第七章微型计算机与外设的

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,第七章 微型计算机和外设的数据传输,7.1 接口的基本概念,7.2 CPU,与输入/输出设备之间的信号,7.3 接口部件的I/O端口,7.4 CPU和外设之间的数据传送方式,7.1 接口的基本概念,1,.,接口的概念,数据总线,控制总线,地址总线,数据线,控制线,状态线,接口电路,外部设备,外设必须通过接口电路与CPU相连接,7.1 接口的基本概念,1,.,接口的概念,I/O接口包括接口电路和接口技术两部分。,接口电路一般指通用的接口芯片，泛指所有接口，接口电路是计算机与外设之间传送信息的部件。,接口技术则指接口电路的（软、硬件）应用设计，是专门研究CPU和外设之间的数据传送方式、接口电路的工作原理和使用方法的。,2.接口电路的功能,1、,数据缓冲作用,2、CPU对外设的寻址功能,3、数据转换功能 串并,4、传递CPU与外设的控制类信息,7.2 CPU输入/输出设备之间的信号,CPU和I/O设备之间的信号分类,数据信息,数字量,模拟量,开关量,状态信息：,反映当前外设所处的状态,对于输入设备来说，用READY信号来标明待输入的数据是否准备就绪。对于输出设备来说，用BUSY信号来表示输出设备是否处于空闲状态。,控制信息：,CPU发送给外设的,如外设的启动信号和停止信号就是常见的控制信息。,7.3 接口部件的 I/O 端口,1.I/O端口,每个接口部件都包含一组寄存器，一般称这些寄存器I/O端口。,2.CPU以访问端口的形式来访问接口。,数据端口:,为传递的数据提供缓冲锁存,状态端口:,用来保存设备和接口的状态信息,供CPU查询,命令端口:,用来保存CPU发出的命令，以控制接口与外部设备的执行动作,.,3.I/O,端口的编址方式,I/O端口与存储单元统一编址,I/O端口独立编址,PC系列,机采用I/O端口独立编址方式,Port 65535,Port 255,Port 3,Port 2,Port 1,Port 0,Port 0(16位),Port 1(16位),Port 0(32位,),PC系列机中接口电路的地址：,PC系统只使用其低10根地址线即,A,9,-A,0,，所以实际PC机使用了1K（1024）个端口地址。这些地址分为两类：,1、系统主板上的I/O芯片。,2、I/O扩展槽（SLOT）上的接口适配器占有的地址。,A,15,A,10,A,9,A,8,A,7,A,6,A,5,A,4,A,3,A,2,A,1,A,0,未使用 可以定512个地址,A,9,=0 表示系统板上I/O芯片地址,A,9,=1 表示扩展槽I/O芯片地址,.,4.端口的寻址,把端口地址放在DX寄存器中，对该端口进行读写,。可寻址的端口号为065535(FFFFH),IN AL,DX,OUT DX,AL,端口地址小于或等于FFH(255)，可以用立即数表示端口地址,IN AL,42H,OUT 43H,AL,7.4 CPU和外设之间的数据传送方式,程序方式,无条件传送方式,条件传送方式（查询方式传送）,中断方式（程序中断控制I/O方式）,DMA方式（DMA控制I/O方式）,7.4.1 程序方式,程序方式传送是指在程序控制下进行信息传送，又可分为无条件传送和条件传送方式。,1.无条件传送方式,若程序员能够确信一个外设已经准备就绪，那就不必查询外设的状态而进行信息传输，这称为无条件传送方式。,在无条件传送方式下，程序设计较简单。这种方式用得较少，只用在对一些简单外设的操作，如开关、七段显示管等。,2.条件传送方式（查询方式传送）,CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态，根据外设的工作状态控制外设的输入/输出，即查询方式。