第7章 微型计算机接口技术概述.ppt

1、第7章 微型计算机接口技术概述,7.2 CPU与外设之间的数据传送方式,7.1 概述,7.3 微型计算机I/O接口设计,7.4 DMA控制器,教学重点,本章介绍如何将设备连接到系统中。 重点：为什么增加接口电路及接口电路连接的译码问题； 计算机的输入/出有那些及其特点与适用场合； DMA控制芯片8237。 难点：DMA控制芯片8237 。,7.1 概述,几个主要问题,1什么是I/O接口电路 2为什么CPU与设备之间要增加接口电路 3输入/输出接口电路的端口寻址方式 4. CPU与外设之间所传送的信息类型 5端口与接口内部寄存器对应关系,是逻辑控制电路。按功能分为两类： （1）使微处理器正常工作

2、所需要的辅助电路 （2）输入/输出接口电路。,1什么是I/O接口电路,在CPU与外设之间增加接口电路4个作用： （1）解决速度不匹配的矛盾。 （2）信号转换。 （3）CPU通过接口来实现控制和监控的。 （4）CPU输出地址信息选择设备。 注意：程序控制输入输出过程中，针对的是与设备相连接的接口电路。端口即接口电路的内部寄存器。,2为什么CPU与设备之间要增加接口电路,问题：如何区分不同的内存单元与I/O接口电路中的端口？ 两种编址方式：,3输入/输出接口电路的端口寻址方式,（1）统一编址方式,（2）独立编址方式,无重复编址方式，每一个I/O端口都有一个确定的端口地址。 实质：存储器的连接与接口

3、电路的连接共用同一套译码电路。 优点：不需要专门的输入、输出操作指令，计算机的指令系统相对简化。 缺点：直接寻址的内存单元数减少；指令代码较长，读/写执行时间较长；程序的可读性降低。,（1）统一编址方式,重复编址：外设接口电路有自己的译码电路；专用的I/O指令。 优点：指令分开；有独立的译码电路，外设不占用内存空间。 缺点：两套译码电路；指令系统复杂。,（2）独立编址方式,4. CPU与外设之间所传送的信息类型,数据信息:输入过程;输出过程,状态信息:CPU通过接口的状态口读取外设的状态。,控制信息:控制外设的工作。常见的控制信息。,端口和接口电路中的寄存器的对应关系：三种方式,5端口与接口内

4、部寄存器对应关系,（1）根据信息传送方向不同。,（2）命令字中有特征位来区分访问的寄存器。,（3）根据规定的读写顺序。,输入数据缓冲器 输出数据缓冲器,7.2 CPU与外设之间的数据传送方式,7.2.1 程序控制方式,本节 主讲内容,7.2.2 中断控制方式,7.2.3 DMA控制方式,7.2.4 I/O处理机方式,问题: CPU何时与设备进行数据的写/读操作? 控制方式:,7.2 CPU与外设之间的数据传送方式,程序控制,中断控制,DMA控制,I/O处理机控制,定义： 注意：软件控制方式 分为无条件传送方式和条件传送方式。 1. 无条件传送方式 概念：CPU在访问设备时，确信设备已经处于准备

5、就绪状态，不需要查询设备的状态，直接通过I/O指令与设备传送数据，称为无条件传送方式。 特点：程序设计简单、数据传送不能太频繁、针对一些简单的外设操作,7.2.1 程序控制方式,高位地址线产生片选信号,地位地址线选中访问端口,图7.4 无条件输出接口电路结构,IN指令读取端口数据,高位地址线产生片选信号,地位地址线选中访问端口,OUT指令送数据,特点：首先查询设备状态，若设备处于“忙”状态，需要继续等待查询。设备处于“准备好”时，CPU执行I/O指令与外设交换信息。 反映其状态的信号： READY信号 BUSY信号。,2. 条件传送方式,数据传送过程三个环节： （1）CPU从状态端口读取状态字

