1、1,第七章 基本输入输出接口,2,第七章 基本输入输出接口,7.1 I/O接口概述 7.2 无条件传送方式及其接口 7.3 查询传送方式及其接口 7.4 中断传送方式及其接口 7.5 DMA传送方式,3,第7章 基本输入输出接口,教学重点I/O接口电路的典型结构 传送方式,4,7.1 I/O接口概述,为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路,多种外设,5,7.1 I/O接口概述（续1）,什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统
2、与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路,6,7.1 I/O接口概述（续2）,什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备,7,7.1.1 I/O接口的主要功能, 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O
3、设备进行联络,8,7.1.2 I/O接口的典型结构,1. 接口电路的内部结构 2. 接口电路的外部特性 3. 接口电路芯片的分类 4. 接口电路的可编程性,9,7.1.3 数据传送方式,程序控制下的数据传送通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为：无条件传送、条件（查询）传送 中断传送 直接存储器存取（DMA）传送请求由外设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送 I/O通道CPU委托专门的I/O通道控制器来管理外设，完成传送和相应的数据处理,10,7.2 无条件传送方式及其接口,在CPU与慢速变化的设备交换数据时，
4、可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送 适合于简单设备，如LED数码管、按键或按钮等 无条件传送的接口和操作均十分简单 这种传送有前提：外设必须随时就绪,11,无条件传送：输入实例,MOV DX, 160H IN AL, DX,12,无条件传送：输出实例,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,13,7.3 查询传送方式及其接口,CPU需要选了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出 对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交
5、换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低,14,查询传送的两个环节, 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节 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,15,7.3.1 查询输入接口,mov dx,8000h ;DX指向状态端口 status: in al,dx ;读状态端口test al,01h ;测试标志位D0jz status ;D00，未就绪，继续查询inc dx ;D01，就绪，DX指向数据端口in al,dx ;从数据端口输入数据,16,7.3.2 查询输出接口,mov d
6、x,8000h ;DX指向状态端口 status: in al,dx ;读取状态端口的状态数据test al,80h ;测试标志位D7jnz status ;D71，未就绪，继续查询inc dx ;D70，就绪，DX指向数据端口mov al,buf ;变量buf送ALout dx,al ;将数据输出给数据端口,17,7.3.3 查询方式的EEPROM编程,next: mov al,55h ;写入内容55Hmov bx,al ;写入存储单元nop ;空操作指令，起延时作用nop next1: in al,dx ;查询状态口test al,01h ;测试D0jz next1 ;D00，芯片还在写入
7、inc bx ;D01，写毕，指针移动loop next ;循环至全部字节写完,18,7.4 中断传送方式,CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序,传送流程,19,7.4.1 中断传送与接口,中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 中断还有着非常广泛的应用,20,7.4.2 中断工作过程,中断请求,中断响应,关中断,断点保护,中断识别,现场保护,中
8、断服务,恢复现场,开中断,中断返回,中断服务是进行数据交换的实质性环节,21,中断查询接口（图6-14）,22,7.5 DMA传送方式,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： 外设存储器 外设存储器 CPU释放总线，由DMA控制器管理,23,DMA传送的工作过程, CPU对DMA控制器进行初始化设置 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：CPU将总线交给DMAC控制 DMA传送 DMA读存储器：存储器 外设 DMA写存储器：存储器 外设 自动增减地址和计数，判断传送完成否,24,传送方式的比较,无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步
9、查询传送： 简单实用，效率较低 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送,25,多种多样的外设,工作原理不同 机械、电子、机电、电磁 传送信息类型多样 数字量、模拟量、开关量 传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码,26,输出接口的锁存环节,27,输出接口的锁存、缓冲环节,28,输入接口的缓冲环节,29,输入接口的锁存、缓冲环节,30,端口（PORT）,端口泛指I/O地址，通常对应寄存器 一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口
10、用来保存和交换不同的信息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息 输入、输出端口可以是同一个I/O地址,一定要理解,31,IN AL, 21H,32,OUT 43H, AL,33,无条件传送流程,34,就绪（Ready）,在输入场合 “就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，正等着CPU来读取 该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述在输出场合 “就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CPU要输出的数据 该状态也可用接口数据缓冲器已“空”、或者用接口（外设）“闲”或不“忙（Busy）”来描述,就绪：满，空、
11、闲、不忙,35,查询传送流程,36,中断传送流程,37,7.1.3 I/O端口的编址,接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088 I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800,理解端口,38,I/O端口单独编址,优点： I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富,80x86采用I/O端口独立编址,39,I/O端口与存储器统一编址,优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活 缺点： I/O端口要占去部
12、分存储器地址空间 程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）,40,7.1.4 8088/8086的输入输出指令,输入指令 IN AL,i8 ;字节输入，直接寻址 IN AL,DX ;字节输入，间接寻址 IN AX,i8 ;字输入，直接寻址 IN AX,DX ;字输入，间接寻址 输出指令 OUT i8,AL ;字节输出，直接寻址 OUT DX,AL ;字节输出，间接寻址 OUT i8,AX ;字输出，直接寻址 OUT DX,AX ;字输出，间接寻址,功能演示,功能演示,41,8088/8086的I/O端口,8088只能通过输入输出指令与外设进行数据交换；呈现给程序员的外设是端口（Port），即I/
13、O地址 8086用于寻址外设端口的地址线为16条，端口最多为21665536（64K）个，端口号为0000H FFFFH 每个端口用于传送一个字节的外设数据,42,I/O寻址方式,8088/8086的端口有64K个，无需分段，设计有两种寻址方式 直接寻址：只用于寻址00H FFH前256个端口，操作数i8表示端口号 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口，DX寄存器的值就是端口号 对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式,43,数据交换方式,如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别送AL（对应低地址端口）和AH（
14、对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口,44,IN指令（从20H、21H端口输入一个字）,；方法1：字量输入，直接寻址in ax,20h；方法2：字量输入，间接寻址mov dx,20hin ax,dx,；方法3：字节输入，直接寻址in al,21hmov ah,alin al,20h ；方法4：字节输入，间接寻址mov dx,21hin al,dxmov ah,aldec dxin al,dx,45,OUT指令（向300H端口输出一个字节）,；唯一的方法：间接寻址，字节量输出mov al,bvar ；bvar是字节
15、变量mov dx,300hout dx,al,46,7.1.5 I/O地址的译码,I/O地址的译码方法与存储器地址的译码方法一样，但有它的特点： 部分译码时，通常是中间地址线不连接 部分译码也有最低地址线不连接的情况 每个接口电路通常只占用几个I/O地址，这时可以利用基本逻辑门电路进行地址译码 除采用译码器、门电路进行译码外，I/O地址译码还经常采用可编程逻辑器件PLD 为了给系统一定的选择余地，有些接口电路利用比较器、开关或跨接器等进行多组I/O地址的译码,47,IBM PC/AT主机板的I/O译码电路,48,IBM PC/XT主机板的I/O译码电路,49,逻辑门电路进行I/O地址译码,50,DMA传送流程,