,对于条件传送方式来说，一个数据传送到 接口的过程由3个环节组成：,CPU从接口中读取状态字,CPU检测状态字的对应位是否满足“就绪”条件，如果不满足，则回到前一步读取状态字。,如状态字表明外设已处于“就绪”状态，则传送数据。,查询方式流程图,主程序,测试I/O,设备状态,就绪否,？,执行I/O操作,数据传送完否?,结束,N,Y,Y,N,查询方式举例,TEST:IN AL,30H;地址为30H的端口内容送AL,TEST AL,10H;检测第4位的状态,JZ TEST;若忙，则继续测试,IN AL,23H;否则，读数据端口,查询方式特点,通过查询实现CPU与外设间的同步联络,CPU和外设串行工作,接口电路简单,CPU使用率不高，用CPU的等待实现与外设的同步,7.4.2 中断方式（程序中断控制I/O方式）,中断传送方式就是外部设备中断CPU的工作，使CPU停止执行当前程序，而去执行一个数据输入/输出的程序（该程序称为中断处理子程序或中断服务子程序）。中断子程序执行完毕后，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。,1.中断传送方式的原理,当外设数据准备就绪时，会主动向CPU发出中断请求信号，而CPU在每条指令执行完以后，会检查外部是否有中断请求信号，如果有中断请求，那么在中断允许标志为1的情况下，CPU保留下一条指令的地址和当前的标志，转到中断服务程序去执行。,a.数据传送,b.中断响应,c.中断请求,CPU,接口,外,设,。,中断系统:,实现中断功能而设置的各种硬件和软件，统称为中断系统,。,中断源:,引起中断的原因或发出中断申请的来源，称为中断源,外部设备请求中断。键盘、打印机等。,数据通道中断源。如磁盘、磁带等。,软件设置的中断源。在程序中，用中断指令而产生的中断。,故障请求中断。电源掉电、存储器出错或运算溢出故障时，发出中断请求。CPU转去执行故障处理程序，如启动备用电源、报警等。,为调试程序而设置的中断源。调试程序时，在程序中设置断点或单步执行方式，这些可以由中断系统来实现。,。,2.中断用途,解决快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾,实时处理,实时系统中现场参数的变化随时申请中断请求,故障处理：,电源掉电、存储器出错或运算溢出,分时操作:,CPU和多个外设同时工作,3.中断处理过程,一个完整的中断过程由中断请求、中断判优及屏蔽、中断响应、中断处理及中断返回五个部分组成。,中断响应过程：,关中断-保护断点、标志寄存器 -形成中断服务程序的人口地址,中断处理：保护现场-开中断-中断服务-关中断-恢复现场-开中断,4.中断嵌套,当CPU正在响应某一中断源的请求，执行为其服务的中断服务程序时，如果有优先级更高的中断源发出请求，CPU将中止正在执行的中断服务程序而转入为新的中断源服务，等新的中断服务程序执行完后，再返回到被中止的中断服务程序，这一过程称为中断嵌套。,中断的优先级与中断嵌套,1#中断请求,响应,1#中断,服务程序,2#中断请求,响应,2#中断,服务程序,3#中断请求,响应,3#中断,服务程序,原主程序,中断优先级3#2#1#,中断嵌套可以有多级，具体级数原则上不限，只取决于堆栈深度,。,7.4.3 DMA方式（DMA控制I/O方式）,DMA=Direct Memory Access直接存储器访问,DMA,方式是一种由专门的硬件电路执行I/O的数据传送方式，它可以让外设与外设之间、外设与内存之间直接进行高速的数据传送，而不必经过CPU。这种专门的硬件电路称为DMA控制器，简称DMAC。,原理示意图,外设接口,存储器,CPU,IN,OUT,MOV BX,AL,MOV AL,BX,输出,输入,读,写,请求与应答,DMAC,第七章 思考题,1.为什么有时候可以使两个端口对应一个地址?,2.查询式传送方式有什么优缺点?中断方式为什么能弥补查询方式的缺点?,