1、1第7章教學要求了解了解為什么要用接口電路為什么要用接口電路輸入輸出尋址方輸入輸出尋址方 式式掌握掌握CPU與與I/O設備之間的接口信息設備之間的接口信息CPU與外設數據與外設數據傳送方傳送方式的類型與原理式的類型與原理第7章本章內容7.1 概述概述7.2 CPU與外設數據傳送的方式與外設數據傳送的方式7.3 DMA控制器控制器第7章7.1 概述概述外設為什么一定要通過外設為什么一定要通過接口接口電路電路和主機總線相連？和主機總線相連？接口：接口：連接計算機和連接計算機和I/O設備的部件。設備的部件。接口一般做成插卡插在系統總線擴展插槽中。接口一般做成插卡插在系統總線擴展插槽中。第7章1、高速

2、、高速CPU與低速外設間的速度矛盾；與低速外設間的速度矛盾；2、主機數字信號與外設模擬信號的矛盾；、主機數字信號與外設模擬信號的矛盾；3、CPU與外設間信號形式的矛盾。與外設間信號形式的矛盾。有些外設的信息是并行的，有些外設的信息是串行的，有些外設的信息是并行的，有些外設的信息是串行的，而而CPU只能接收和發送并行信息。只能接收和發送并行信息。外設通過接口電路和主機總線相連的原因外設通過接口電路和主機總線相連的原因第7章7.1.1 輸入輸出的尋址方式輸入輸出的尋址方式1、存儲器對應輸入輸出方式、存儲器對應輸入輸出方式外設接口中可被主機直接訪問的寄存器。一外設接口中可被主機直接訪問的寄存器。一個

3、端口的寄存器是個端口的寄存器是8位位的。的。每一個外設端口占有存儲器的一個地址。內存和每一個外設端口占有存儲器的一個地址。內存和外設端口進行統一編址，只有一個統一的地址空外設端口進行統一編址，只有一個統一的地址空間。間。端口的編號。端口的編號。端口：端口：端口地址：端口地址：第7章65F302 0024E0內存與外設內存與外設內存內存外設外設026D優點優點：CPU對外設的操作可使對外設的操作可使用全部的存儲器操作指令，尋用全部的存儲器操作指令，尋址方式多，使用方便靈活。址方式多，使用方便靈活。缺點缺點：由于外設占用了存：由于外設占用了存儲單元的地址，使內存的儲單元的地址，使內存的 容量減小，

4、同時，程序的容量減小，同時，程序的可讀性下降。可讀性下降。如：將如：將bX內容送到內容送到kou1端口端口mov kou1,bx存儲器對應輸入輸出方式存儲器對應輸入輸出方式(續續 )第7章2、端口尋址的輸入輸出方式、端口尋址的輸入輸出方式建立兩個地址空間，一個為內存地址空間，一個為建立兩個地址空間，一個為內存地址空間，一個為外設地址空間。為確保控制總線發出正確的控制信號，外設地址空間。為確保控制總線發出正確的控制信號，系統提供了專用于和系統提供了專用于和I/O端口通信的輸入端口通信的輸入/輸出輸出（IN/OUT）指令。）指令。第7章65F302 00外設外設112233 44113232 01

5、內存內存第7章7.1.2 CPU與與I/O設備之間的接口信息設備之間的接口信息1、數據信息、數據信息以二進制形式表示的數或以以二進制形式表示的數或以ASCII碼表示的數或字符。碼表示的數或字符。數值和時間上都能連續變化的信號。數值和時間上都能連續變化的信號。只有兩個狀態（只有兩個狀態（1和和0）的量，用一位二進制數即可表示。）的量，用一位二進制數即可表示。（1）數字量）數字量（2）模擬量）模擬量（3）開關量）開關量第7章如：輸入設備如：輸入設備“準備好準備好”(READY)信號信號 輸出設備輸出設備“忙忙”（BUSY）信號）信號2、狀態信息、狀態信息反映當前外設的所處工作狀態，是反映當前外設的

6、所處工作狀態，是外設通過接口往外設通過接口往CPU傳送傳送的。的。CPU與與I/O設備之間的接口信息（續）設備之間的接口信息（續）第7章3、控制信息、控制信息控制信息是控制信息是CPU通過接口傳送給外設通過接口傳送給外設的，的，CPU通通過發送控制信息控制外設的工作。過發送控制信息控制外設的工作。如：外設的啟動信號、停止信號就是常見的控制信息如：外設的啟動信號、停止信號就是常見的控制信息 CPU與與I/O設備之間的接口信息（續）設備之間的接口信息（續）第7章 數據數據的含義是廣義的，它可以是真正的數據，的含義是廣義的，它可以是真正的數據，也可以是指令代碼或狀態信息，有時甚至是一也可以是指令代碼

