1、第六章 微型计算机的输入/输出,I/O接口功能I/O端口及其寻址方式输入/输出方式 及CPU与外设通信的接口 8086CPU的输入/输出 总线简述,6.1 I/O接口功能 一、 CPU与外设通信特点 需要有接口作为CPU与外设通讯的桥梁； 速度 信号种类：模拟、数字；并行、串行 逻辑电平 需要有数据信息传送之前的“联络”； 要传递的信息有三方面内容：状态、数据及控制信息。,CPU I/O接口 外设,控制数据地址,控制数据状态,接口电路通常包含一组能够与处理器交换信息的寄存器或缓冲器，称为I/O端口数据端口 存放数据信息状态端口 存放状态信息，即反映外设当前工作状态的信息控制端口 存放控制信息,
2、二、接口的功能 进行地址译码或设备选择，以便使CPU能与某一指定的外部设备通讯； 状态信息的应答，以协调数据传送之前的准备工作； 进行中断管理，提供中断信号；,进行数据格式转换，如正负逻辑的转换，串行与并行数据转换等； 进行电平转换，如TTL电平与MOS电平间的转换； 协调速度； 时序控制，提供实时时钟信号。,6.2 I/O端口及其寻址方式,一、 存储器映像的I/O寻址存储单元和I/O端口的地址统一编址,I/O 端口,存储单元,I/O 地址空间,存储器地址空间,整个地址空间,存储器映像的I/O寻址,74LS244 (8BIT三态门) 和74LS273（8BIT D锁存器）D锁存器:只允许在时序
3、控制信号有效时才能改变存储器存储的逻辑值.,74LS244,74LS244是一种三态输出的缓冲器（或称单向线驱动器），74LS244逻辑电路及引脚如图所示，内部线驱动器分为两组，分别有四个输入端（1A11A4，2A12A4）和四个输出端（1Y11Y4，2Y12Y4），分别由使能端，控制。当为低电平，1Y11Y4的电平与1A11A4的电平相同，当为低电平，2Y12Y4的电平与2A12A4的电平相同；当（或）为高电平时，输出1Y11Y4（或2Y12Y4）为高阻态。,74LS273,是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。,这种编
4、址方式的优点：利用多余的内存译码资源；可以用访向存储器的指令来访问I/O端口，而访问存储器的指令功能比较强，不仅有一般的传送指令，还有算术、逻辑运算指令，以及各种移位、比较指令等，并且可以实现直接对I/O端口内的数据进行处理。 缺点是：由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而使用户的存储地址空间相对减小。另外不利于程序阅读。,存储单元,存储地址空间,I/O 端口,I/O 地址空间,2、I/O映像的I/O寻址 I/O端口地址与存储单元地址分开编址,I/O映像的I/O寻址,这种编址方式的优点是：1、I/O端口不占用存储器地址，故不会减少用户的存储器地址空间；2、采用单独的I/O指令，使程序中
5、I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解。 这种编址方式的缺点是：1、单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行输入/输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操作；2、由于采用了专用的I/O操作时序及I/O控制信号线，因而增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。,6.3 输入/输出方式及CPU与外设通 信的接口 1、同步传送方式 2、异步查询方式 程序控制传送方式 3、中断方式 4、直接存储器存取方式,一、程序控制传送方式 (一)、同步传送方式（无条件方式）CPU直接与外设传送数据并不需要了解外设状态，认为外设已经准备就绪，直接与外设传送数据,开关Ki闭合时，输入为低电平“0”，而点亮相应LEDi，
6、则输出为高电平“1”，输入与输出的关系相反。,CODE SEGMENTASSUME CS:CODEMAIN PROC FARSTART: PUSH DSMOV AX,0PUSH AXAGAIN: MOV AH,1 ；读键盘缓冲区字符INT 16HCMP AL,1BH ；若为“Esc”键，则退出JZ EXITMOV DX,200HIN AL,DX ；读取开关状态NOT AL ；取反OUT DX,AL ；输出控制LEDJMP AGAINEXIT: RET ；返回DOSMAIN ENDP CODE ENDSEND START,（二）、异步查询方式 在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。,
7、输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数据是否已经准备就绪；,数据线,状态线,外设,1、STB有效，(1)、输入设备数据进入锁存器；(2)、IBF 有效 2、CPU读状态端口 3、CPU读数据端口，同时清IBF,外设,Sport EQU 300H Dport EQU 310H Test1: mov dx,Sportin al,dxTest al,01Jz Test1Mov dx,Dsportin al,dx.,STBIBF/RD,1,2,3,输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲。,数据线,状态线,外设,常用的状态线有empty，busy 功能： 1、输出设备空闲，BUSY无效； 2、CP
