1、微機原理及應用微機原理及應用主講教師主講教師 郭莉莉郭莉莉2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用2第第6章章 輸入輸出輸入輸出一、一、接口的基本概念接口的基本概念二、二、輸入輸出的尋址方式輸入輸出的尋址方式三、三、CPU與外設交換信息的控制方式與外設交換信息的控制方式作業作業2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用3一、接口的基本概念一、接口的基本概念1.接口的定義及功能接口的定義及功能2.接口電路中的信息接口電路中的信息3.接口的類型接口的類型2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用4二、輸入輸出的尋址方式二、輸入輸出的尋址方式1、I/O端口的編址端口的編址2、 I/O端

2、口地址譯碼方法端口地址譯碼方法3、IBM PC/XT的的I/O端口地址端口地址2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用5三、三、CPU與外設交換信息的控制方式與外設交換信息的控制方式1、 程序控制方式程序控制方式2.、中斷控制方式中斷控制方式3、直接存儲器存取控制方式直接存儲器存取控制方式(DMA)4、 I/O處理機（處理機（IOP）控制方式控制方式2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用61、接口的定義及功能、接口的定義及功能 輸入輸出設備輸入輸出設備（I/O，又稱外設）是計算機系統又稱外設）是計算機系統的基本組成部分的基本組成部分, 是實現人是實現人機聯系的主要手段。機聯系的主

3、要手段。 常見的外設有鍵盤，顯示器，打印機，鼠標，開常見的外設有鍵盤，顯示器，打印機，鼠標，開關量輸入輸出通道和關量輸入輸出通道和A/D，D/A轉換器等等。轉換器等等。微處理器CPU存儲器I/O接口I/O設備數據總線控制總線地址總線2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用71、接口的定義及功能、接口的定義及功能 從原理上講，從原理上講，輸入輸出操作輸入輸出操作類似于對存儲器的類似于對存儲器的讀寫操作讀寫操作, CPU可以用訪問存儲器的相類似的方法同可以用訪問存儲器的相類似的方法同外部設備交換數據。外部設備交換數據。 事實上輸入輸出操作要比訪問存儲器復雜的多。事實上輸入輸出操作要比訪問存儲

4、器復雜的多。微處理器CPU存儲器I/O接口I/O設備數據總線控制總線地址總線2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用81、接口的定義及功能、接口的定義及功能 I/O接口接口是建立在是建立在CPU與外設之間，使兩者動作與外設之間，使兩者動作協調的連接電路。協調的連接電路。 也就是，在也就是，在CPU與外設之間建立一個緩沖區，解與外設之間建立一個緩沖區，解決決CPU與外設之間存在的與外設之間存在的數據形式數據形式、數據的傳遞方數據的傳遞方式式、以及、以及傳遞速率傳遞速率上存在的差異。上存在的差異。 I/O接口的功能接口的功能就是對數據傳輸的控制。就是對數據傳輸的控制。微處理器CPU存儲器I/

5、O接口I/O設備數據總線控制總線地址總線2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用92、接口電路中的信息、接口電路中的信息 從含義和功能上來看，數據信息、控制信息和從含義和功能上來看，數據信息、控制信息和狀態信息是各不相同的，必須分別傳送，各有通路，狀態信息是各不相同的，必須分別傳送，各有通路，我們稱這些通路為我們稱這些通路為端口端口(PORT)，三種端口的集合就三種端口的集合就是接口。是接口。CPU數據數據端口端口控制控制端口端口狀態狀態端口端口外外部部設設備備接口接口接口電路中通常包含：接口電路中通常包含： * 數據信息數據信息 * 控制信息控制信息 * 狀態信息狀態信息2022-3-

6、15微機原理及應用微機原理及應用10接口電路中的數據信息接口電路中的數據信息 數據信息數據信息 CPU與外設交換的基本信息就是與外設交換的基本信息就是數據，數據，8位或位或16位。位。包括三種類型：包括三種類型： (1)數字量：是指由鍵盤，磁盤等讀入的信號，數字量：是指由鍵盤，磁盤等讀入的信號， 或由或由CPU送到打印機送到打印機,顯示器等信息顯示器等信息,，一般是二進制，一般是二進制數，或是以數，或是以ASCII碼表示的數據及字符號。碼表示的數據及字符號。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用11接口電路中的數據信息接口電路中的數據信息 （2）模擬量：當微機系統用于過程控制系統時）模

