微机与外设的数据传输

微机与外设的数据传输第1页，课件共68页，创作于2023年2月本章重点:

接口电路的功能

接口部件和I/O端口

CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合

中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程DMA方式的原理和DMA控制器的功能

第2页，课件共68页，创作于2023年2月教学建议： 在讲述接口电路的I/O端口基础上，以讲清楚中断方式的原理和DMA方式原理为目标。 本章用2学时。

第3页，课件共68页，创作于2023年2月5.1为什么要用接口电路（1）接口电路按功能可分为两类:使微处理器正常工作所需的辅助电路输入输出接口电路:（2）为什么要用接口电路第4页，课件共68页，创作于2023年2月5.2CPU和输入输出设备之间的信号CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息,又分为：

数字量

模拟量开关量（2）状态信息

（3）控制信息

第5页，课件共68页，创作于2023年2月5.3接口部件的I/O端口数据端口

状态端口

控制端口或命令端口

第6页，课件共68页，创作于2023年2月外设通过接口和系统的连接

第7页，课件共68页，创作于2023年2月INAL,21H第8页，课件共68页，创作于2023年2月OUT43H,AL第9页，课件共68页，创作于2023年2月5.4CPU和外设之间的数据传送方式解决定时问题的三种传送方式：程序方式

中断方式

DMA方式

第10页，课件共68页，创作于2023年2月5.4.1程序方式1.无条件传送方式图无条件传送方式的工作原理第11页，课件共68页，创作于2023年2月2.条件传送方式（1）条件传送的概念 （2）条件传送的三个环节：CPU从接口中读取状态字CPU检测状态字传送数据第12页，课件共68页，创作于2023年2月查询式输入的接口电路

第13页，课件共68页，创作于2023年2月查询式输出的接口电路

第14页，课件共68页，创作于2023年2月

查询式输入过程的流程图第15页，课件共68页，创作于2023年2月5.4.2中断方式1.中断传送方式的原理第16页，课件共68页，创作于2023年2月可屏蔽中断的响应和执行

第17页，课件共68页，创作于2023年2月2.中断优先级问题的解决(1)解决中断优先级的三种办法：软件查询方式简单硬件方式——菊花链法专用硬件方式

(2)三种方法的优缺点

第18页，课件共68页，创作于2023年2月中断优先级菊花链及其逻辑电路(a)菊花链第19页，课件共68页，创作于2023年2月

(b)菊花链逻辑电路中断请求第20页，课件共68页，创作于2023年2月典型的可编程中断控制器

第21页，课件共68页，创作于2023年2月5.4.3DMA方式1.DMA传送方式的提出DMA传送方式的优点数据传输率2.DMA控制器的功能和原理

第22页，课件共68页，创作于2023年2月

DMA控制器的功能：向CPU发总线请求信号实行对总线的控制修改所用的存储器或接口的地址指针发读写控制信号存放数据长度交还总线控制权第23页，课件共68页，创作于2023年2月DMA传输单个数据(输出过程)的原理

第24页，课件共68页，创作于2023年2月DMA控制器的内部最小配置和接口要求

第25页，课件共68页，创作于2023年2月从接口往内存传输一个数据块的过程：①接口往DMA控制器发一个DMA请求②得到总线控制权③地址寄存器的内容送地址总线④通知接口将数据送到数据总线⑤数据送到所指单元⑥地址寄存器的值加1⑦字节计数器的值减1⑧

如字节计数器的值不为0，则回到①;否则结束

第26页，课件共68页，创作于2023年2月DMA传输对接口的要求：①控制寄存器有1位指出数据传输方向②控制寄存器有1位用来启动I/O操作③状态寄存器有1位指出设备当前是否处于忙状态第27页，课件共68页，创作于2023年2月DMA传输对DMA控制寄存器的要求：①有1位作为DMA允许位②有1位用来确定DMA方向③有1位决定进行一次传输后放弃还是维持对总线的控制权④状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束第28页，课件共68页，创作于2023年2月对DMA控制器和接口部件预置的信息：①往DMA控制器的字节计数器设置初值②往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值③对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作④对接口部件设置控制字并启动I/O操作