7、或狀態信息，有時甚至是一個控制信息。個控制信息。 狀態狀態信息作為一種輸入數據，控制信息作為信息作為一種輸入數據，控制信息作為一種輸出數據，通過一種輸出數據，通過數據總線數據總線傳送。傳送。關于接口信息的兩點說明關于接口信息的兩點說明第7章接口部件的接口部件的I/O端口：端口：數據端口數據端口控制端口控制端口狀態端口狀態端口第7章用于對來自用于對來自CPU和內存的數據或者送往和內存的數據或者送往CPU和和內存的數據起緩沖作用的，這些端口叫內存的數據起緩沖作用的，這些端口叫數據端數據端口口。用來存放外部設備或者接口部件本身的狀態，用來存放外部設備或者接口部件本身的狀態，稱為稱為狀態端口狀態端口，

8、是，是只讀只讀端口。端口。用來存放用來存放CPU發出的命令，以便控制接口和發出的命令，以便控制接口和設備的動作，這類端口叫設備的動作，這類端口叫控制端口控制端口，是，是只寫只寫端口。端口。接口部件的接口部件的I/O端口（續）端口（續）第7章CPU對外設的訪問實際上是對對外設的訪問實際上是對I/O接口電接口電路中相應端口的訪問。路中相應端口的訪問。輸入的真實含義輸入的真實含義: 從指定的端口傳送數據從指定的端口傳送數據到到CPU的累加器中（的累加器中（AL或或AX）。）。輸出的真實含義輸出的真實含義:把把CPU累加器（累加器（AL或或AX）的內容傳送到指定的端口。的內容傳送到指定的端口。第7章注

9、：注：不管輸入還是輸出，所用到的地址總是不管輸入還是輸出，所用到的地址總是對對端口端口而言的，不是對接口部件而言的。而言的，不是對接口部件而言的。關于關于I/O端口的幾點說明端口的幾點說明 CPU尋址的是端口，而不是籠統的外設！尋址的是端口，而不是籠統的外設！（2）CPU對外設的輸入對外設的輸入/輸出操作歸結為對接口輸出操作歸結為對接口芯片各芯片各端口的讀端口的讀/寫操作寫操作。 第7章CPU與外設之間的接口與外設之間的接口第7章7.1.3 CPU的輸入輸出時序的輸入輸出時序第7章7.1.4 CPU與接口電路之間數據傳送的形式與接口電路之間數據傳送的形式并行通信并行通信-數據的各位同時傳送。數

10、據有多少位就數據的各位同時傳送。數據有多少位就需要有多少條傳輸線需要有多少條傳輸線CPU與外設的信息交換稱為通信。與外設的信息交換稱為通信。串行通信串行通信-數據一位一位順序傳送。只需要一條傳數據一位一位順序傳送。只需要一條傳輸線輸線第7章7.1.5 IBM-PC與外設的接口以及現代與外設的接口以及現代PC機機的外設的接口的外設的接口第7章7.2 CPU與外設數據傳送的方式與外設數據傳送的方式查詢傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式中斷傳送方式直接數據通道傳送直接數據通道傳送第7章外設已準備好，不查詢外設的狀態。輸入時，總認外設已準備好，不查詢外設的狀態。輸入時，總認為外設已經將可用的數據放到了得

11、了端口中。輸出為外設已經將可用的數據放到了得了端口中。輸出時，總認為外設已經做好了接收數據的準備。時，總認為外設已經做好了接收數據的準備。程序簡單，硬件省，但要求外設較嚴，較少使用，只程序簡單，硬件省，但要求外設較嚴，較少使用，只用在對一些簡單外設的操作，如用在對一些簡單外設的操作，如開關，七段顯示管開關，七段顯示管等。等。第7章通過程序查詢相應設備的狀態，若狀態不符合，通過程序查詢相應設備的狀態，若狀態不符合，則則CPU不能進行輸入不能進行輸入/輸出操作，需要等待；只輸出操作，需要等待；只有當狀態信號符合要求時，有當狀態信號符合要求時，CPU才能進行相應才能進行相應的輸入的輸入/輸出操作輸出

