1、第第8章章 輸入輸入/輸出接口輸出接口 v8.1 8.1 輸入輸入/ /輸出及其接口輸出及其接口 v8.2 8.2 數據傳送方式數據傳送方式 v8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v8.4 8.4 并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口 v8.5 8.5 串行輸入輸出接口串行輸入輸出接口 v本章小結本章小結 v 輸入輸入/輸出設備是計算機系統的重要組輸出設備是計算機系統的重要組成部分，計算機通過它們與外設進行數據成部分，計算機通過它們與外設進行數據交換。交換。v 在微機系統中，各種輸入在微機系統中，各種輸入/輸出設備通輸出設備通過輸入過輸入/輸出接口與系統相連，并在接口的輸出接口與系統相連，并

2、在接口的支持下實現各種方式的數據傳送。支持下實現各種方式的數據傳送。v 把外圍設備同微型計算機連接起來的把外圍設備同微型計算機連接起來的電路稱為外設接口電路，簡稱外設接口。電路稱為外設接口電路，簡稱外設接口。 8.1 8.1 輸入輸入/ /輸出及其接口輸出及其接口 v 8.1.1 8.1.1 I/OI/O信息的組成信息的組成 v 1. 數據信息數據信息v 數據信息可分為數字量、模擬量和開關量。數據信息可分為數字量、模擬量和開關量。v 2. 狀態信息狀態信息v 狀態信息是狀態信息是CPU與外設之間交換數據時的與外設之間交換數據時的聯絡信息。聯絡信息。 v 3. 控制信息控制信息v 控制信息用來設

3、置控制信息用來設置I/O外設外設(包括包括I/O接口接口)的工作模式、命令字等有關信息。如的工作模式、命令字等有關信息。如“啟啟動動”，“停止停止”信息。信息。v 8.1.2 8.1.2 外設接口的作用外設接口的作用 v 外設接口電路應具有如下功能：外設接口電路應具有如下功能：v 1. 1. 轉換信息格式。轉換信息格式。v 如串如串并轉換、并并轉換、并串轉換、配備校驗串轉換、配備校驗位等。位等。v v2. 提供聯絡信號，協調數據傳送的提供聯絡信號，協調數據傳送的狀態信息。狀態信息。v 如設備如設備“就緒就緒”、“忙忙”，數據，數據緩沖器緩沖器“滿滿”、“空空”等信號。等信號。 v 3. 協調定

4、時差異。協調定時差異。v 為協調微機與外設在定時或數據處理為協調微機與外設在定時或數據處理速度上的差異，使兩者之間的數據交換取速度上的差異，使兩者之間的數據交換取得同步，有必要對傳輸的數據或地址加以得同步，有必要對傳輸的數據或地址加以緩沖或鎖存。緩沖或鎖存。 v 4. 進行譯碼選址。進行譯碼選址。v 在具有多臺外設的系統中，外設接在具有多臺外設的系統中，外設接口必須具有提供地址譯碼以及確定設備口必須具有提供地址譯碼以及確定設備碼的功能。碼的功能。v v5. 實現電平轉換。實現電平轉換。v 為使微型計算機同外設匹配，接口電路為使微型計算機同外設匹配，接口電路必須具有電平轉換和驅動功能。必須具有電

5、平轉換和驅動功能。 v 6. 具備時序控制。具備時序控制。v 有的接口電路具有自己的時鐘發生器，有的接口電路具有自己的時鐘發生器，以滿足微型計算機和各種外設在時序方面以滿足微型計算機和各種外設在時序方面的要求。的要求。v v7. 可編程序。可編程序。v 對一些通用的、功能齊全的接口電路，對一些通用的、功能齊全的接口電路，應該具有可編程序的能力。應該具有可編程序的能力。v 8.1.3 8.1.3 I/OI/O端口尋址方式端口尋址方式 v CPU對外設的訪問實質上是對外設接對外設的訪問實質上是對外設接口電路中相應端口的訪問。口電路中相應端口的訪問。I/O端口的尋址端口的尋址方式有兩種，即方式有兩種

6、，即I/O指令尋址和存儲器映象指令尋址和存儲器映象I/O尋址。尋址。 v 1. I/O指令尋址指令尋址 v 2. 存儲器映象的存儲器映象的I/O端口尋址端口尋址 8.2 8.2 數據傳送方式數據傳送方式 v 8.2.1 8.2.1 程序控制傳送方式程序控制傳送方式v v 程序控制數據傳送方式分為無條件傳程序控制數據傳送方式分為無條件傳送、查詢傳送和中斷傳送。這類傳送方式送、查詢傳送和中斷傳送。這類傳送方式的特點是以的特點是以CPU為中心，數據傳送由為中心，數據傳送由CPU控制，通過預先編制好的輸入或輸出程序控制，通過預先編制好的輸入或輸出程序實現數據的傳送。實現數據的傳送。 v 1. 無條件傳

