第7章-输入输出接口技术第1节内容课件.ppt

1、第第7章章输入输出接口输入输出接口20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2 2第第7章章 输入输出接口输入输出接口主要内容：主要内容：n7.1 I/O接口基础和传送方式接口基础和传送方式n7.2 中断及中断方式中断及中断方式n7.3 定时器定时器/计数器计数器(8253/8254)n7.4 并行口并行口8255An7.5 A/D和和D/A转换转换学时分配：学时分配：n18学时学时第一节第一节 I/O接口基础和传送方式接口基础和传送方式mov ax,12hcall displayJmp 1234h20222022年年1212月月

2、7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4 47.1 I/O接口基础和传送方式接口基础和传送方式主要内容：主要内容：n7.1.1 I/O系统系统n7.1.2 I/O接口概述接口概述n7.1.3 I/O接口功能接口功能n7.1.4 I/O接口典型结构接口典型结构n7.1.5 端口及编址方式端口及编址方式n7.1.6 I/O指令指令n7.1.7 CPU与外设之间的数据传输方式与外设之间的数据传输方式学时分配：学时分配：n2学时学时20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5 57.1.1输入输出系统输

3、入输出系统将将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统及主存以外的部分叫做输入输出系统输入输出接口输入输出接口输入输出设备输入输出设备输入输出软件输入输出软件20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6 6为什么需要为什么需要I/O接口（电路）？接口（电路）？n微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样n工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大速度方面彼此差别很大n它们不能与它们不能与CPU直接相连直接相连n必须经过中间电路再与系统相连必须经过中间电路再与系统相连n这部分电路

4、被称为这部分电路被称为I/O接口电路接口电路多种外设多种外设7.1.2 I/O接口概述接口概述20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术7 7多种多样的外设多种多样的外设n工作原理不同工作原理不同机械、电子、机电、电磁机械、电子、机电、电磁n传送信息类型多样传送信息类型多样数字量、模拟量、开关量数字量、模拟量、开关量n传送速度差别极大传送速度差别极大n传送方式不尽相同传送方式不尽相同串行、并行串行、并行n编码方式不同编码方式不同二进制、二进制、BCD码、码、ASCII码码20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大

5、学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术8 8I/O接口要解决的问题接口要解决的问题n 速度匹配速度匹配(Buffer)n 信号的驱动能力信号的驱动能力(电平转换器、驱动器电平转换器、驱动器)n 信号形式和电平的匹配信号形式和电平的匹配(A/D、D/A)n 信息格式信息格式(字节流、块、数据包、帧字节流、块、数据包、帧)n 时序匹配时序匹配(定时关系定时关系)n 总线隔离总线隔离(三态门三态门)20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术9 9什么是什么是I/O接口（电路）？接口（电路）？nI/O接口是位于系统与外设间、用来协

6、助完成接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。数据传送和控制任务的逻辑电路。nPC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽总线槽的电路板（适配器）都是接口电路。的电路板（适配器）都是接口电路。7.1.2 I/O接口概述接口概述20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1010接口接口20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1111什么是微机接口技术？什么是微机接口技术？n处理微机系统与外设间联系的技术处理微机系统与外

7、设间联系的技术n注意其软硬结合的特点注意其软硬结合的特点n根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口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，支持和连接有关电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备的设备7.1.2 I/O接口概述接口概述20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术1212n对输入输出数据进行缓冲和锁存对输入输出数据进行缓冲和锁存n输出接口有输出接口有锁存环节锁存环节，输入接口有，输入接口有缓冲环节缓冲环节n实际的电路常用：实际的电路常用：n输出锁存缓冲环节输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节

8、输入锁存缓冲环节n对信号的形式和数据的格式进行变换对信号的形式和数据的格式进行变换n微机直接处理：微机直接处理：数字量数字量、开关量开关量、脉冲量脉冲量n对对I/O端口进行寻址端口进行寻址n与与CPU和和I/O设备进行联络设备进行联络7.1.3 I/O接口接口的主要功能的主要功能20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术13137.1.4 I/O接口的典型结构接口的典型结构20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术14141.接口电路的内部结构接口电路的内部结构2.接

