1、学习要点 输入/输出技术的概念 CPU与接口之间传输的信息类型 CPU与外部设备之间数据的传送方式 DMA控制器8237A及其应用,第6章 输入/输出技术,6.1 输入/输出技术概述6.1.1 输入/输出接口的概念与功能 1. I/O接口的分类按照控制电路和I/O设备的复杂程度，I/O接口的硬件部分主要分为两大类： （1）I/O接口芯片常见的接口芯片有定时/计数器、中断控制器、DMA控制器接口等。 （2）I/O接口控制卡按照接口的连接对象可分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。,2. I/O接口的功能 （1）地址译码和设备选择 （2）数据寄存及缓冲 （3）数据格式转换 （4）联络功能
2、（5）中断管理和DMA控制 （6）接收复位信号并对接口初始化 （7）可编程功能 （8）错误检测功能,3. I/O接口的基本组成 （1）数据端口 （2）控制端口 （3）状态端口此外，还有逻辑控制电路、指令译码和端口地址译码电路等。I/O接口中每个端口有一个编号，称为端口地址。CPU与外设之间传送信息是通过数据总线写入端口或从端口中读出的，所以CPU对外设的寻址实质上是对I/O端口的寻址。,6.1.2 CPU与I/O接口之间传递的信息类型CPU与输入/输出设备进行信息传输时，主要传输的内容是数据信息、状态信息和控制信息，如图6-1所示。 1. 数据信息能够被计算机直接处理的二进制形式的数字量、模拟
3、量、开关量等信号。 2. 状态信息从接口发往CPU的信息，表示外设或接口部件本身的状态。 3. 控制信息是CPU通过数据总线传给接口中控制寄存器的信息。常见的主要有使外设启动或停止的控制信息。,图6-1 CPU与I/O接口之间传递的信息,6.2 CPU与外设间数据的传送方式 6.2.1 无条件传送方式也称同步传送方式，当外设已经确认准备好，可直接执行输入指令或输出指令实现数据的传输，主要用于外设定时是固定或已知的场合。这种方式下外设总被认为处于“待命”状态，根据其固定或已知的定时，将I/O指令插入到程序中，程序执行到I/O指令时就开始输入或输出数据。,6.2.2 查询传送方式查询传送方式在执行
4、操作前，先对外设状态进行测试。如输入设备就绪执行输入指令，否则继续等待；如输出设备空闲，数据通过数据总线输出到接口的数据输出寄存器中，否则继续等待。采用查询传送方式完成一个数据传送的大致步骤如下： （1）预置传送参数 （2）向外设接口发出命令字 （3）从状态端口读取状态字 （4）传送数据 （5）修改传送参数 （6）判断传送是否结束,6.2.3 中断传送方式中断是指CPU执行程序被突发事件打断而暂停当前操作转去处理突发事件的过程，处理完毕后返回到被中断的程序继续执行。外设要求交换数据可向CPU发中断请求，CPU执行完当前指令后，转入相应中断处理服务程序实现对请求中断的外设管理。转入中断处理之前，
5、应保护现场，中断结束后要恢复现场。中断传送方式中CPU大部分时间执行自己的程序和任务，只有在收到外设的中断请求并响应后，才转去执行中断服务程序。中断方法使CPU可同时管理多个外设工作，实现多任务处理，并且能对外设中断请求做出实时处理，所以，中断传送方式在数据传送中得到广泛使用。,6.2.4 DMA传送方式DMA传送也称为直接存储器存取方式，是在主存储器与外设间开辟了一条高速数据通道直接进行数据交换，数据通道由DMA控制器实现。DMA传送方式把外设与内存交换信息的操作与控制交给了DMA控制器，简化了CPU对输入/输出的控制。,6.2.5 通道传送方式通道也称为I/O处理机（IOP），可直接控制外
6、设与内存进行数据交换。IOP有专门指令和程序负责数据输入/输出的控制，分时使用内存，实现了CPU内部运算与外设的并行工作。I/O系统采用通道传送方式组织时，一台主机可接若干个通道，一个通道可接若干个设备控制器，一个设备控制器又可控制若干台外设。在逻辑结构上形成了4级连接，即CPU与内存通道设备控制器外设。,6.3 可编程DMA控制器8237A及其应用可编程DMA控制器Intel 8237A使用单一+5V电源，40引脚双列直插式封装，含有4个独立的DMA通道，最高数据传送速率可达1.6MB/s。6.3.1 8237A的内部结构及引脚8237A有两种工作状态，一种是从态方式，在8237A未取得总线
