微型计算机原理

微型计算机原理,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,*,*,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,*,*,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,*,*,微型计算机原理,第,6,章 输入输出系统,6.1,概述,6.2,数据传送方式,6.3 I,O,端口地址译码与读写控制,2,微型计算机原理,端口分类,I/O,端口的地址译码,微型机与,I/O,设备的信息交换方式,3,4,微型计算机原理,不同类型的外设，需要配置不同功能的接口。接口功能根据需要有多种，复杂程度各不一样。,通常需要提供数据缓冲,信息格式的相容性变换,管理数据传送,进展地址译码选择设备,电气特性适配,中断管理,时序控制,等,6.1,概述,5,微型计算机原理,数据,状态,控制命令,从含义和功能上来看，数据信息、控制信息和状态信息是各不一样的，必须分别传送，各有通路，我们称这些通路为端口(PORT)，三种端口的集合就是接口。,6.1,概述,CPU,数据端口,控制端口,状态端口,外,部,设,备,接口电路,地址,数据,数据,状态,控制,6,微型计算机原理,三类信息分别有存放器缓冲器。,数据端口：双向传输,状态端口：单向输入,控制端口：单向输出,各端口可独立工作，可分别寻址。,6.1,概述,CPU,数据端口,控制端口,状态端口,外,部,设,备,接口电路,地址,数据,数据,状态,控制,7,(1)I/O端口和存储器统一编址,(2)I/O端口独立编址,统一编址,把外设接口与内存统一进展编址。各占据统一地址空间的不同局部。,优点,指令统一，灵活；,访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。,缺点,内存可用地址空间减小,0,地址空间,(,共,1MB),内存地址,(960KB),I/O,地址,(64KB),FFFFFH,EFFFFH,F0000H,微型计算机原理,6.1,概述,8,独立编址,外设地址空间和内存地址空间,相互独立,。,优点：内存地址空间不受,I/O,编址的影响,缺点：,I/O,指令功能较弱，使用不同的读写控制信号,00000H,内存地址空间,内存空间,(1MB),I/O,空间,(64KB),FFFFH,FFFFFH,I/O,地址空间,0000H,9,6.2.0,输入输出指令,直接的输入,/,输出指令,间接的输入,/,输出指令,直接的输入输出指令提供端口号。,如：,IN AL，50H；,将50,H,端口的字节读入,AL,IN AX，70H；,分别将70,H、71H,端口的内容读入,AL、AH,OUT 44H，AL；,将,AL,中的内容输出到44,H,端口,OUT 80H，AX；,将,AL、AH,中的内容分别输出到80,H、81H,两端口,6.2,数据传送方式,10,间接的输入输出指令,，地址由,DX,指出，如：,INAL，DX；,从,DX,所指的端口中读取,INAX，DX；,从,DX,和,DX+1,所指出的两个端口中读取,OUT DX，AL；,将,AL,中的字节输出到,DX,所指的端口中,OUT DX，AX；,将,AL,中的字节输出到,DX,所指的端口,中，同时将,AH,中的字节输出到,DX+1,所指的端口中,6.2,数据传送方式,11,输入输出指令注意点：,只能用累加器作为执行输入输出的机构,寻址范围：,直接输入输出指令为0255,间接输入输出指令为065 535。,6.2,数据传送方式,12,微型计算机原理,CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:,1数据信息,又分为：,数字量,模拟量,开关量,2状态信息,3控制信息,13,6.2.1 无条件传送方式,这是一种简单的数据传送方式，适用于任何时候均处于“准备就绪 状态的外部设备，CPU可以随时执行I/O指令来完成数据传送操作。,适用于总是处于准备好状态的外设,优点：软件及接口硬件简单,缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄,14,6.2.2 条件传送方式程序查询方式,查询方式的三个环节：,CPU从接口中读取状态字,CPU检测状态字,传送数据,15,RD,接,D,7,查询方式输入,16,SCAN:MOVDX,S_ADDR,INAL,DX,TESTAL,80H,JZSCAN,MOVDX,D_ADDR,INAL,DX,D_PORT,S_PORT,接口,17,接,D,0,“0”,为空闲,READY,查询方式输出,18,将数据端口和状态端口共用一个，用,SD_ADDR,表示,SCAN:MOVDX,SD_ADDR;,状态、数据共用端口,INAL,DX,TESTAL,1,JNZSCAN,MOVAL,DATA,OUTDX,AL,接口,D_PORT,S_PORT,19,适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。,CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态“你准备好没有？,对外设的要求：应提供设备状态信息,对接口的要求：需要提供状态端口,优点：软件比较简单,缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，,速度较慢,20,CPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进展数据传送时才中断CPU正在进展的工作，让CPU来为其效劳。即CPU在没有外设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CPU的利用率。,优点：CPU效率高，实时性好，速度快。,缺点：程序编制较为复杂。,6.2.3,中断方式数据传送,21,6.2.4 DMA数据传送方式(Direct Memory Access),DMA控制方式是一种完全由硬件DMA控制器完成输入/输出操作的工作方式，称为直接存储器存取控制方式。