9、口电路的外部特性接口电路的外部特性3.接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类4.接口电路的可编程性接口电路的可编程性7.1.4 I/O接口的典型结构接口的典型结构20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术15151.接口电路的内部结构接口电路的内部结构nCPU与外设主要有数据、状态和控制信息需与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：要相互交换，于是从应用角度看内部：数据寄存器数据寄存器n保存外设给保存外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据 状态寄存器状态寄存器n保存外设或接口电路的状态保存外设

10、或接口电路的状态 控制寄存器控制寄存器n保存保存CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术16162.接口电路的外部特性接口电路的外部特性n主要体现在引脚上，分成两侧信号主要体现在引脚上，分成两侧信号面向面向CPU一侧的信号：一侧的信号：n用于与用于与CPU连接连接n主要是数据、地址和控制信号主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号：面向外设一侧的信号：n用于与外设连接用于与外设连接n提供的信号五花八门提供的信号五花八门n功能定义、时序及有效电平等差异较大功能定义、时序及有效电

11、平等差异较大20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术17173.接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类n接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）：成电路芯片（接口芯片）：n通用接口芯片通用接口芯片n支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片n面向外设的专用接口芯片面向外设的专用接口芯片n针对某种外设设计、与该种外设接口针对某种外设设计、与该种外设接口n面向微机系统的专用接口芯片面向微机系统的专用接口芯片n与与CPU和系统配套使用，以增强

12、其总体功能和系统配套使用，以增强其总体功能20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术18184.接口电路的可编程接口电路的可编程性性n许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种；通过编程的方法选定其中一种；n接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件n接口软件有两类：接口软件有两类：n初始化程序段初始化程序段设定芯片工作方式等；设定芯片工作方式等；n数据交换程序段数据交换程序段管理、控制、驱动外管理、控制、驱动外设，负责外设和系统

13、间信息交换；设，负责外设和系统间信息交换；20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术19197.1.5 端口及编址方式端口及编址方式20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术20207.1.5 端口及编址方式端口及编址方式接口电路占用的接口电路占用的I/O端口有两类编址方式端口有两类编址方式nI/O端口单独编址端口单独编址nI/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间n如如8086/8088nI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n它们共享一个地

14、址空间它们共享一个地址空间n如如M6800理解端口理解端口20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术21211.端口（端口（PORT）n端口泛指端口泛指I/O地址，通常对应寄存器地址，通常对应寄存器n一个接口电路可以具有多个一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端端口，每个端口用来保存和交换不同的信息口用来保存和交换不同的信息n数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为地址常依次被称为数据端口数据端口、状态端口状态端口和和控制端口控制端口，用于保存数据、状态和控制信息，

15、用于保存数据、状态和控制信息n输入、输出端口可以是同一个输入、输出端口可以是同一个I/O地址地址20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术22222.I/O端口独立编址端口独立编址n独立编址独立编址n把所有把所有I/O接口看作是接口看作是一个独立于存储空间的一个独立于存储空间的I/O空间，在这个空间，在这个I/O空间内，每个端口都被空间内，每个端口都被分配一个地址与之对应。分配一个地址与之对应。内存内存空间空间I/O空间空间FFFFF0FFFF20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术

16、微机原理及接口技术23232.I/O端口独立编址端口独立编址n优点：优点：nI/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立n控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单n专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读n缺点：缺点：nI/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2424特点：特点：n内存地址资源充分内存地址资源充分利用利用n能够应用于端口的能够应用于端口的指令较少指令较少内存内存地址地址I/O地址地址0000

17、0HFFFFFHFFFFH0000H2.I/O端口独立编址端口独立编址20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术25253.I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术26263.I/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n优点：优点：n不需要专门的不需要专门的I/O指令指令n指令统一，指令统一，I/O数据存取与数据存取与存储器数据存取一样灵活存储器数据存取一样灵活n缺点：缺点：nI/O端口要占去部分存储器端口要占去部分