第29页，课件共68页，创作于2023年2月启动数据块输入的例子IDLE:INAL,INTSTAT ;检测设备是否处于 忙状态，如是，则等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT ;设置计数OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER ;设置地址初值OUTADD-REG，AX第30页，课件共68页，创作于2023年2月

MOVAL，DMAC ;取原DMA控制字ORAL，49H ;设置方向、块传输 ;和允许标志OUTDMACON,AL ;置DMA控制字MOVAL，INTC;设置接口的传输方向 ;及允许标志ORAL，05HOUTINTCON,AL;设置接口的控制字

第31页，课件共68页，创作于2023年2月3.DMA控制器的工作特点是一个接口电路

能够控制系统总线操纵外设和存储器之间的数据传输第32页，课件共68页，创作于2023年2月5.4.4输入输出过程中提出的几个问题1.系统如何知道接口已准备好数据等待CPU提取或者准备接收CPU的数据?2.当系统中有几个设备处于同一种传输方式之下、而且同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求?

第33页，课件共68页，创作于2023年2月外部设备为什么要通过接口电路和主机系统相连？存储器需要接口电路和总线相连吗？为什么？第34页，课件共68页，创作于2023年2月解答：因为外设的功能多种多样，对于模拟量信息的外设必须要进行A/D和D/A转换，而对于串行信息的外设则必须转换为并行的信息，对于并行信息的外设还要选通。而且外设的速度比CPU慢的多，必须增加缓冲功能。只有这样计算机才能使用这些外设。而所有这些信息转换和缓冲功能均由接口电路才能完成。存储器不需要接口电路和总线相连。因为存储器功能单一，且速度与CPU相当。因此可直接挂在CPU总线上。第35页，课件共68页，创作于2023年2月2、是不是只有串行数据形式的外设需要接口电路和主机系统连接？为什么？第36页，课件共68页，创作于2023年2月解答：不是。并行数据形式的外设也需要接口电路和主机系统连接。因为，CPU每次只能访问一个外设，因此并行信息的外设需增加选通功能，才能满足CPU的访问要求，必须用接口电路。第37页，课件共68页，创作于2023年2月3、接口电路的作用是什么？按功能可分为几类？第38页，课件共68页，创作于2023年2月解答：接口电路的作用就是在外设和CPU之间起信息变换和缓冲功能。按功能可分为两类：一种是使微处理器正常工作所需要的辅助电路。另一种是输入/输出接口电路。第39页，课件共68页，创作于2023年2月4、数据信息有哪几类？

