在运行程序时不断访问INTR，若查到INTR=1信号，且CPU内部中断允许标志IF=1，则CPU在现行指令执行完后，暂停

13、程序的执行，向接口电路发出中断响应信号 。 （4）外设把中断类型号送上数据总线；（4N）=（IP），（4 （N+2）=（CS）（5）CPU转入中断服务程序，执行IN指令，读入数据；清除中断请求标志。当中断处理完后，返回原程序。26四、DMA 传送方式(直接存储器存取方式) 实现方法： 1. 由专用接口芯片DMA控制器 (称DMAC) 控制传送过程，2. 当外设需传送数据时，通过DMAC向CPU发出总线请求；3. CPU发出总线响应信号，释放总线；4. DMAC接管总线，控制外设、内存之间直接数据传送27DMA 传送方式过程CPUDMAC内存外设总线响应总线请求28DMA传送方式的特点 1. 外

14、设和内存之间，直接进行数据传送， 不通过CPU, 传送效率高。 适用于在内存与高速外设、 或两个高速外设之间进行大批量数据传送。 2. 电路结构复杂，硬件开销较大。29 接收接口往DMA控制器发出DMA请求信号后， DMA控制器能向CPU发出总线请求信号HOLD(高电平)。 当CPU向DMA发出响应信号HLDA(高电平)以后， DMA能接管对总线的控制，进入DMA方式。 能向地址总线发出内存地址信息， 对其进行寻址及修改地址指针。 能向存储器或外设发 ， 命令。 能决定传送字节数，并判断DMA传送是否结束。 DMA过程结束，能向CPU发出DMA结束信号，HOLD变低,将总线控制权还给CPU，C

15、PU恢复正常工作。DMA控制器功能30DMA控制器工作原理31 当外设输入数据准备好，外设向DMA发出一个选通信号， 将数据送数据端口；向DMA发出请求。 DMA控制器向CPU发出总线请求信号(HOLD）高电平。 CPU在现行总线周期结束后响应， 向DMA发出响应信号(HLDA）高电平； CPU放弃对总线控制，DMA控制器接管三态总线， 接口将数据送上数据总线，并撤消DMA请求； 内存收到数据以后，给DMA一个回答，于是DMA修改地址指针， 改变传送字节数。检查传送是否结束。没有结束， 下次接口准备好数据， 再进行一次新的传输；当计数值计为0，DMA传输过程便告结束。 DMA控制器撤消总线请求

16、(HOLD变低)，在下一个时钟周期上升沿使总线响 应HLDA变低，DMA释放总线，CPU取得总线控制权。DMA控制器工作原理（续）32DMA控制器工作原理（续）33用DMA方式进行输出过程与输入过程类似， 只是在DMA控制器发出回答信号后接着发出的是IO写信号和存储器读信号，数据传送方向与输入相反而已。DMA控制器工作原理（续）34 第四节 接口技术的现状与发展趋势(自学）一、接口技术的现状二、接口技术的发展趋势35一、接口技术的现状1用简单的逻辑电路2用可编程集成接口芯片3用多功能的芯片组4. ? (结合所学的数字电子技术, 在并行接口实验报告上阐述)第四次实验报告36 1. 用简单的逻辑电

17、路采用简单的逻辑部件完成接口电路特点：原理清楚，但实际用得少。 例1 无条件输入接口例2 无条件输出接口例3 查询输入接口例4 查询输出接口注意： 教材中控制信号采用的是8088CPU工作于最小模式下的信号 讲义中控制信号采用的是IBM PC/XT总线上的信号37例 1 无条件输入接口（参看教材图6-8）三 态缓冲器输入设备数据 线IOR地址译码地址线200H000D7 D0A15A0与非PC总线注意：在逻辑门前输入信号的 ，表示对信号求反。与锁存器、三态门等控制端的意义不同。简单的逻辑电路：38例 2 无条件输出接口（参看教材图6-9）PC总线锁存器输出设备数据线IOW地址译码地址线300H

18、000D7 D0A15A0与非简单的逻辑电路：39例3 查询输入接口（参看教材图6-11）状态端口 D4=1 表示外设准备好三 态缓冲器输入设备数 据 线218H数据端口地址译码地址线状态端口地址译码锁存器IOR R Q D三 态缓冲器+5vD421CHSTBPC总线IORA15A0D7D0&MOV DX, 218HIN AL, DXMOV DX, 21CHIN AL, DX简单的逻辑电路：40例4 查询输出接口（参看教材图6-12）状态端口 D0 = 0 表示外设准备好输出设备数 据 线219H数据端口地址译码地址线锁存器 RD Q 三 态缓冲器+5vACKPC总线IORA15A0D7D0I

19、OW状态端口地址译码D021CH&MOV DX, 219HOUT DX, ALMOV DX, 21CHIN AL, DX简单的逻辑电路：412. 用可编程集成接口芯片 将完成某一功能的接口电路集成在一个芯片上， 通过对接口芯片编程，设置接口芯片的工作状态。特点：1. 体积小、功能强、可靠性高2. 通常是专门为配合微机系统中的各种适配器设计， 不必增加或增加很少的电路，就可直接与总线连接， 使用方便。3. 应用时，应掌握芯片的工作原理、外部特性、编程方法。42接口芯片举例：并行接口芯片 8255A、8155A、Z80-PIO串行接口芯片 8251A、8250、Z80-SIO定时/计数器 8253

20、、8254、Z80-CTC中断控制器 8259ADMA控制器 8237A、Z80-DMA键盘控制器 8279CRT控制器 8275、6845硬盘控制器 6843D/A转换器 DAC0832A/D转换器 ADC080943例 用可编程并行接口芯片8255A做打印机的接口。查询方式接线图A0A1CS并行接口8255A打印机PC总线A0A1数 据 线IORRDWRIOW片选译码PA0PA7PC0PC4A2A9数据线STROBEBUSYD0D7D0D744中断方式接线图A0A1CS并行接口8255A打印机PC总线A0A1数 据 线IORRDWRIOW片选译码PA0PA7PC7PC6A2A9数据线STR

21、OBEACKD0D7D0D7PC3IRQ345 将完成多个功能的接口电路集成在一个芯片上， 通过编程，设置控制字，改变接口芯片的工作状态。例 82206集成外设控制器，内部包含： 2个8237DMA控制器2个8259A中断控制器 1个8254定时/计数器 1个MC 146818实时时钟 以及其他接口芯片特点：可靠性更高、功能更强3. 用多功能的芯片组46将主板上的外围芯片集成在一组(24片)超大规模集成芯片上， 构成芯片组。 芯片组是主板的关键部件，通常固定在主板上， 不象CPU、内存条或其他插卡等可进行简单的替换和升级。芯片组提供主板的核心逻辑，影响主板的性能和功能， 决定主板所支持的CPU 类型、内存类型、 总线类型、总线速度等关键技术配置4748550MHzIDE2Pentium III北桥440BXAGP南桥PIIX4ECMOS & RTCUSB超级I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache处理机总线 100MHz100MHzPCI 总线 33MHzPCI 插槽ISA插槽硬件实验箱ISA总线 8MHz内存条ROM BIOS显示器硬盘光驱软驱键盘鼠标打印机MODEM66MHz显卡49二、接口技术的发展趋势集成化多功能化标准化智能化50 第五节 接口的设计与分析一、基本方法二、注意事项51一、基本方法1. 了解外设工作原理，明确接口功