1、控制端口:CPU 通过接口向外设传送控制信息。,5、CPU和I/O设备间的接口信息,CPU和I/O设备间的交换的信息：数据信息：外设的数据状态信息：I/O设备的状态控制信息：CPU的控制信息,主要接口芯片计数器/定时器8253并行接口8255中断控制器8259DMA控制器8237串行接口8250/8251,提问：,CPU和输入/输出设备之间传送的信息有哪几类？一般的IO接口电路安排有哪三类寄存器？它们各自的作用是什么？,12,目录,6.1 输入/输出接口概念,6.2 输入/输出的控制方式,6.3 输入/输出端口地址与指令操作,6.2 输入/输出的控制方式,程序控制方式 同步传输方式（无条件传送
2、方式）异步查询方式（条件传送方式）中断控制方式直接存储器存取方式（DMA控制方式）输入输出处理机控制方式,1、程序控制方式,1）、同步传输方式（无条件传送方式）,由程序控制CPU与外设之间的数据交换。,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。,用途：用于简单外设开关LED显示器,前提：外设必须随时就绪,1）、同步传输方式（无条件传送方式）,选中地址,数据,写信号,读信号,输出端口,无条件传送的工作原理,输入端口,缓冲器74LS244,锁存器74LS273,例1：输入：IN AL，80H；80H端口内容为10H
3、 将80H端口的内容送AL。IO/M=1，RD=0，AL=10H,例2：输出：OUT 82H，AL；AL=10H 将AL中的内容送82H端口。IO/M=1，WR=0，（82H）=10H,查询式数据传送过程3个环节：,CPU需要先了解（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,2）、异步查询方式（条件传送方式）,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,特点：工作可靠，适用面宽
4、，但传送效率低,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、闲、不忙,1）查询式输入,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,STB,IBF,例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；,P
5、OLL：IN 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,CPU查询外设状态是否忙,不忙,执行输出;否则等待。,2）查询式输出：,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,例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
6、 TEST AL，01H；检查忙标志D0 JNZ POLL；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,提问：,条件传送方式的工作原理是怎样的？主要用在什么场合？画出条件传送（查询）方式输出过程的流程图。查询式传送方式有什么优缺点？,优点：电路简单缺点：降低CPU效率，实时性不强,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,3）、中断传送方式,3）、中断传送方式,3）、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
7、 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,中断过程大致分为：,中断请求：由需要提供中断服务程序的设备提出；,中断响应：CPU给设备发出一个中断应答信号；,现场保护：保护执行中断服务程序前的各种信息；,执行中断服务程序：完成特定的操作；,退出中断服务程序：恢复现场。,中断传送方式的特点,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,提问：,1、查询式传送
8、方式有什么优缺点？中断方式为什么能弥补查询式传送方式的缺点？,2、直接存储器存取方式（DMA）（Direct Memory Access）,DMA特点：具有接管和控制系统总线的功能，但在取得总线控制权之前，与其它接口芯片一样，受CPU的控制。在DMA方式，DMA管理总线，控制传送数据的开始与结束，传送的字节数，传送的方向及地址。,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,为什么要用DMA方式传送数据？,DMA的功能有哪些？,能接受外设的请求，并能向CPU发DMA请求信号；CPU接到DMA请
9、求信号，如果允许，CPU发DMA响应信号，DMA控制器接管总线，进入DMA方式；能寻址存储器，并修改地址；能向外设发读/写信号；能控制传送的字节数，判断DMA是否结束；DMA结束时，能向CPU发出结束信号，将总线控制权交还CPU；,4、输入/输出处理机控制方式,对于有大量输入/输出设备的微机系统，DMA控制方式已不能满足这种需要。,Intel公司生产与86系列配套的输入/输出处理机（IOP）8089,86系列CPU必须工作在最大工作模式。,几种数据传送方式特点？,无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步查询传送：简单实用，效率较低，硬件开销小中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但中断服务保护
10、现场等需要额外时间开销，需要硬件开销进行中断管理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,需要硬件开销输入输出机传送:输入输出机（IOP）控制,适合大量输入/输出设备,与CPU可并行工作,需要硬件开销,38,目录,6.1 输入/输出接口概念,6.2 输入/输出的控制方式,6.3 输入/输出端口地址与指令操作,1、I/O端口编址方式,概念I/O端口:是接口电路中CPU能访问的寄存器的地址.I/O操作:CPU对I/O接口电路（与设备相关）的操作.不是访问I/O设备.,端口编址方式两种方式,将存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）外设端口单独编址（I
11、/O映像的I/O寻址）,6.3 输入/输出端口地址与指令操作,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,1）.存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）,优点：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：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。,1）.存储器与外设端口统一编址（存储器映像的I/O寻址）,存储单元,存储地址空间,I/O 端口,I/O 地址
12、空间,2）.外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）,优点：第一，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；第二，采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其他操作层次清晰，便于理解。第一，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；第二，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。,2）.外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）,（1）、地址线：A15A0（寻址64K）,8086系统的特点：,2）.外设端口单独编址（I/O映像的I/O寻址）,（3）、用I/O指令,2、8086
13、CPU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，AL（字节输出）OUT n，AX（字输出）,（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）,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。,小 结,1.输入输出接口的概念，要求达到“理解”层次。a.输入输出接口的功能与特点。2.输入输出控制方式，各自的特点。a.掌握同步传输方式的原理及特点。b.掌握异步传输方式的原理及特点。初步掌握中断控制方式的原理及特点。了解直接存储器存取方式。了解输入输出处理机控制方式。3.输入输出端口地址译码与指令操作，要求达到“掌握”层次。,