7、擬量：當微機系統用于過程控制系統時,則現場多數是模擬量，如溫度、壓力、流量等，需則現場多數是模擬量，如溫度、壓力、流量等，需要通過要通過A/D和和D/A轉換。轉換。 （3）開關量：）開關量： 是指可以表示成兩個狀態的物是指可以表示成兩個狀態的物理量，如開關的理量，如開關的“通通”與與“斷斷”，電機的，電機的“運轉運轉”與與“停止停止”，可以用一位二進制表示。，可以用一位二進制表示。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用12接口電路中的控制信息接口電路中的控制信息 控制信息控制信息 CPU通過接口電路傳送給外設通過接口電路傳送給外設,從從而達到控制外設的目的。而達到控制外設的目的。 常見

8、的控制信號：外設的啟動、停止常見的控制信號：外設的啟動、停止 不同的外設，工作原理不同，其控制信號也會有不同的外設，工作原理不同，其控制信號也會有所不同。所不同。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用13接口電路中的狀態信息接口電路中的狀態信息 狀態信息狀態信息 是反映當前外設所處的工作狀態是反映當前外設所處的工作狀態,是外設通過接口電路向是外設通過接口電路向CPU傳送的信號。傳送的信號。如：如： 輸出設備常用輸出設備常用BUSY信號來表明現在正處于忙碌信號來表明現在正處于忙碌狀態；狀態； 輸入設備常用輸入設備常用READY信號來表明輸入的數據已信號來表明輸入的數據已經準備好。經準備好

9、。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用143、接口的類型、接口的類型接口電路大多由接口電路大多由接口芯片接口芯片來實現。來實現。 （1）接口芯片按通用性可以分為兩類：專用接）接口芯片按通用性可以分為兩類：專用接口和通用接口；口和通用接口；如：如： 顯示控制器，鍵盤控制器等屬于專用接口；顯示控制器，鍵盤控制器等屬于專用接口； 而通用接口可以供幾類外設使用。而通用接口可以供幾類外設使用。返回2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用153、接口的類型、接口的類型 （2）接口芯片按與外設數據的傳送方式可以分）接口芯片按與外設數據的傳送方式可以分為并行接口和串行接口。為并行接口和串行接口

10、。 并行接口并行接口是指主機與外設之間信息的傳送按字是指主機與外設之間信息的傳送按字節或字進行；節或字進行； 串行接口串行接口是指主機與外設備之間信息的傳送是按是指主機與外設備之間信息的傳送是按通訊規則一位一位進行通訊規則一位一位進行2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用161、I/O端口的編址端口的編址(1)I/O端口和存儲器統一編址端口和存儲器統一編址(2)I/O端口獨立編址端口獨立編址2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用172、I/O端口地址譯碼方法端口地址譯碼方法如：如：8237：A9A8=10，A7 A6A5=000； 8259：A9A8=10，A7 A6A5=00

11、1； A4A0則由具體芯片的連線完成，用于芯則由具體芯片的連線完成，用于芯片內多個端口的選擇。片內多個端口的選擇。 CPU可以可以通過通過74LS138與與相關的接口芯相關的接口芯片相連，參與片相連，參與譯碼的地址線譯碼的地址線一般為一般為10條：條：2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用183、IBM PC/XT I/O端口地址分配端口地址分配 IBM PC/XT 采用了采用了A0A9 10條地址線對條地址線對I/O端端口進行編址，可以有口進行編址，可以有1K個端口。個端口。分成兩部分：分成兩部分：（1）系統板上的）系統板上的I/O芯片和芯片和DOS用：用：000H1FFH；（2）擴

