接口工作方式

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 接口工作方式,史 先 俊,1,要点,接口的两面性,接口与外设的数据传送方式,接口与,CPU,间的数据传送方式,2,数据口,控制口,状态口,AB,DB,CB,CPU,I/O,接口,I/O,设备,数据,控制,状态,CPU,与外设通过,I/O,接口通信示意图,一、接口的两面性,3,一个输入输出过程可分为,CPU,I,O,接口,和,I,O,接口,外部设备,两个传输阶段,IO,接口中的端口按照接口设计的需要可分为,数据口、状态口、控制口,三类，某个接口可具备其中的,1,或多类端口 ，任一类端口也可以是,0-N,个,接口与,CPU,间是,内总线（各类主板上总线）,，接口与外设间是,外总线（设备总线）,接口一般并不是直接挂在,CPU,上，而是挂在主板上的各类总线上。各类总线是靠相应的接口芯片与,cpu,或更高级别的总线进行通讯的。但平时为叙述方便讲时依然如,3,说,如在,8086/286,系列微型机中，各类接口芯片都挂在系统总线上（是由,8288,总线控制器、,8282/3,地址锁存器、,8286,数据缓冲器等一起生成的）。,4,5,所有端口的访问是靠,CPU,的地址总线进行,外译码,选中接口芯片本身，并在接口芯片内通过,内译码,进行选择控制的。,所有端口和,CPU,间通过,数据总线,进行数据传输（并行通讯），并通过,控制总线,所确定的,读或写总线周期,来完成的。,接口与外设间的通讯根据外设本身的特点，可设置,数据、状态或控制信号线,。每类信号线可,0-n,根。一般串行通讯时较少，,并行通讯时较多。并行接口和串行接口的划分是以外总线的数据信号线串行或并行划分的。,6,二、,IO,接口与外设的数据传送方式,1.,无条件传送方式,外部设备始终是准备好的，能随时接收或提供数据。,例子：发光二极管、,LED,显示、开关量等,接口要求：寻址功能、缓冲功能。,第一章已讲过此类例子：,244,、,240,等,7,2.,同步传送方式,接口以某一确定的时钟速率和外设交换数据。是一种速度较高的数据传送方式,对外设要求：,它适用于中等以上数据传送速率和按规则间隔工作的外部设备,对接口要求：,确定数据传送的起始与停止，通常采用的是使用专门信息或作出某些规定。需要额外的时钟和同步控制硬件的支持。,举例：,对磁盘信息的读写，计算机外部的同步通信。以后要讲到的,DMA,方式、,8251,同步串行通讯等都采用此方式。,8,3.,应答方式,又称握手,(Hand shake),方式 ，或握手联络方式等。,对外设要求,：握手信号线,对接口要求,：握手信号线，相应的状态及控制端口，当然还有数据端口。有时还有与,CPU,间的中断请求,/,应答信号。,举例,：打印机接口就是采用应答方式实现与打印机的通讯。,8255A,方式,1,和,2,。,9,“Ready”,“Strobe”,I/O,接,口,I/O,设,备,CPU,并行接口,输入过程,握手信号线：,ready,和,strobe,Ready,有效时，外设将数据通过数据线送到,I/O,接口，同时通过握手线,Strobe,送“数据选通”信号（脉冲信号，有个跳变、上升沿,/,下降沿，不需要维持多长时间），接口给出,Ready,无效信号。,CPU,检查接口是否 “数据准备好”。,(,中断或查询等,),若 “数据准备好” ，则,CPU,读数据。,IOR_,信号有效,接口把“,Ready”,有效送往外设。告诉外设上一个数据已取走，可再送下一个数据。（,IOR_,使,Ready,有效）,10,输出过程：打印机接口,握手联络信号线,STROBE_/,状态线,BUSY,（,ACK_,也可）,STROBE,BUSY,ACK,11,SYN,SYN,SOH,标题,STX,数据块,ETB/ETX,块校验,同步串行通讯采用同步字符,异步串行采用起始位、停止位方式,串行接口,12,二、,CPU,与,IO,接口间数据传送方式,1.,无条件传送方式,简单,IO,方式。对应接口与外设间的无条件传送方式,对外设要求：,随时都能读、写数据,对接口要求：,输入接口：三态缓冲器,输出接口：输出锁存器,第一章已举例详细讲解,13,无条件方式的缺点：外设和接口大都不是总准备好的，速度也远低于,CPU,和接口。导致数据的,可靠性、可用性极低,。