18、存储器地址空间地址空间n程序不易阅读（不易分清程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）访存和访问外设）内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000FFFFF20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术27278086的的I/O端口编址端口编址n采用采用I/O独立编址独立编址方式方式(但地址线与存储器共但地址线与存储器共用用)；n最小模式下由最小模式下由M/IO区分是访问区分是访问内存内存还是访问还是访问端口端口；n最大模式下用总线控制器信号来区分访问对象最大模式下用总线控制器信号来区分访问对象nI/O操作只使用操作只使

19、用20位地址信号中的位地址信号中的16位：位：A15A020222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术28288086的的I/O端口编址端口编址n可寻址的可寻址的I/O端口数为端口数为64K(65536)个个nI/O地址范围为地址范围为0FFFFHnIBM PC只使用了只使用了1024个个I/O地址地址(03FFH)20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术2929n输入指令输入指令(IN)IN AL,i8 ;字节输入，直接寻址字节输入，直接寻址IN AL,DX ;字节输

20、入，间接寻址字节输入，间接寻址IN AX,i8 ;字输入，直接寻址字输入，直接寻址IN AX,DX ;字输入，间接寻址字输入，间接寻址 ;操作数操作数i8表示端口号7.1.6 8088/8086的的I/O指令指令20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3030n输出指令输出指令(OUT)OUT i8,AL ;字节输出，直接寻址字节输出，直接寻址OUT DX,AL ;字节输出，间接寻址字节输出，间接寻址OUT i8,AX ;字输出，直接寻址字输出，直接寻址OUT DX,AX ;字输出，间接寻址字输出，间接寻址7.1.6 8088/

21、8086的的I/O指令指令20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3131I/O寻址方式寻址方式n8088/8086的的端口有端口有64K个，无需分段，设个，无需分段，设计有两种寻址方式计有两种寻址方式v直接寻址直接寻址：只用于寻址：只用于寻址00H FFH前前256个个端口，端口，操作数操作数i8表示端口号表示端口号v间接寻址间接寻址：可用于寻址全部：可用于寻址全部64K个端口，个端口，DX寄存器的值寄存器的值就是端口号就是端口号n对大于对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式的端口只能采用间接寻址方式20222022年年121

22、2月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3232数据交换方式数据交换方式n如果输入输出一个字节，利用如果输入输出一个字节，利用AL寄存器寄存器。n如果输入输出一个字，利用如果输入输出一个字，利用AX寄存器寄存器。n输入一个字输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别送个字节，分别送AL（对应低地址端口）和（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）。（对应高地址端口）。n输出一个字输出一个字，实际上是将，实际上是将AL（对应低地址端（对应低地址端口）和口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内（对应高地址端口）两个字节

23、的内容输出给连续两个端口。容输出给连续两个端口。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3333IN指令指令(从从20H端口输入一端口输入一个字个字)；方法方法1：字量输入，直接寻址字量输入，直接寻址IN AX,20H；方法方法2：字量输入，间接寻址字量输入，间接寻址MOV DX,20HIN AX,DX20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3434IN指令指令(从从20H端口输入一端口输入一个字个字)；方法方法3：字节输入，直接寻址字节输入，直接寻址IN AL,

24、21HMOV AH,ALIN AL,20H；方法方法4：字节输入，间接寻址字节输入，间接寻址MOV DX,21HIN AL,DXMOV AH,ALDEX DXIN AL,DX20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3535OUT指令指令(向向300H端口输出一个端口输出一个字节字节)；唯一的方法：间接寻址，字节量输出唯一的方法：间接寻址，字节量输出MOV AL,bvar ；bvar是字节变量是字节变量MOV DX,300HOUT DX,AL20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微

25、机原理及接口技术3636n主机与外设之间数据传送的控制方式有以下四主机与外设之间数据传送的控制方式有以下四种：种：n无条件传送无条件传送n查询式传送查询式传送n中断方式传送中断方式传送n直接存储器存取直接存储器存取(DMA,Direct Memory Access)程序控制方式程序控制方式7.1.7 基本输入基本输入/输出方法输出方法20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3737n适用于总是处于适用于总是处于准备好状态准备好状态的外设的外设n以下外设可采用无条件传送方式：以下外设可采用无条件传送方式：n开关开关n发光器件发光器