8、U写数据端口，输出设备输出数据， 状态线转换为有效,1、CPU读状态端口，查BUSY线 2、CPU写数据，(1)、数据进入数据锁存器；(2)、BUSY 有效 3、输出设备工作完毕，busy无效,外设,举例：从终端往缓冲区输入1行字符，当遇到回车符（0DH）或超过81个字符时，输入结束，并自动加上一个换行符（0AH）。如果在输入的81个字符中没有回车符，则在终端上输出信息。设终端接口的数据输入端口地址为32H，数据输出端口地址为34H，状态端口地址为36H。状态寄存器的D1=1，表示输入缓冲器已准备好数据，CPU可读取数据；状态寄存器的D0=1，表示输出缓冲器已空，CPU可往终端输出数据。终端接
9、口电路具有根据相应操作对状态寄存器自动置1和清0功能。,INPUT: IN AL,36H ；读状态端口TEST AL,02H ；测输入状态D1位JZ INPUT ；未“准备好”IN AL,32H ；读取输入字符MOV SI,AL ；输入字符存缓冲区INC SICMP AL,0DH ；输入字符为回车否？LOOPNE INPUT ；不是回车且接收字符个数未超过81，转INPUTJNE OVERFLOW ；不是回车且接收字符个数超过81，转OVERFLOWMOV AL,0AH ；是回车且接收字符个数81，存换行符MOV SI,ALJMP EXIT OVERFLOW:MOV CX,17 ；初始化输出字
10、符个数LEA SI,MESS ；初始化显示字符串首址OUTPUT:IN AL,36H ；读状态端口TEST AL,01H ；测输出状态D0位JZ OUPUT ；输出缓冲器未空，转OUTPUT MOV AL,SI ；取出输出字符INC SIOUT 34H,AL ；输出字符LOOP OUTPUT,条件传送特点,优点：电路简单 缺点：降低CPU效率，实时性不强,（三）、中断方式 当外设作好传送准备后，主动向CPU请求中断，CPU响应中断后在中断处理程序中与外设交换数据。在中断未发生时，CPU可以执行其他程序，这样可以提高CPU的利用率。,/BUSY,中断程序,/BUSY,中断程序,/BUSY,/BU
11、SY,检测状态线,检测状态线,中断申请信号,主程序,中断服务子程序,中断逻辑,中断服务子程序,主程序,中断服务子程序,中断申请信号,与程序查询方式相比，中断控制方式的数据交换具有如下特点: (1) 提高了CPU的工作效率; (2) CPU具有控制外围设备服务的主动权; (3) CPU可以和外设并行工作; (4) 可适合实时系统对I/O处理的要求。,二、直接存储器存取方式 （DMA） (Direct Memory Access) 。在高速的外设或成块交换数据的情况，采用程序控制方式进行数据的传输，是无法满足要求的。在这种情况下，采用DMA方式。,DMA方式是在外设与内存间建立起直接的通道，CPU
12、不再直接参加外设和内存间的数据传输。当系统需要进行DMA传输时，将CPU对地址和数据及控制线的管理权交由DMA控制器进行控制，当完成了一次DMA数据传输后，再将这个控制权还给CPU，这些工作都是由硬件自动实现的，并不需要程序进行控制。,AB DB CB,CPU DMAC RAM/ROM I/O,CPU,外设,存储器,总线,：执行程序指令的数据传送路径； ：DMA方式的数据传送路径,外设,外设,DMAC,内存,内存,DMAC,DMA传送的几种形式,8086CPU为DMA提供两根信号线 1、HOLD 总线保持请求 2、HLDA 总线保持响应,DMA的基本功能和步骤 (1) DMAC接收I/O接口的
13、DMA请求，并向CPU发出总线请求信号HOLD； (2) 当CPU发出总线回答信号HLAD后，接管对总线的控制，进入DMA传送过程； (3) 能实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数据传送过程中自动修改地址； (4) 能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号； (5) 能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束； (6) 在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对总线的控制。,6.4 8086CPU的输入/输出 1、I/O 寻址64K 2、8086CPU的IO指令（1） 直接寻址输入输出指令(八位端口地址)IN AL，n (字节输入)IN AX，n (字输入)OUT n，A
14、L (字节输出)OUT n，AX (字输出),0000H 00FFH,0100HFFFFH,n,（2）DX寄存器间接寻址输入（十六位端口地址）IN AL，DX (字节输入)IN AX，DX (字输入)OUT DX，AL (字节输出)OUT DX，AX (字输出),0000H 00FFH,0100HFFFFH,DX,3、有关端口地址问题 a、8086CPU与外设交换数据可以字或字节进行，b、当以字节进行时，偶地址端口的字节数据由低8位数据线D7D0位传送，奇地址端口的字节数据由高8位数据线D15D8传送，c、当用户在安排外设的端口地址时，如果外设是以8位的方式与CPU连接，就只能将其数据线或者与CPU的低八位或者与高八位连接，这样同一台外设的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址，这时设备的端口地址就会是不连续的。,