12、展槽用擴展槽用200H3FFH。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用19（1）I/O端口和存儲器統一編址端口和存儲器統一編址 統一編址方式是外設端口地址和存儲器單元地統一編址方式是外設端口地址和存儲器單元地址，共占存儲器的地址，即址，共占存儲器的地址，即一個外設端口占用一個一個外設端口占用一個存儲單元地址存儲單元地址。 CPU對外設端口的讀寫操作相當于對存儲單元對外設端口的讀寫操作相當于對存儲單元的讀寫操作。的讀寫操作。 CPU可以采用任意一條訪問存儲器的指令，訪可以采用任意一條訪問存儲器的指令，訪問問I/O端口。端口。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用20（2）I/O端

13、口獨立編址端口獨立編址 獨立編址方式是讓獨立編址方式是讓I/O端口和存儲器地址分別建端口和存儲器地址分別建立兩個地址空間，獨立編址。立兩個地址空間，獨立編址。 這時，這時，CPU采用專門的采用專門的I/O指令去訪問指令去訪問I/O端口。端口。 8086/8088CPU采用采用I/O端口獨立編址，設置了專端口獨立編址，設置了專門的門的I/O指令指令。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用218086/8088的的I/O指令指令（1）直接端口尋址方式）直接端口尋址方式 對于端口對于端口PORT的地址范圍是的地址范圍是8位，即位，即00HFFHIN AL, PORT;端口端口PORT的字節信

14、息送的字節信息送ALOUT PORT, AL;將將AL的數據信息送到端口的數據信息送到端口PORTIN AX, PORT;端口端口PORT的字信息送的字信息送AX, 即端口即端口 ; PORT的字節信息送的字節信息送AL，端口端口; PORT+1的字節信息送的字節信息送AHOUT PORT, AX ;將將AX的字信息送端口，即的字信息送端口，即AL送端送端;口口PORT，AH送端口送端口PORT+12022-3-15微機原理及應用微機原理及應用228086/8088的的I/O指令指令（2）間接端口尋址方式）間接端口尋址方式 對于端口地址大于對于端口地址大于8位時，必須用間接端口尋址位時，必須用

15、間接端口尋址方式：方式：IN AL, DX；從從DX所表示的端口輸入字節數據到所表示的端口輸入字節數據到ALOUT DX,AL ；將將AL中的數據輸出到以中的數據輸出到以DX表示的端口表示的端口IN AX, DX；從從DX所表示的端口輸入字數據到所表示的端口輸入字數據到AX，即即DX；端口的字及到；端口的字及到AL，DX+1端口的字節到端口的字節到AHOUT DX,AX ；將將AX的字數據輸出到以的字數據輸出到以DX表示的端口，即表示的端口，即； AL輸出到輸出到DX端口，端口，AH輸出到輸出到DX+12022-3-15微機原理及應用微機原理及應用231、程序控制方式、程序控制方式（1）無條件

16、傳送控制方式）無條件傳送控制方式 這是一種簡單的數據傳送方式，適用于任何時這是一種簡單的數據傳送方式，適用于任何時候均處于候均處于“準備就緒準備就緒”狀態的外部設備，狀態的外部設備，CPU可以可以隨時執行隨時執行I/O指令來完成數據傳送操作。指令來完成數據傳送操作。（2）條件傳送控制方式）條件傳送控制方式 查詢輸入查詢輸入 查詢輸出查詢輸出 例題例題2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用24查詢輸入查詢輸入 若若CPU需要外設輸入數據時，首先應從狀態端口讀入狀需要外設輸入數據時，首先應從狀態端口讀入狀態信息，判斷數據是否準備好？態信息，判斷數據是否準備好？NY輸入狀態信息READY？輸

17、入數據READY（1位)數據端口（8位）狀態端口（1位）數據端口地址狀態端口地址程序段程序段:LT: IN AL, S_PORT ；從從狀態口狀態口S_PORT讀入狀態讀入狀態AND AL,80H；檢查檢查READY=1?JZ LT；READY=0，返回繼續等待返回繼續等待IN AL, D_PORT；READY=1，從從數據口數據口D_PORT；讀入數據；讀入數據D_PORTS_PORT接口接口2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用25查詢輸出查詢輸出 CPU輸出數據前，先查詢外設的狀態端口的狀態信息，輸出數據前，先查詢外設的狀態端口的狀態信息，若為若為“空空”（如（如BUSY=0，表