,定义：,在数据传送之前，对目标设备的状态进行查询，确知外设已做好了传送数据的准备时再进行数据传送，否则，,CPU,等待并持续不断地查询，一旦外设准备好，则立即进行读或写操作，这种方式称为查询传送方式。,对外设要求：,提供状态信息,对接口要求：,状态端口,2.,查询传送方式,14,测试,I/O,设备状态,准备就绪？,启动,执行数据传送,I/O,设备暂停,结束,N,Y,例如：输入程序,TEST:IN AL ,2:,将二号端口内容送于,AL .,AND AL,0010H;,为析取第四位而屏蔽其余各位,.,JZ TEST;,若忙,则转向,TEST,循环测试,.,IN AL, 1; 1,号端口数据输入至累加器,A;,15,外,设,74273,&,.,.,D0 D7,D0,IOR,A0,A7,A8,A15,IOW,O,.,.,74244,CP,D0,D7,O0,O7,BUSY,O,8,位缓冲器,8,位,D,锁存器,CP,负脉冲输出,上升沿锁存,状态,数据,MOV DX,，,00FFH,A1,：,IN AL,，,DX,AND AL,，,01H,JZ A1,MOV AL,，,data,OUT DX,，,AL,端口地址复用：状态口和数据口供用一个端口地址,00FFH,可用,TEST,语句,查询方式输出,：,16,3.,中断,查询方式缺点：,接口和,CPU,间串行工作，导致,CPU,利用率极低，大量反复的查询命令,CPU,查询时不能干别的事,查询多个不同速度的外设时，导致无科学的优先级控制机制。系统不具备实时性！,中断方式：,外部设备中断,CPU,的工作，使,CPU,停止执行当前程序，而去执行一个为外部设备的数据输入输出服务程序，该服务程序称为中断处理子程序或中断服务子程序。中断子程序执行完后，,CPU,又转回来执行原来的程序。被外界中断时，程序中下一条指令所在处称为断点，从中断服务程序返回时，从断点处继续执行被中断的程序。,17,在中断传送时，,CPU,和外设处在并行工作的状态下。,CPU,不必在两个输入输出过程之间对接口进行状态测试和等待，而可以去作别的处理，因为每当外部设备准备就绪时，会主动向,CPU,发中断请求，由此而进入一个传输过程。此过程完成后，,CPU,又可以执行别的任务，而不是处在等待状态，这样就大大提高了,CPU,的效率。,中断方式需要专门的中断控制接口芯片完成中断请求、中断屏蔽、优先级排队、向量提供、中断子程序地执行、中断结束、中断返回等。,8259A,18,4.DMA,中断方式的缺点,数据传送仍经过,CPU,执行中断处理子程序,=,浪费,中断向量的获取和转向需要花费额外的时间,进入和退出中断处理子程序需要断点、现场的保护和恢复，浪费了时间,=,与传输无关,进入中断和结束中断时，,CACHE,预取的指令全部作废需重取。,数据传送仍是字符方式，每次一个字,/,字节,总体上传输效率仍然低下！,19,DMA,：外部设备利用专门的接口电路,-DMA,控制器（,DMAC,）直接和存储器之间以数据块的形式进行高速的数据传送，数据并不经过,CPU,。,数据传输的速度基本上决定于外设和存储器的速度。,总线请求和应答：,8086CPU,的,HOLD HLDA,CPU,主,存,ACC,中断接口,DMA,接口,I/O,设,备,中断方式数据传送通路,输入指令,输出指令,DMA,方式数据传送通路,1.CPU,停机,2.,周期窃取（挪用）,=wintel,慢,3.,交替,注意：硬盘的,DMA,与,PIO,方式选择,20,5.,专用处理机,采用专门的,IO,处理机（带,CPU,等独立的系统）完成数据的输入或输出,一般的小型机系统对大型磁盘阵列（,1-20TB,10-100,块硬盘等）的访问采用专门的处理机完成。采用双通道存储器技术实现。,成本较高！,21,6.Burst mode DMA,Burst mode DMA,（突发模式、爆发模式）,:,高速的数据传输模式。 通常计算机系统在做存取动作时，必须先指定一个内存地址，再指定要执行的动作,(,如读取数据,),，若连续读取某一区段的内存地址,n,次，便需要指定内存地址、读取动作如此反复,n,次，而,burst mode,则能够使用指定一次内存地址，并连接一连串的读取动作,n,次，避免在每一次数据交换时，都要重新启始与确认的过程。以省去寻址的时间。,软盘、光盘、硬盘、,PCI,适配卡和内存的数据存取，在爆发模式（,Burst Mode,）下都有加乘效果。,BIOS,设定中，如果你看到有,Burst Mode,选项，一定要启动。当然你的主板和外设要有此模式,22,23,