举例说明它们各自的含义。第40页，课件共68页，创作于2023年2月解答：1.数据信息有四类：数字量、模拟量、开关量。2.如键盘、磁盘等就是数字量信息；温度、湿度、压力等转换的电信号就是模拟量；电机的起停、发光设备的亮灭等都是开关量。第41页，课件共68页，创作于2023年2月5、CPU和输入/输出设备之间传送的信息有哪几类？第42页，课件共68页，创作于2023年2月解答：有数据信息、控制信息、状态信息三类。第43页，课件共68页，创作于2023年2月6、什么叫端口？通常有哪几类端口？计算机对I/O端口编址时通常采用哪两种方法？在8086/8088系统中，用哪种方法对I/O端口进行编址？第44页，课件共68页，创作于2023年2月解答：CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口。有数据端口、控制端口、状态端口三类。在微型计算机中通常用两种I/O端口编址方式：存储器映象寻址和I/O端口单独寻址。在8086/8088系统中，用I/O端口单独寻址方式编址。第45页，课件共68页，创作于2023年2月7、为什么有时候可以使两个端口对应一个地址？第46页，课件共68页，创作于2023年2月解答：因为这两个端口一个是只读端口，一个是只写端口。而CPU对一个I/O端口地址可进行读/写两种访问。如果将这两个只读和只写端口编为一个地址，则CPU对该端口地址读操作对应的是只读端口；CPU对该端口地址写操作则对应的是只写端口，互不影响。因此可以使两个单向的只读和只写端口对应一个端口地址。第47页，课件共68页，创作于2023年2月8、CPU和外设之间的数据传送方式有哪几种？实际选择某种传输方式时，主要依据是什么？第48页，课件共68页，创作于2023年2月解答：CPU和外设之间的数据传送方式有三种：程序方式、中断方式、DMA方式。主要依据是外设的情况(外设的速度和外设提供信息的方式)。第49页，课件共68页，创作于2023年2月9、无条件传送方式用在哪些场合？画出无条件传送方式的工作原理图并说明。第50页，课件共68页，创作于2023年2月解答：无条件传送方式只用在对一些简单外设进行操作的场合。如开关、LED显示等。无条件传送方式的工作原理图：(见书203页图5.2所示)在无条件输入时：CPU执行一条输入指令，使和M/信号为有效低电平，并对应送出该端口地址，因此选中输入缓冲器，打开其三态门，使输入缓冲器的数据经数据总线送到CPU的累加器中。在无条件输出时：CPU执行一条输出指令，使和M/信号为有效低电平，并对应送出该端口地址，因此选中输出锁存器，将由累加器送到数据总线上的数据打入输出锁存器中供外设使用。第51页，课件共68页，创作于2023年2月10、条件传送方式的工作原理是怎样的？主要用在什么场合？画出条件传送(查询)方式输出过程的流程图。第52页，课件共68页，创作于2023年2月解答：条件传送方式的工作原理是：外设给CPU提供一个状态信息，当CPU要访问外设时，必须先检测该状态信息是否合乎要求，不停检测直至合乎要求时才进行CPU对外设的访问。查询方式主要用在外设较少，数据交换不频繁的非实时系统的场合。第53页，课件共68页，创作于2023年2月开始 初始化 外设空吗？ CPU从内存取数由累加器输出给外设 外设空吗？ Y N N Y 后续处理 第54页，课件共68页，创作于2023年2月11、设一个接口的输入端口地址为0100H，而它的状态端口地址为0104H，状态口中第5位为1表示输入缓冲区中有一个字节准备好，可输入。设计具体程序实现查询式输入。第55页，课件共68页，创作于2023年2月解答：DATA SEGMENTBUFFER DB 20DUP(?) ;接收数据缓冲区DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA，CS:CODESTAT: MOV AX，DATA ;对DS初始化MOV DS，AXMOV DI，OFFSETBUFFERMOV DX，0104HSTATIN: IN AL，DXTEST AL，20H ;测试第5位JZ STATIN ;第5位为0继续测试MOV DX，0100HIN AL，DX ;输入数据MOV [DI]，ALCODE ENDSEND STAT第56页，课件共68页，创作于2023年2月12、查询式传送方式有什么缺点？中断方式为什么能弥补查询方式的缺点？第57页，课件共68页，创作于2023年2月解答：查询式传送方式缺点是：花费CPU的时间作等待循环，大大降低了CPU的运行效率。中断方式是在外设准备就绪时向CPU申请中断，再进行传送，因而CPU无需花费时间作等待循环，弥补了查询方式的缺点。第58页，课件共68页，创作于2023年2月13、叙述可屏蔽中断的响应和执行过程。第59页，课件共68页，创作于2023年2月解答：①接口发中断请求信号。②CPU的IF=1时，当前指令执行完后，CPU进行中断回答，发两个负脉冲。③接口将中断类型号n送CPU。④当前的PSW、CS和IP推入堆栈，并清除IF和TF。⑤(4×n)作为IP，(4×n+2)作为CS，即取中断向量。⑥执行中断子程序，并开中断。⑦中断返回IRET指令使IP、CS和PSW弹出堆栈。⑧返回被中断的程序。第60页，课件共68页，创作于2023年2月14、通常解决中断优先级的方法有哪几种？各有什么优缺点？第61页，课件共68页，创作于2023年2月解答：有软件查询方式、简单硬件方式——菊花链法、专用硬件方式三种。软件查询方式的优点是节省硬件，缺点是中断响应时间长；简单硬件方式的优点是中断响应时间短，硬件较简单，缺点是优先级固定，变动起来很麻烦；专用硬件方式优点是对优先级可编程修改，中断管理非常方便，缺点是硬件复杂的多，好在有专用的中断控制器。第62页，课件共68页，创作于2023年2月15、和DMA比较，中断传输方式有什么不足之处？第63页，课件共68页，创作于2023年2月解答： CPU执行一次传送要花费许多与传送操作无关的指令执行等时间，另外