12、操作。7.2.1 查詢傳送方式查詢傳送方式第7章CPU通過執行程序不通過執行程序不斷地讀取并測試外設斷地讀取并測試外設的狀態，如果外設處的狀態，如果外設處于準備好狀態，則于準備好狀態，則CPU執行輸入指令，執行輸入指令，否則就等待。否則就等待。1、查詢式輸入、查詢式輸入 查詢式輸入程序流程圖查詢式輸入程序流程圖輸入狀態信息輸入狀態信息READY=1？Y（準備好）（準備好）N輸入數據輸入數據第7章STATUS_PORTDATA_PORTPOLL:IN AL，STATUS_PORT；從狀態端口輸入狀態信息；從狀態端口輸入狀態信息 TEST AL，80H ；檢查；檢查READY是否為是否為1 JEP

13、OLL ；未；未READY，循環，循環 INAL，DATA_PORT；READY，從數據端口輸入數據，從數據端口輸入數據第7章2、查詢式輸出、查詢式輸出CPU通過執行程通過執行程序不斷地讀取并序不斷地讀取并測試外設的狀態，測試外設的狀態，如果外設處于空如果外設處于空閑狀態，則閑狀態，則CPU執行輸出指令，執行輸出指令，否則就等待。否則就等待。輸入狀態信息輸入狀態信息BUSY=1？輸出數據輸出數據NY（忙）（忙） 查詢式輸出程序流程圖查詢式輸出程序流程圖第7章DATA_PORTSTATUS_PORTPOLL:IN AL，STATUS_PORT；從狀態端口輸入狀態信息；從狀態端口輸入狀態信息TES

14、T AL，80H ；檢查；檢查BUSY位位JNEPOLL ；BUSY則循環等待則循環等待MOV AL，STORE ；否則，從緩沖區取數據；否則，從緩沖區取數據OUTDATA_PORT，AL；從數據端口輸出；從數據端口輸出第7章查詢傳送方式的優、缺點查詢傳送方式的優、缺點優點：適應性較好，不要求優點：適應性較好，不要求CPU與外設是同步與外設是同步的，較簡單，使用方便。的，較簡單，使用方便。缺點：缺點：CPU與外設不能并行工作，與外設不能并行工作，CPU的效率的效率低，外設得不到及時響應。低，外設得不到及時響應。第7章7.2.2 中斷傳送方式中斷傳送方式為什么要采用中斷傳送方式為什么要采用中斷傳

15、送方式? 第7章啟動外設啟動外設外設的數據已存入輸入端口的數據寄存器；或端外設的數據已存入輸入端口的數據寄存器；或端口的數據輸出寄存器已空口的數據輸出寄存器已空外設通過接口電路向外設通過接口電路向CPU發出中斷請求信號發出中斷請求信號 CPUCPU接受到中斷請求信號，接受到中斷請求信號，暫停暫停現行程序現行程序CPUCPU執行中斷服務程序，執行輸入輸出操作執行中斷服務程序，執行輸入輸出操作中斷服務程序結束，中斷服務程序結束，返回原來程序返回原來程序 中斷傳送方式的原理中斷傳送方式的原理第7章中斷傳送方式的優、缺點中斷傳送方式的優、缺點優點：系統的工作效率高，優點：系統的工作效率高，CPU、I/

16、O設備可以并設備可以并行工作，外設可以主動向行工作，外設可以主動向CPU請求，能夠得到請求，能夠得到CPU的及時響應。的及時響應。缺點：每次傳送數據，缺點：每次傳送數據，CPU都要做許多都要做許多額外的工作，傳送速度仍然不是很快。額外的工作，傳送速度仍然不是很快。第7章為什么要用為什么要用DMA方式傳送數據方式傳送數據查詢方式傳送數據：查詢方式傳送數據：7.2.3 直接數據通道傳送直接數據通道傳送（DMA：Direct Memory Access） 查詢時占用查詢時占用CPU時間時間中斷方式傳數據：中斷方式傳數據：比查詢方式傳送數據效率要高，但執行中斷服務程序，比查詢方式傳送數據效率要高，但執行中斷服務程序，CPU要保護斷點、保護一些寄存器等操作，使要保護斷點、保護一些寄存器等操作，使CPU花花費時間。費時間。第7章DMA方式方式利用專用的接口電路直接在內存與外設端口之間直利用專用的接口電路直接在內存與外設端口之間直接進行數據塊傳送，而不經過接進行數據塊傳送，而不經過CPU中轉的一種數據中轉的一種數據傳送方式。傳送方式。 DMADMA控制器控制器無需無需CPU參與，無需軟件介入參與，無需軟