7、送方式無條件傳送方式v 無條件傳送方式是假設輸入接口數據無條件傳送方式是假設輸入接口數據已經準備好，或者輸出設備是空閑的，此已經準備好，或者輸出設備是空閑的，此時時CPU無需查詢狀態，直接用無需查詢狀態，直接用IN和和OUT指指令完成與接口之間的數據傳送。令完成與接口之間的數據傳送。 v 2. 查詢傳送方式查詢傳送方式 v 利用查詢方式輸入數據之前，利用查詢方式輸入數據之前，CPU要查要查詢輸入數據是否準備好；利用查詢方式輸詢輸入數據是否準備好；利用查詢方式輸出數據之前，出數據之前，CPU要查詢輸出設備是否空要查詢輸出設備是否空閑。只有確認外設已經具備了傳送條件后，閑。只有確認外設已經具備了傳

8、送條件后，才能用才能用IN和和OUT指令完成數據傳送。指令完成數據傳送。 v 中斷控制傳送方式中斷控制傳送方式v 中斷控制的輸入和輸出方式，也成中斷中斷控制的輸入和輸出方式，也成中斷傳送方式。傳送方式。v 當外設的輸入數據準備好或接受數據的當外設的輸入數據準備好或接受數據的鎖存器空時，變主動項鎖存器空時，變主動項CPU發出中斷請求，發出中斷請求，使使CPU中斷原來執行的程序（主程序），中斷原來執行的程序（主程序），轉去執行為外設服務的輸入或輸出操作，轉去執行為外設服務的輸入或輸出操作，服務完畢服務完畢CPU再繼續執行原來的程序。再繼續執行原來的程序。v 8.2.2 8.2.2 DMADMA傳送

9、方式傳送方式 v DMA方式的數據交換是由硬件來實現。方式的數據交換是由硬件來實現。v 數據交換過程由數據交換過程由DMA控制器來控制，控制器來控制，CPU不介入。不介入。 8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v 8.3.1 8.3.1 DMADMA控制器的基本概念控制器的基本概念v 直接存儲器存取直接存儲器存取DMA（direct memory access）方式用硬件實現存儲器與存儲器之間方式用硬件實現存儲器與存儲器之間或存儲器與或存儲器與I/O設備之間直接進行高速數據傳設備之間直接進行高速數據傳送，不需要送，不需要CPU的干預。的干預。 v DMA傳送包括：傳送包括：RAMI/O端

10、口的端口的DMA讀傳送；讀傳送；I/O端口端口RAM 的的DMA寫寫傳送；傳送；RAMRAM的存儲單元傳送。的存儲單元傳送。v 8.3.2 8.3.2 DMADMA傳送過程傳送過程 v 1. 單字節傳送方式單字節傳送方式v 每次每次DMA傳送只傳送一個字節的數傳送只傳送一個字節的數據，傳送后釋放總線由據，傳送后釋放總線由CPU控制總線至少控制總線至少一個完整的總線周期。然后測試一個完整的總線周期。然后測試DMA請求請求線線DREQ，若有效，再進入若有效，再進入DMA周期。周期。v 2. 成組傳送方式成組傳送方式v 一個一個DMA請求可以傳送一組信息。在請求可以傳送一組信息。在DMAC初始化時，

11、由編程決定這一組信息初始化時，由編程決定這一組信息的字節數，只要在的字節數，只要在DACK有效之前有效之前DREQ保持有效即可。一旦保持有效即可。一旦DACK有效，不管有效，不管DREQ是否有效，是否有效，DMAC一直不放棄總線一直不放棄總線控制權，直到整個數組傳送完。控制權，直到整個數組傳送完。 v 3. 請求傳送方式請求傳送方式v 請求傳送方式又稱查詢傳送方式。該請求傳送方式又稱查詢傳送方式。該方式的傳送類似于成組傳送方式，但每傳方式的傳送類似于成組傳送方式，但每傳送一個字節后，送一個字節后，DMAC就檢測就檢測DREQ，若若無效，則掛起；若有效，繼續無效，則掛起；若有效，繼續DMA傳送，