7、控制权时，CPU处于主控状态，8237A和一般I/O芯片一样是系统总线的从设备；另一种是主态方式，8237A取得总线控制权后，系统就完全在它的控制之下。,1. 8237A的内部结构8237A主要由5个部分组成： （1）时序与控制逻辑 （2）命令控制逻辑 （3）优先级编码电路 （4）数据和地址缓冲器 （5）内部寄存器,2. 8237A的引脚8237A的40条引脚排列如图6-9所示。,8237A有以下主要功能： （1）每个8237A芯片中有4个独立的DMA通道。 （2）8237A的4个通道优先权有固定和循环两种方式。 （3）每个通道一次传送的最大长度可达64KB。 （4）有单字节传送、数据块传送、
8、请求传送和级联4种工作方式。 （5）每传送一个字节数据后修改地址，字节数减1。,6.3.3 8237A的工作方式 （1）单字节传送方式 （2）块传送方式 （3）请求传送方式 （4）级联传送方式,6.3.4 8237A内部寄存器的格式及功能8237A内部可编程寄存器主要有10个，寄存器内容可由CPU读出或者按要求写入。1. 当前地址寄存器用于DMA传送时提供访问存储器地址值，每传送一个数据后寄存器值自动加1或减1。2. 基地址寄存器用来存放对应通道当前地址寄存器初值，该值在CPU对8237A进行编程时同时写入当前地址寄存器和基地址寄存器。,3. 当前字节计数寄存器保存当前DMA传送的剩余字节数，
9、每次传送以后字节计数器自动减1。 4. 基字节计数寄存器存放对应通道要传送的字节总数，即当前字节计数器的初值，在自动预置操作时使当前字节计数器恢复初值。 5. 命令寄存器是8237A的4个通道公用的8位寄存器，控制8237A的操作方式。,6。方式寄存器 每个通道都有一个8位工作方式寄存器，用于选择通道工作方式、DMA传送类型、是否自动预置以及传送一字节数据后地址是增1还是减1。 7.请求寄存器 用于启动DMA请求的设备。 8.屏蔽寄存器 屏蔽寄存器用于选择是否禁止各通道接收DMA请求信号DREQ。屏蔽标志位为1时表示屏蔽相应通道，并禁止该通道DMA操作。RESET信号使所有通道屏蔽标志位都置1
10、，禁止所有通道产生DMA请求，直到用一条清除屏蔽寄存器的命令使之复位后才允许接收DMA请求。,9. 状态寄存器8237A内部的8位状态寄存器用来存放状态信息，可供CPU读出。 10. 暂存寄存器是一个8位寄存器，在存储器至存储器传送期间用来暂存从源地址单元读出的数据。数据传送完成时，所传送的最后一个字节数据可由CPU读出。用RESET信号可清除此暂存器。,6.3.5 8237A的编程及应用8237A的编程实际上就是利用OUT指令对相应通道或寄存器写入命令或数据，使DMA控制器处于选定的工作方式从而完成指定的操作。,2. 软件命令 （1）主清除命令 （2）清除字节指示器命令 （3）清除屏蔽寄存器
11、命令3. 8237A编程步骤 通常，CPU对8237A进行初始化编程有以下步骤： （1）输出主清除命令，使8237A处于复位状态以接收新命令； （2）写入工作方式寄存器，确定8237A工作方式和传送类型； （3）写入命令寄存器，控制8237A工作； （4）输入相应通道当前地址寄存器和基地址寄存器的初始值； （5）输入当前字节计数器和基字节寄存器的初始值； （6）写入屏蔽寄存器； （7）写入请求寄存器。,本章小结,接口是指CPU和存储器及外设或两种外设、两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑部件。 CPU与外设间的数据传送方式通常有无条件传送、查询传送、中断传送、DMA传送和通道传送方式等。 无条件传送和查询传送主要靠软件实现，方法比较灵活。 中断传送方式可提高CPU的利用效率，使CPU与外设实现并行工作。 高速、频繁地进行外设与内存大批量数据交换时，采用DMA传送方式和通道传送式会得到更好的效果。 DMA控制器8237A是一种智能接口，内部涵盖了功能丰富的多个寄存器，,第6章内容到此结束谢谢各位 !,
