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第6章 微型计算机的输入输出

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第6章 微型计算机的输入/输出 n CPU与外设通讯的特点 n 输入/输出方式 n CPU与外设通信的接口 n 8086CPU的输入/输出 一、 CPU与外设通信特点 1、通信特点 Ø需要有接口作为CPU与外设通讯的桥梁 ; Ø需要有数据信息传送之前的“联络”; Ø要传递的信息有三方面内容:状态、数 据及控制信息。 2、接口的用途 l进行地址译码或设备选择,以便使CPU 能与某一指定的外部设备通讯; l状态信息的应答,以协调数据传送之前 的准备工作; l进行中断管理,提供中断信号; l进行数据格式转换,如正负逻辑的转换 ,串行与并行数据转换等; l进行电平转换,如TTL电平与MOS电平 间的转换; l协调速度,如采用锁存、缓冲、驱动等 ; l时序控制,提供实时时钟信号。 3、I/O 端口的寻址方式 接口电路通常包含一组能够与处理器交换信 息的寄存器,称为I/O端口寄存器,简称为I/O端 口 1)数据端口——存放数据信息 2)状态端口——存放状态信息,即反映外设 当前工作状态的信息 3)控制端口——存放控制信息 1、 存储器映像的I/O寻址 存储单元和I/O端口的地址统一编址 2、I/O映像的I/O寻址 I/O端口地址与存储单元地址分开编址 二、 输入/输出方式 1、程序控制传送方式 (1)同步传送方式 (2) 异步查询方式 (3) 中断方式 2、直接存储器存取方式 Ø程序控制传送方式 n同步传送方式 CPU直接与外设传送数据并不需要了 解外设状态,认为外设已经准备就绪,直 接与外设传送数据 由于不查询外设状态,接口电路不需要 状态寄存器 n 异步查询方式 在执行输入输出前,要先查询接口中状态寄 存器的状态。 输入时,状态寄存器的状态指示要输入的数 据是否已经准备就绪; 输出时,状态寄存器的状态指示输出设备是 否空闲。 中断方式 当外设作好传送准备后,主动向CPU请求中 断,CPU响应中断后在中断处理程序中与外设交 换数据。 在中断未发生时,CPU可以执行其他程序,这 样可以提高CPU的利用率。 Ø直接存储器存取方式 (DMA) (Direct Memory Access) 。 在高速的外设或成块交换数据的情况,采用程 序控制方式进行数据的传输,是无法满足要求的 。在这种情况下,采用DMA方式。 DMA方式是在外设与内存间建立起直 接的通道,CPU不再直接参加外设和内存 间的数据传输。但系统需要进行DMA传输 时,将CPU对地址和数据及控制线的管理 权交由DMA控制器进行控制,当完成了一 次DMA数据传输后,再将这个控制权还给 CPU,这些工作都是由硬件自动实现的, 并不需要程序进行控制。 三、CPU与外设通信的接口 1、同步传送方式与接口 不查询外设状态,认为外设已经准 备就绪,直接与外设传送数据。 输入:缓冲器(如:74LS244) 输出:锁存器(如:74LS273) 2、异步传送方式与接口 必须查询外设状态,然后再决定 是否与外设传送数据。 查询方式的输入接口电路 查询方式的输出接口电路 查询方式的输出接口电路举例 四、 8086CPU的输入/输出 1、8086CPU的I/O指令 (1) 直接寻址输入/输出指令(八位端口地址) IN AL,n (字节输入) IN AX,n (字输入) OUT n,AL (字节输出) OUT n,AX (字输出) (2)DX寄存器间接寻址输入(十六位端 口地址) IN AL,DX (字节输入) IN AX,DX (字输入) OUT DX,AL (字节输出) OUT DX,AX (字输出) 2、有关端口地址问题 8086CPU与外设交换数据可以字或字节进行, 当以字节进行时,偶地址端口的字节数据由低8位 数据线D7~D0位传送,奇地址端口的字节数据由 高8位数据线D15~D8传送,当用户在安排外设的 端口地址时,如果外设是以8位的方式与CPU连接 ,就只能将其数据线或者与CPU的低八位或者与 高八位连接,这样同一台外设的所有寄存器端口 地址都只能是偶地址或是奇地址,这时设备的端 口地址就会是不连续的。
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