26、件(如发光二极管、如发光二极管、7段数码管、灯段数码管、灯泡等泡等)n继电器继电器n步进电机步进电机n优点：软件及接口硬件简单优点：软件及接口硬件简单n缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄一、无条件传送一、无条件传送20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术3838无条件传送：输入实例无条件传送：输入实例MOV DX,160HINAL,DX74LS244+5V10K x 8G1 G2数据总线数据总线CSRD20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微

27、机原理及接口技术3939无条件传送：输入输出接口无条件传送：输入输出接口NEXT:MOV DX,8000H;DX指向数据端口指向数据端口IN AL,DX ;从输入端口读开关状态从输入端口读开关状态NOT AL ;反相反相OUT DX,AL ;送输出端口显示送输出端口显示CALL DELAY ;调子程序延时调子程序延时JMP NEXT ;重复重复20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4040二、查询工作方式二、查询工作方式适用场合：适用场合：n外设并不总是准备好外设并不总是准备好n对传送速率和效率要求不高对传送速率和效率要求不高

28、对外设及接口的要求：对外设及接口的要求：n外设应提供设备状态信息外设应提供设备状态信息(CPU在与外设交换在与外设交换数据前必须询问外设状态数据前必须询问外设状态“你准备好没你准备好没有？有？”)n接口应具备状态端口接口应具备状态端口20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4141查询工作方式查询工作方式n优点：软件比较简单优点：软件比较简单n缺点：缺点：CPU效率低，数据传送的实时性效率低，数据传送的实时性 差，速度较慢差，速度较慢单一外设时单一外设时的工作流程的工作流程20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中

29、北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4242查询传送的两个环节查询传送的两个环节 查询环节查询环节n寻址状态口寻址状态口n读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位n若不就绪就继续查询，直至就绪若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n是输入，通过输入指令从数据端是输入，通过输入指令从数据端口读入数据口读入数据n是输出，通过输出指令向数据端是输出，通过输出指令向数据端口输出数据口输出数据输入状态输入状态就绪？就绪？数据交换数据交换YN流流程程20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术43

30、43查询输入接口查询输入接口IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D0D输入输入设备设备IORSTB20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4444查询输入接口查询输入接口MOV DX,8000H;DX指向状态端口指向状态端口status:IN AL,DX ;读状态端口读状态端口TEST AL,01H;测试标志位测试标志位D0JZ status ;D00 未就绪，继续查询未就绪，继续查询INC DX ;D01 就绪就绪DX指向数据端口指

31、向数据端口IN AL,DX ;从数据端口输入数据从数据端口输入数据20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4545三、中断控制方式三、中断控制方式特点：特点：nCPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进行数据传送时才中断需要进行数据传送时才中断CPU正在进行的工正在进行的工作，让作，让CPU来为其服务。即来为其服务。即CPU在没有外设在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据，从而大大提高了传输数据，从而大大提高了CPU的利用率。的

32、利用率。n优点：优点：CPU效率高，实时性好，速度快。效率高，实时性好，速度快。n缺点：程序编制较为复杂。缺点：程序编制较为复杂。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4646n中断传送是一种效率更高的程序传送方式；中断传送是一种效率更高的程序传送方式；n进行传送的进行传送的中断服务程序是预先设计好的；中断服务程序是预先设计好的；n中断请求是外设随机向中断请求是外设随机向CPU提出的；提出的；nCPU对请求的检测是有规律的对请求的检测是有规律的：一般是在每：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输条指令的最后一个时钟周

33、期采样中断请求输入引脚。入引脚。n中断还有着非常广泛的应用。中断还有着非常广泛的应用。三、中断控制方式三、中断控制方式20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4747断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点CPU在执行程序在执行程序中，被内部或外中，被内部或外部的事件所打断，部的事件所打断，转去执行一段预转去执行一段预先安排好的中断先安排好的中断服务程序；服务服务程序；服务结束后，又返回结束后，又返回原来的断点，继原来的断点，继续执行原来的程续执行原

