数字量的输入输出控制方式

数字量的输入输出控制方式一、输入/输出接口1.I/O接口的作用（1）实现信号的交换一是实现信息性质的交换，因计算机使用的是数字信号，而又些外围设备需要提供的是模拟信号，两者必须通过接口进行交换；二是实现传输方式的交换，因计算机内部的信息都是以并行方式进行传送的，而进行计算机通信时，信号常以串行方式传送，因此，I/O接口电路必须具有把串行数据变换成并行传送的功能。一、输入/输出接口（2）实现CPU和不同外设的速度匹配。不同外设的工作速度差别很大，且大多数外设的速度与微妙级的CPU速度相比显得很慢，故在数据的传送过程中常常需要等待。这就要求在I/O接口电路中设置缓冲器，用以管存数据。（3）实现电平的转换通常情况下，CPU输入/输出的数据和控制信号是TTL电平，而外部设备的信号电平类型较多，为实现CPU和外设之间的信号传送，I/O接口电路要具备信号电平的这种自动转换功能。一、输入/输出接口2.I/O接口电路（1）输入设备的I/O接口要起到三态门的作用在总线结构的微机系统中,任一时刻只能有一个设备利用总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过三态门与系统相连.一、输入/输出接口(2)输出设备的I/O接口要起到锁存的作用

在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据以广播的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传送数据,总线上的数据变化快,如何使慢速设备有足够的时间处理数据?

CPU

总线输出设备1输出设备2输出设备3输出设备4一、输入/输出接口3.输入/输出信息的组成(1)数据信息:外设和CPU之间交换信息的主体.按其信号类型可分以下三类:数字量:以八位或十六位二进制形式传送的数据或是以ASCII码表示的数据及字符.如键盘、鼠标的输入信息,或者主机送给打印机或显示器的输出信息.模拟量:连续变化的电压、电流、频率等电信号.开关量(脉冲量):用一位二进别形式数或一串脉冲信号表示的外设数据.如开关的闭合和断开、电机的运行和停止、阀门的打开和关闭.(2)状态信息:反映外设当前所处工作状态的信息,例如常用的忙或闲信号、准备好信号等.(3)控制信息:CPU发送给外设用于控制外设的状态,工作方式等用途的信息.一、输入/输出接口4.输入/输出信息的传送方式（1）串行传送方式所谓串行传送方式，是将要传送的数据的字节拆开，然后以位为单位，一位一位地进行传送。现在的PC机一般至少有两个串行口COM1和COM2。（2）并行传送方式所谓并行传送方式，是以字节或字为点位同时进行传送。这种传送方式要求输入/输出接口的数据通道为8或16位，各位数据同步收、发。二、CPU对输入/输出数据控制的方式1、直接传送方式指CPU在需要和数据端口进行传送时,直接对其执行I/O指令(先要确保外设准备好否则传送失败)。2、查询传送方式传送前,先查询外设状态,准备好才传送,否则CPU处于等待状态。3、中断传送方式外设与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,响应中断,外设与CPU串行工作。4、DMA传送方式CPU不干予,由硬件实现交换数据,称直接存取存储器。二、CPU对输入/输出数据控制的方式1、直接传送方式例如用输出接口驱动发光二极管LED:输出“0”LED熄灭;输出“1”LED发光.以上传送过程没有不协调的可能,所以也称为同步传送或无条件传送.二、CPU对输入/输出数据控制的方式简单输入接口举例MOVDX,218HIN AL,DX二、CPU对输入/输出数据控制的方式简单输出接口举例MOV DX,219HOUT DX,AL二、CPU对输入/输出数据控制的方式2、查询传送方式实现方法:在CPU要与外设交换数据时,先查询外设(I/O端口)的状态.对于输入设备,当外设准备好,或者对于输出设备,当外设空闲时,CPU才从外设输入数据或者向外设输出数据.如果外设未准备好或正忙,CPU要继续查询等待或者隔一段时间后再来查询.如此反复进行,直至能够传送数据.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.二、CPU对输入/输出数据控制的方式外设的状态端口为21CH,其中D4=1时,表示外设数据准备好;外设的数据端口为218H.实现从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中。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MOVDX,218HINAL,DXMOVDX,21CHINAL,DX二、CPU对输入/输出数据控制的方式3、中断传送方式实现方法:当某个外设需与CPU交换数据并已做好了准备时,就通过硬件电路向CPU发出可屏蔽中断申请,在CPU允许中断的情况下(IF=1),CPU在执行完当前指令后,可立即响应外设的中断请求,进行一次数据交换.然后,又返回原来的程序,去执行断点处的下一条指令.特点:(1)中断方式传送是由I/O设备主动请求发起的,免除了CPU重复的查询工作,提高了效率,CPU对I/O设备的请求也响应较快,因此中断方式得到广泛的应用.(2)响应过程将花费CPU时间,影响程序运行速度.响应后数据的传送还是依靠CPU执行中断服务程序来完成,其速度仍受到软件的限制.二、CPU对输入/输出数据控制的方式4、DMA传送方式实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器(DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打断的指令。DMA传送方式的特点:(1)外设和内存之间,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。二、CPU对输入/输出数据控制的方式四种传送方式的比较直接传送方式:简单不实用,效率较低。