6、； （2）CPU检测状态字是否满足“就绪”条件，如果不满足，需要回到第一步继续从状态口读取状态字。 （3）如果检测满足“就绪”状态，则通过数据端口进行数据的输入输出。,条件传送方式的操作流程如图7.5所示。,对READY的状态进行查询,R=1,IN指令,R=0,就绪,OUT,READY=0,检测; 通过输入/输出指令操作。 查询方式优点：硬件接口简单，便于程序控制 缺点：效率低,查询方式的i/o实现：,7.2.2 中断控制方式 提高CPU的工作效率和系统运行的实时性。 工作过程：当CPU执行程序操作时，外设数据已存入输入数据寄存器或数据输出寄存器已空，外设向CPU发出中断请求信号，CPU在一定

7、条件下，暂停正在执行的程序，转入执行相应输入/输出子程序，待输入/输出完毕后CPU返回原来的程序继续执行。,7.2 CPU与外设之间的数据传送方式,程序控制方式：CPU查询外设的状态，然后进行输入/输出，CPU处于主动地位，外设处于被动地位。 中断控制方式：外设发起输入/输出中断请求，CPU处于被动地位。需要才发出请求。,对照：,每次数据传送要向CPU发送一次中断请求。CPU响应一次请求，需要执行中断预处理，都需要占用CPU运行时间。 适合于少量数据传输。,注意：,引入：DMA方式,程序与中断控制方式中的问题：执行指令耗时，需要CPU 。 实际数据传送：数据块形式、地址指针改变、传送计数器改变

8、等。 解决办法：直接存储器存取（DMA）方式。,7.2.3 DMA控制方式,特点：外设与存储器间传送数据时，不需要通过CPU中转，由专门硬件装置DMA控制器（DMAC）完成。硬件控制下完成，不需CPU介入，系统具有较高的工作效率。 比较：与查询方式和中断方式相比较，DMA方式优点是传输速度高，适用于高速外部设备。 缺点：需要专门DMA控制器，成本较高。,1. DMA传送的工作原理,自动撤消发向CPU的总线请求信号，使HLDA和DACK失效。CPU恢复对总线的控制权。,特点： 1、存储器和外部设备或存储器与存储器之间 2、具有独立访问内存的能力，能取代CPU提供内存地址和必要的读写控制信号，将数

9、据总线上的信息写入存储器或从存储器读出。 3、有独立三总线访问能力。 4、由硬件直接控制实现，CPU寄存器内容不需要保护。 5、是可编程的。,2. DMA控制器基本功能,（1）能在接收到外设的DMA请求后，向CPU发出DMA请求信号HOLD； （2）当CPU发出DMA响应信号HLDA之后，接管对总线的控制，进入DMA方式； （3）能发出地址信息，并对I/O端口或存储器进行寻址，即能输出地址信息和修改地址指针； （4）能向存储器和外设发出读/写控制信号； （5）能决定传送的字节数，并对DMA传送是否结束作出判断； （6）在DMA传送结束以后，能发出结束DMA请求信号，并释放总线，让CPU重新获得

10、总线控制权。,DMA控制器应具有如下6个功能：,DMA、程序直接控制传送方式、中断传送方式的缺点。 I/O处理机方式(IOP)的提出。 IOP的功能与特点： 指令系统、控制外设、数据处理、状态检测与处理 CPU程序并行执行,7.2.4 I/O处理机方式,交换命令、数据、状态以及CPU要IOP执行的程序的首地址等信息。,IPO与CPU的联络框图,52条指令、lMB寻址能力、两个独立的DMA通道。,IOP实例芯片8089,7.3 微型计算机I/O接口设计,7.3.1I/O接口的硬件设计,本节 主讲内容,7.3.2 I/O接口的地址译码电路设计,7.3.3 I/O接口的编程控制,7.3.1 I/O接口的硬件设计,7.3 微型计算机I/O接口设计,7.3.1 I/O接口的硬件设计,连I/O接口与系统总线； 作用:用来