第一讲:
第六章I/O接口原理-接口、端口、编址
回顾:微机系统的层次结构,CPU、主机、接口电路及外部设备之间的结构关联,输入/输出的一般概念。 重点和纲要:微机系统主机与外部设备之间的数据传送,包括I/O端口的寻址方式,输入/输出的传送控制方式。 讲授内容:
6. 1 输入/输出数据的传输控制方式
一、输入/输出的一般概念
1.引言
输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。输入/输出设备称为外部设备,与存储器相比,外部设备有其本身的特点,存储器较为标准,而外部设备则比较复杂,性能的离散性比较大,不同的外部设备,其结构方式不同,有机械式、电动式、电子式等;输入/输出的信号类型也不相同,有数字信号,也有模拟信号;有电信号,也有非电信号;输入/输出信息的速率也相差很大。因此,CPU与外部设备之间的信息交换技术比较复杂。 CPU与外设之间的信息交换,是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的,由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同,方向不同,作用也不一样(例如数据信息、状态信息、控制信息、输入/输出等),所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
2.输入/输出端口的寻址方式
微机系统采用总线结构形式,即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件(包括CPU、内存、I/O端口),CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的,如何区分不同的内存单元和I/O端口,是输入/输出寻址方式所要讨论解决的问题。
根据微机系统的不同,输入/输出的寻址方式通常有两种形式:(1).存储器对应的输入、输出寻址方式
这种方式又称为存储器统一编址寻址方式或存储器映象寻址方式。
方法:把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待,每一个I/O端口都有一个确定的端口地址,CPU与I/O端口之间的信息交换,与存储单元的读写过程一样,内存单元与I/O端口的不同,只在于它们具有不同的的地址。优点:
①CPU对I/O端口的读/写操作可以使用全部存储器的读/写操作指令,也可
以用对存储器的不同寻址方式来对I/O端口中的信息,直接进行算术、逻辑运算及循环、移位等操作。
②内存与外设地址的分配,可以用统一的分布图。
③不需要专门的输入、输出操作指令。
缺点:
①内存与I/O端口统一编址时,在地址总线根数一定的情况下,使系统中
实际可以直
接寻址的内存单元数减少。
②一般情况下,系统中I/O端口数远小于内存单元数,所以在用直接寻址方
式来寻址这些端口时,要表示一个端口地址,必须用与表示内存单元地址相同的字节数,使得指令代码较长,相应地读/写执行时间也较长,这对提高系统的运行速度是不利的。
Mortorol a公司的M6800CPU等均采用这种寻址I/O端口的方式。
3. CPU与外设之间所传送的信息类型
CPU与I/O端口之间所交换的信息,可以有下列几种类型:
①数据信息:包括数字量、模拟量、开关量等,可以输入、也可以输出
②状态信息:这是I/O端口送给CPU的有关本端口所对应的外设当前状态
的信息。供CPU进行分析、判断、决策。
③控制信息:这是CPU送给I/O端口的控制命令,使相应的外部设备完成特
定的操作。阵列天线
数据信息、状态信息和控制信息是不同类型的信息,它们所起的作用也不一样。但在8086/8088微机系统中,这三种不同类型的信息的输入、输出过程是相同的。为了加以区分,可以使它们具有不同的端口地址,在端口地址相同的情况下,可以规定操作的顺序,或者在输入/输出的数据中设置特征位。
背光片二、CPU与外设之间输入/输出数据的传输控制方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有三种:程序方式、中断方式和DM A方式。
1.程序方式
指用输入/输出指令,来控制信息传输的方式,是一种软件控制方式,根
据程序控制的方法不同,又可以分为无条件传送方式和条件传送方式。
①无条件传送方式
条件:利用程控方式与外设交换信息时,如果输入/输出的时刻,都可以保证外设总是处于“准备好”状态,则可以直接利用输入/输出指令进行信息的输入/输出操作。
图5-1
如图5-1,从硬件电路上来看:
输入:加三态缓冲器(控制端由地址译码信号和信RD号选中,CPU用IN指令)输出:加锁存器(控制端由地址译码信号和信W R号选中,CPU用OUT指令)这种方式下的硬、软件设计都比较简单,但应用的局限性较大,因为很难
保证外设在每次信息传送时都处于“准备好”状态,一般只用在诸如开关控
制、七段数码管的显示控制等场合。
②条件传送方式
又称查询方式,即通过程序查询相应设备的状态,若状态不符合,则CPU不能进行输入/输出操作,需
要等待;只有当状态信号符合要求时,CPU才能进行相应的输入/输出操作。
一般外设均可以提供一些反映其状态的信号,如对输入设备来说,它能够提供“准备好”(“READY”)信号,“READY”=1 表示输入数据已准备好。输出设备则提供“忙”(“BUSY”)信号,“BUSY”=1
表示当前时刻不能接收CPU来的数据,只有当
“BUSY”=0时,才表明它可以接受来自于CPU
的输出数据。
lncrna引物设计
过程:
输入操作的程序流程如图5-2所示:
对READY的状态查询,是通过读状态端口的
相应位来实现的,输出的情况亦大致相同,这种
传送控制方式的最大优点是,能够保证输入/输出数据的正确性。
✧输入接口
以输入设备将数据送入锁存,发选通信号开始,→READY=1→CPU查询(读
READY)→读数据→清除READY。见图5- 3 图5-2
✧输出接口
CPU送数据至锁存器,发选通信号,→a。通知外设取数据;→b。BUSY→输
出设备取完数据→ACK→清BUSY→CPU查询。见图5-4
图5-3
图5-4
例1 假设从某输入设备上输入一组数据送缓冲区,接口电路如图5-3,若缓冲区
已满则输出一组信息“BOFFEROVERFLOW”,然后结束。设该设备的启动地
址为0FCH,数据端口为0F8H,状态端口为FA H。
程序如下:
DA TA SEGMENT
MESS1 DB “BUFFEROVERFLO W”,“$”
BUFF DB 60 DUP(?)
DA TA ENDS
20kv高压直流电源CODE SEGMENT
ASSUMECS:CODE,DS:DA TA
START:MOV AX,DA TA
聚氨酯墙板
MOV DS,AX
MOV BX,OFFSETBUFF;送缓冲区指针
MOV CX,60;送计数初值
OUT 0FCH,AL;启动设备
mnccW AIT:IN AL,OFAH;查询状态,若为0,则等待 TEST AL,01H
JZ WAIT
IN AL,0F8H;输入数据
MOV [BX],AL
INC BX
LOOP W AIT;检测缓冲区是否满,不满再输入
MOV DX,OFFSETMESS1;缓冲区满,输出标志字符串
MOV AH,09H
INT 21H
MOV AH,4CH
INT 21H
CODE ENDS
END START
优先级问题
当CPU需对多个设备进行查询
时,就出现了所谓的优先级问题
,即究竟先为哪个设备服务,一
般来讲,在这种情况下都是采用
轮流查询的方式来解决,如图5-5
所示
这时的优先级是很明显的,即先查图5-5
询的设备具有较高的优先级。但这种优先级管理方式,也存在着一个问题,即某设备的优先级是变化的,如当为设备B服务以后,这时即使A已准备好,它也不理睬,而是继续查询C,也就是说A的优先地位并不巩固(即不能保证随时处于优先)。为了保证A随时具有较高的优先级,可采用加标志的方
法,当CPU 为B服务完以后,先查询A是否准备好,若此时发现A已准备好,立即转向对A的查询服务,而不是为C设备服务。