34、来的程序序三、中断控制方式三、中断控制方式20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4848中断输入接口中断输入接口D0D7+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器三态缓冲器三态缓冲器RQ 译码译码 8001H中断向量号中断向量号D0D7INTRD输入输入设备设备中断允许触发器中断允许触发器A0A15中断请求触发器中断请求触发器IORINTASTB20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术4949中断工作过程中断工作过程n中断请求中断请求n中断响应中断响应n关

35、中断关中断n断点保护断点保护n中断识别中断识别n现场保护现场保护n中断服务中断服务n恢复现场恢复现场n开中断开中断n中断返回中断返回中断服务是进行数据交换的实质性环节中断服务是进行数据交换的实质性环节20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5050以上三种以上三种I/O方式的共性方式的共性均需均需CPU作为中介：作为中介：外设外设 CPU 内存内存n软件：软件：外设与内存之间的数据传送是通过外设与内存之间的数据传送是通过CPU 执行程序来完成的执行程序来完成的(PIO方式方式)；n硬件：硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地

36、接口和存储器的读写控制信号、地 址信号都是由址信号都是由CPU发出的。发出的。n缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度 （约为几十（约为几十KB/秒）秒）20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5151四、四、DMA控制方式控制方式特点：特点：DMA传输传输:外设外设 内存内存n外设直接与存储器进行数据交换外设直接与存储器进行数据交换，CPU不再不再担当数据传输的中介者；担当数据传输的中介者；n总线由总线由DMA控制器（控制器（DMAC）进行控制）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存

37、要放弃总线控制权），内存/外设的地外设的地址和读写控制信号均由址和读写控制信号均由DMAC提供。提供。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5252DMA控制方式控制方式DMAC外设外设接口接口CPUQRDMEMDACKHOLDHLDABUS控制信号控制信号20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5353DMA传送原理示意传送原理示意图图 系统总线系统总线CPUDMAC存储器存储器外设接口外设接口AENIOWMEMWMEMRIORMEMWMEMRIOWIORAE

38、NHOLDHLDADRQDACKAENIOWIORMEMWMEMR 外设发出外设发出DMA请求请求 DMAC向向CPU申请总线申请总线 CPU完成当前总线周期后完成当前总线周期后响应，并释放总线控制权响应，并释放总线控制权 DMAC得到总线控制权，并发出得到总线控制权，并发出DMA响应信号响应信号 由由DMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之发出各种控制信号，控制外设与存储器之 间的数据传送间的数据传送 数据传送完后，数据传送完后，DMAC撤销撤销HOLD信号信号 CPU释放释放HLDA信号，并重新控制总线信号，并重新控制总线20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中

39、北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5454DMA控制方式控制方式优点：优点：n数据传输数据传输由由DMA硬件来控制，数据硬件来控制，数据直接在内直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几率（可达几MB/秒）秒）20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5555传送方式的比较传送方式的比较n无条件传送无条件传送：慢速，外设需与：慢速，外设需与CPU保持同步保持同步n查询传送查询传送：简单实用，效率较低简单实用，效率较低n中断传送中断传送：外设主动，可与：外设主动，可与CPU

40、并行工作，并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销但每次传送需要大量额外时间开销 nDMA传送传送：DMAC控制，外设直接和存储器控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送进行数据传送，适合大量、快速数据传送20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5656结束语结束语n理解理解I/O接口的作用和一般结构；接口的作用和一般结构；n掌握掌握I/O编址方式和编址方式和I/O传送方式传送方式;n理解中断的概念、分类理解中断的概念、分类20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术

41、微机原理及接口技术5757复习题题解复习题题解(一一)：n7.1相对于查询方式，中断方式有什么优点？相对于查询方式，中断方式有什么优点？中断方式可以使中断方式可以使CPU与外设并行工作，所以与外设并行工作，所以比起查询方式，比起查询方式，CPU的工作效率提高了。的工作效率提高了。中断方式仍然要由中断方式仍然要由CPU通过指令来传送数据，通过指令来传送数据，对高速设备来说速度太慢了。对高速设备来说速度太慢了。DMA方式是在方式是在DMA控制器控制下进行数据传送，速度上限控制器控制下进行数据传送，速度上限主要取决于存储器的存取速度，因此中断方主要取决于存储器的存取速度，因此中断方式传输速度不如式传