12、傳送，直到一組信息傳送結束由外加信號強制直到一組信息傳送結束由外加信號強制DMAC中止操作。中止操作。 v DMA具有下列特點：具有下列特點：v 主存既可被主存既可被CPU訪問，又可被外設直接訪問，又可被外設直接訪問。訪問。v 數據塊傳送時，主存地址的確定，傳送數據塊傳送時，主存地址的確定，傳送數據的計數控制等都用硬件電路直接實現。數據的計數控制等都用硬件電路直接實現。v 主存中要開設專用緩沖區，及時供給和主存中要開設專用緩沖區，及時供給和接收外設的數據。接收外設的數據。v DMA傳送速度快，可使傳送速度快，可使CPU和外設并和外設并行工作，提高了系統的效率。行工作，提高了系統的效率。v DM

13、A在開始前和結束后要通過程序和在開始前和結束后要通過程序和中斷方式進行預處理。中斷方式進行預處理。 v 8.3.3 8237 8.3.3 8237A A控制器控制器 v 8.3.4 8237 8.3.4 8237A A的應用的應用 表表8-6 PC/AT DMAC寄存器寄存器I/O端口地址端口地址8237A內部寄存器口地址內部寄存器口地址DMAC1DMAC2內部寄存器名稱內部寄存器名稱DMA+00H0000C0CH0基地址寄存器和當前地址寄存器基地址寄存器和當前地址寄存器DMA+01H0010C2CH0基本字節寄存器和當前字節寄存器基本字節寄存器和當前字節寄存器DMA+02H0020C4CH1

14、基地址寄存器和當前地址寄存器基地址寄存器和當前地址寄存器DMA+03H0030C6CH1基本字節寄存器和當前字節寄存器基本字節寄存器和當前字節寄存器DMA+04H0040C8CH2基地址寄存器和當前地址寄存器基地址寄存器和當前地址寄存器DMA+05H0050CACH3基本字節寄存器和當前字節寄存器基本字節寄存器和當前字節寄存器DMA+06H0060CCCH3基地址寄存器和當前地址寄存器基地址寄存器和當前地址寄存器DMA+07H0070CECH3基本字節寄存器和當前字節寄存器基本字節寄存器和當前字節寄存器DMA+08H0080D0狀態寄存器狀態寄存器/控制寄存器控制寄存器DMA+09H0090D

15、2請求寄存器請求寄存器DMA+0AH00A0D4屏蔽寄存器屏蔽寄存器DMA+0BH00B0D6方式寄存器方式寄存器DMA+0CH00C0D8先先/后觸發器后觸發器DMA+0DH00D0DA暫存器暫存器/復位命令復位命令DMA+0EH00E0DC清屏蔽寄存器清屏蔽寄存器DMA+0FH00F0DE多通道屏蔽寄存器多通道屏蔽寄存器8.4 8.4 并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口 v 8.4.1 8.4.1 概述概述v 并行輸入并行輸入/輸出是將一個字符的幾個位同時傳輸，輸出是將一個字符的幾個位同時傳輸，它具有傳輸速度快、效率高的優點。并行通訊所用它具有傳輸速度快、效率高的優點。并行通訊所用的電纜較多

16、，不適合長距離傳輸。的電纜較多，不適合長距離傳輸。v 所以，并行通訊一般用在數據傳輸率要求較高，所以，并行通訊一般用在數據傳輸率要求較高，而傳輸的距離較短的場合。而傳輸的距離較短的場合。v 實現并行輸入輸出的接口是并行接口。實現并行輸入輸出的接口是并行接口。 v 8.4.2 8.4.2 并行通信接口芯片并行通信接口芯片 8.5 8.5 串行輸入輸出接口串行輸入輸出接口 v 8.5.1 8.5.1 串行通信概述串行通信概述 v 串行通訊是指數據一位一位地順序傳送，串行通訊是指數據一位一位地順序傳送，只占用一條傳輸線，它可由兩種方式來實現：只占用一條傳輸線，它可由兩種方式來實現：一種是將一種是將8位通道中的一位依靠軟件來實現串位通道中的一位依靠軟件來實現串行數據傳送；另一種是通過專用的通訊接口，行數據傳送；另一種是通過專用的通訊接口，將并行數據轉換為串行數據再進行傳送。將并行數據轉換為串行數據再進行傳送。v 在并行通訊中，數據有多少位就要有在并行通訊中，數據有多少位就要有多少傳輸線，而串行通訊只需要一條傳輸多少傳輸線，而串行通訊只需要一條傳輸線，所以串行通訊可以節省傳輸線。線，所以串行通訊可以節省傳輸線。 v 8.5.2 8.5.2串行通信接口芯片串行通信接口芯片 本章小結本章小結 v 通過本章的學習，讀者應了解通過本章的學習，讀者應了解I/OI/O