,DMA从CPU处接收系统总线的控制权，使存储器与高速外设之间直接进展数据交换，即外设数据可以直接写入存储器，存储器中的数据可直接读出送给外设，大大加快了数据传送的速度。,22,微型计算机原理,1、设状态端口地址为60,H，,数据端口地址为61,H，,外部输入信息准备好状态标志位,D,0,=1，,请用查询方式写出读入外部数据的程序段。,程序段:,WT1：IN AL，60H ；,从状态端口读入状态信息,AND AL，01H ；,判断,D,0,=1?,JZ WT1 ；D,0,=0，,返回再读状态信息,IN AL,，61H ；D,0,=1，,从数据端口读入,解：分析：这是查询输入。流程图：,23,2、设状态端口地址为086,H，,数据端口地址为085,H，,外设忙碌状态,D,7,=1，,请用查询方式写出,CPU,从存储器缓冲区,Buffer,送出1,000B,的数据给外设的程序段。,解：分析，这是查询输出。,要求输出1,000,字节，流程图：,24,LEA SI,Buffer；取Buffer的有效地址送SI,MOV CX,1000；循环次数,W1:MOV DX,086H；状态端口地址送DX,IN AL,DX ；从状态端口读入状态信息,AND AL，80H ；BUSY=0?,JNZ W1 ；BUSY=1，返回等待,MOV AL,SI ；BUSY=0，取数据,MOV DX,085H；数据端口送DX,OUT DX,AL ；数据从数据端口输出,INC SI；SI指向下一个字节数据,LOOP W1 ；CX-1送CX0，循环,HLT ；CX=0，传送完毕,25,微型计算机原理,、A15 A0,OUT指令将使总线的 信号有效,IN指令将使总线的 信号有效,AEN为“地址允许信号，ISA总线控制信号，和地址总线一起参加译码。,例如：某外设接口有4个端口，地址为2F0H2F3H，那么其基地址为2F0H，由A15A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。,6.3 I/O,端口地址译码与读写控制,26,微型计算机原理,27,对,1#,端口的读操作指令,MOVDX,34EH,INAL,DX,对,2#,端口的写操作指令,MOVDX,34EH,OUTDX,AL,28,微型计算机原理,29,微型计算机原理,83FCH,83FFH,译码器,K,6,K,7,+5V,I,0,I,3,D,0,-,D,7,DO,0,DO,7,74LS244,E,1,E,2,1,A,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,A,8,A,9,A,10,A,11,A,12,A,13,A,14,A,15,IOR,系,统,总,线,信,号,1,K,5,K,4,K,3,K,2,K,1,K,0,I,1,I,2,I,4,I,5,I,6,I,7,30,锁存器：由,D,触发器构成,通常一个器件包含,8,个,D,触发器,常用芯片：,74LS273,、,74LS374,应用例子：发光二极管接口,微型计算机原理,译,码,器,=1,=1,.,.,.,.,.,.,.,.,.,+5V,R,D0,D7,CP,Q0,Q7,.,.,.,D0,D7,A0,A15,IOW,74LS273,R,31,微型计算机原理,根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号,共阳极7段数码管构造,用74LS244作为输入口，读入开关K0K3的状态,74LS244的地址假设为F1H,用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管,74LS273的地址假设为F0H,当开关的状态分别为00001111时，在7段数码管上对应显示0F,(7段码表见下页),32,微型计算机原理,符号,形状,7,段码,.gfedcba,符号,形状,7,段码,.gfedcba,0,8,1,9,2,A,3,B,4,C,5,D,6,E,7,F,33,F0H=0000 0000 1111 0000,F1H=0000 0000 1111 0001,O1 I1,O2 I2,O3 I3,O4 I4,E1,K0,K3,+5V,G,G2A,G2B,C,B,A,1,74LS244,D0 Q0,|Q1,D7 Q2,Q3,Q4,CP Q5,Q6,Q7,a,b,c,d,e,f,g,DP,7406,8,个,反相器,74LS273,Rx8,1,74LS138,D0,D7,IOW,IOR,Y0,Y1,&,1,A7,A4,A15,A8,A3,A2,A1,A0,D0,D1,D2,D3,译码电路,34,相应程序段如下：,Seg7DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,DB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,LEABX,Seg7；取7段码表基地址,MOVAH,0,GO:MOVDX,0F1H；开关接口的地址为F1H,INAL,DX；读入开关状态,ANDAL,0FH；保存低4位,MOVSI,AX；作为7段码表的表内位移量,MOVAL,BX+SI；取7段码,MOVDX,0F0H；7段数码管接口的地址为F0H,OUTDX,AL,JMPGO,35,例：用查询方式进展输出,外设状态端口地址为3FBH，第5位(bit5)为状态标志=1忙，=0准备好,外设数据端口地址为3F8H，写入数据会使状态标志置1；外设把数据读走后又把它置0。,试画出其电路图。电路图见下页,36,D5,D7-D0,A9,|,A3,1,&,A15,|,A10,1,IOW,D7-D0,3F8H,外设,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,BUSY,CP,Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0,状态端口,G,G2A,G2B,C,B,A,A2,A1,A0,74LS138,Y0,1,IOR,Y3,OE,74LS374,CP,Q,Q,D,S,STROBE,3FBH,37,微型计算机原理,38,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,