42、输速度不如DMA方式。方式。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5858复习题题解复习题题解(一一)：n7.2 CPU与外设之间的数据传送方式有哪几种？与外设之间的数据传送方式有哪几种？无条件传送方式通常用在哪些场合？无条件传送方式通常用在哪些场合？CPU和外设之间的数据传送方式通常有无条件和外设之间的数据传送方式通常有无条件方式、程序查询方式、中断方式和直接存储器方式、程序查询方式、中断方式和直接存储器存取（存取（DMA）方式。）方式。无条件传送方式适合于外设总是处于准备好的无条件传送方式适合于外设总是处于准备好的情况。情

43、况。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术5959复习题题解复习题题解(一一)：n7.3什么情况下两个端口可以用一个地址？什么情况下两个端口可以用一个地址？一个端口作输入，一个端口作输出时，这两个一个端口作输入，一个端口作输出时，这两个端口可共用一个地址端口可共用一个地址 20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6060复习题题解复习题题解(一一)：n7.4什么是什么是I/O接口？接口？在在CPU和外部设备之间，需要一些进行数据转和外部设备之间，需要一些进行数据

44、转换、电平匹配和相互联络的功能电路，称为换、电平匹配和相互联络的功能电路，称为I/O接口，在接口电路中，一般包含功能不同接口，在接口电路中，一般包含功能不同的寄存器，称为端口寄存器。通过对这些寄存的寄存器，称为端口寄存器。通过对这些寄存器的编程，可以改变接口的功能和输入器的编程，可以改变接口的功能和输入/输出输出关系。关系。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6161复习题题解复习题题解(一一)：n7.5说明说明I/O接口的基本功能。接口的基本功能。I/O接口的基本功能有：接口的基本功能有：寻址功能、输入寻址功能、输入/输出

45、功能、数据转换功能、输出功能、数据转换功能、联络功能、中断管理功能、复位功能、可编程联络功能、中断管理功能、复位功能、可编程功能、错误检测功能。功能、错误检测功能。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6262复习题题解复习题题解(一一)：n7.6简述简述CPU以中断方式如何与外设交换数据以中断方式如何与外设交换数据 当外设在某个时候准备就绪，向当外设在某个时候准备就绪，向CPU提出中断申提出中断申请，当请，当CPU接收到此中断请求后，如果可以响应接收到此中断请求后，如果可以响应此中断，则会暂停现在正在进行的工作，响应此请此中

46、断，则会暂停现在正在进行的工作，响应此请求，得到此中断的中断类型码，根据此类型码，在求，得到此中断的中断类型码，根据此类型码，在中断向量表中取得中断服务程序的入口地址，执行中断向量表中取得中断服务程序的入口地址，执行此中断服务程序，进行数据的交换，完成后，返回此中断服务程序，进行数据的交换，完成后，返回到被打断的程序继续原来的工作。到被打断的程序继续原来的工作。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6363复习题题解复习题题解(一一)：n7.7简述利用查询方式实现外设数据输入的过简述利用查询方式实现外设数据输入的过程程 首先查

47、询外部设备的状态，当外部设备没有准首先查询外部设备的状态，当外部设备没有准备好时，备好时，CPU继续等待并查询外设的状态，只继续等待并查询外设的状态，只有外部设备准备好时，才能交换信息。有外部设备准备好时，才能交换信息。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6464复习题复习题(一一)：n7.8 IO接口的编址方式可分为接口的编址方式可分为 、两种方式。两种方式。n7.9主机、外设不能并行工作的输入主机、外设不能并行工作的输入/输出方式输出方式是是()。20222022年年1212月月7 7日星期三日星期三中北大学中北大学微机原理及接口技术微机原理及接口技术6565复习题题解复习题题解(一一)：n7.8 IO接口的编址方式可分为接口的编址方式可分为 IO接口单接口单独编址独编址 、与存储器统一编址与存储器统一编址 两种方式。两种方式。n7.9主机、外设不能并行工作的输入主机、外设不能并行工作的输入/输出方式输出方式是是(程序查询方式程序查询方式 )。