第5章微型计算机和外设的数据传输

1、第5章 微型计算机和外设的数据传输,教学目的和要求 CPU和输入/输出设备之间的信号。 接口的功能以及在系统中的连接。 CPU和外设之间的三种数据传输方式。,5.1 为什么要用接口电路,I/O接口电路是位于系统与外设之间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。,速度匹配 信号的驱动能力 信号形式的匹配 信息格式 时序匹配,5.2 CPU和输入输出设备之间的信号,（1）数据信息(Data) ，又分为： 数字量 模拟量 开关量,（2）状态信息(Status) （3）控制信息 (Control),5.3 接口部件的I/O端口,端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。 微机给每个寄存器分配一个

2、地址。,数据端口 状态端口 控制端口,端 口,5.3 接口部件的I/O端口,I/O端口,CPU,外设,数 据,端口地址,控 制,数据线,状态线,控制线,数据输入寄存器,数据输出寄存器,状态寄存器,控制寄存器,CPU对外设的访问就是CPU对接口内部寄存器的访问，即用IN或OUT指令对端口的读写。,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,基本功能： 在系统和I/O设备之间传输信号，提供缓冲作用。,5.4.1接口的功能,1. 寻址功能,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,根据读写信号判断传输方向； 传输数据、控制和状态信息。,2. 输入输出功能,3. 数据转换功能,把CPU的并行数据转换成一些外设所

3、需的串行 数据； 把外设的串行信息转换成并行数据送往CPU。,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,发送中断请求和接收中断响应 发送中断类型号 优先级管理功能,4. 联络功能,当数据传送完后，能通知CPU。,5. 中断管理功能,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,7. 可编程功能 可以用软件使其工作于不同的方式 用软件来设置控制信号,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,5.4.2接口与系统的连接,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,用读信号、写信号和地址A0区分4个寄存器,5.5 CPU和外设之间的数据传输方式,数据传输方式：,程序方式 中断方式 DMA方式,5.5.1 程序方式,1.

4、无条件传送方式,由程序控制CPU与外设之间的数据交换。,2. 条件传送方式,5.5.1 程序方式无条件传送方式,用途：适用于总是处于准备好状态的外设。 开关 LED显示器 优点：软件及接口硬件简单 传送过程：,外设已准备好，不查询外设的状态。 输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。 输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器的输入端。,1. 无条件传送方式,无条件传送方式,5.5.1 程序方式无条件传送方式,5.5.1 程序方式无条件传送方式,5.5.1 程序方式条件传送方式,适用场合： 外设并不总是准备好，对传送速率和效率要求不高。 外设应提供设备状态信息。 优点：软件比较简单。 缺点：CPU效

5、率低，数据传送的实时性差，速度较慢。,2 . 条件传送方式,条件传送的3个环节： 查询状态环节 CPU寻址状态口，读取状态字 检测是否满足“就绪” 条件 如果不满足，回到第一步读取状态字； 数据传送环节 外设已处于“就绪”状态，寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据,5.5.1 程序方式条件传送方式,测 试 指 令,转 移 指 令,传 送 指 令,查询式输入接口电路,5.5.1 程序方式条件传送方式,例5-3：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻式输入一个数据的程序。,POLL： I

6、N AL，83H TEST AL，80H ；检查状态位D7 JZ POLL ；D7=0,没就绪，继续查询 IN AL，80H ；D7=1,就绪，从数据端口 ；读入数据,5.5.1 程序方式条件传送方式,CPU查询外设状态是否忙,不忙,执行输出;否则等待。,查询式输出接口电路,5.5.1 程序方式条件传送方式,例5-4：设有某输出接口，状态口地址63H,数据口地址60H,当状态口的D0为1时,输出忙BUSY，D0为0时，可以输出数据。试编写查寻式输出DAT单元一个数据的程序。 查询部分的程序：,POLL：IN AL，63H ；读入状态 TEST AL，01H ；检查忙标志D0 JNZ POLL

7、；D0=1,未就绪，继续查询 MOV AL，DAT ；D0=0,就绪,数据送AL OUT 60H，AL ；将数据输出到数据端口,5.5.1 程序方式条件传送方式,1. 中断传送方式的原理 启动外设； 外设准备好数据,发一个选通信号； 外设向CPU发中断请求； CPU受到中断请求信号，暂停现行程序； CPU执行中断服务程序，执行输入输出操作； 中断服务程序结束，返回原来程序。,5.5.2 中断方式,二、I/O 中断的产生,以打印机为例,CPU 与打印机并行工作,1,2,3,4,5.5.2 中断方式,5.5.2 中断方式,中断传送方式的原理,图5.8 可屏蔽中断的响应和执行,5.5.2 中断方式,

8、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 . 中断优先级问题的解决,5.5.2 中断方式,图5.9 典型的可编程中断控制器,5.5.3 DMA方式,希望克服程序控制传送的不足： 外设CPU存储器 外设CPU存储器,直接存储器存取DMA方式 用专用接口电路直接和存储器进行数据传送。 外设存储器 外设存储器,5.5.3 DMA方式,特点： 大批量的数据传输。 CPU让出总线控制权。 DMA控制器（DMAC）接管这些总线。 全硬件控制方式。,5.5.3 DMA方式,DMAC,外设 接口,CPU,MEM,BUS,DMA控制方式,DMA 接口功能,(1) 向 CPU 申请 DMA 传送,(2) 处理总线 控制权的转交,(3) 管理 系统总线、控制 数据传送,(4) 确定 数据传送的 首地址和长度,(5) DMA 传送结束时，给出操作完成信号,修正 传送过程中的数据 地址 和 长度,5.5.3 DMA方式,DMA 接口组成,+1,+1,5.5.3 DMA方式,数据传送过程（输入）,5.5.3 DMA方式,数据传送过程（输出）,5.5.3 DMA方式,DMA 方式与程序中断方式的比较,(1) 数据传送,(2) 响应时间,(3) 处理异常情况,(4) 中断请求,(5) 优先级,程序 硬件,指令执行结束 存取周期结束,能 不能,