18、示空閑），則執行輸出指令把數表示空閑），則執行輸出指令把數據送入據送入I/O接口的數據端口。接口的數據端口。BUSY（1位)數據端口（8位）狀態端口（1位）數據端口地址狀態端口地址NY輸入狀態信息BUSY？取數并輸出數據準備輸出數據程序段程序段:WT1: IN AL, S_PORT ；從狀態端口從狀態端口S_PORT讀入狀態讀入狀態AND AL，01H ；BUSY=0?JNZ WT1 ；BUSY=1，返回繼續等待返回繼續等待MOV AL, DOUT ；BUSY=0，取準備傳送的數據取準備傳送的數據OUT D_PORT，AL ；從數據端口從數據端口D_PORT輸出數據輸出數據接口接口D_PORT

19、S_PORT2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用26例題例題 1、設狀態端口地址為、設狀態端口地址為60H，數據數據端口地址為端口地址為61H，外部輸入信息準備外部輸入信息準備狀態標志位狀態標志位D7=1，請用查詢方式寫出請用查詢方式寫出讀入外部數據的程序段。讀入外部數據的程序段。NY輸入狀態信息READY？輸入數據程序段程序段:WT1：IN AL，60H ；從狀態端口讀入狀態信息從狀態端口讀入狀態信息 AND AL，80H ；判斷判斷D7=1?JZ WT1 ；D0=0，返回再讀狀態信息返回再讀狀態信息 IN AL,，61H ；D0=1，從數據端口讀入從數據端口讀入解：分析：這是查詢

20、輸入。流程圖：解：分析：這是查詢輸入。流程圖：2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用27例題例題 2、設狀態端口地址為、設狀態端口地址為086H，數數據端口地址為據端口地址為085H，外設忙碌外設忙碌D7=1，請用查詢方式寫出請用查詢方式寫出CPU從存儲器緩從存儲器緩沖區沖區Buffer送出送出1KB的數據給外設的的數據給外設的程序段。程序段。NY輸入狀態信息BUSY？取數并輸出數據設置循環次數CX=1000設置Buffer指針SI修改Buffer指針CX-1送CXCX=0？NY數據傳送結束解：分析，這是查詢輸出。解：分析，這是查詢輸出。 要求輸出要求輸出1K字節，流程圖：字節，流程圖

21、：2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用28例例2：程序段清單：程序段清單 LEA SI,Buffer；取取Buffer的有效地址送的有效地址送SI MOV CX,1024 ；循環次數循環次數W1:MOV DX, 086H ；狀態端口地址送狀態端口地址送DX IN AL,DX ；從狀態端口讀入狀態信息從狀態端口讀入狀態信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W1 ； BUSY=1，返回等待返回等待 MOV AL,SI ； BUSY=0，取數據取數據 MOV DX, 085H ；數據端口送數據端口送DX OUT DX,AL ；數據從數據端口輸出數據從數據端口輸出 INC

22、SI ；SI指向下一個字節數據指向下一個字節數據 LOOP W1 ；CX-1送送CX0，循環循環 HLT ；CX=0，傳送結束傳送結束NY輸入狀態信息BUSY？取數并輸出數據設置循環次數CX=1000設置Buffer指針SI修改Buffer指針CX-1送CXCX=0？NY數據傳送結束2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用292、中斷控制方式、中斷控制方式 中斷中斷是是CPU與外部與外部設備交換信息的一種方設備交換信息的一種方式，它是通過式，它是通過硬件硬件手段手段來直接影響和改變來直接影響和改變CPU執行程序的順序。執行程序的順序。中斷處理程序CPU響應中斷有中斷請求中斷返回原程序 C

23、PU在執行正常程序的過程中，當出現某些異在執行正常程序的過程中，當出現某些異常事件或外設請求常事件或外設請求CPU服務時，服務時，CPU暫時中斷正在暫時中斷正在執行的原程序，而去執行對異常事件或外設請求的執行的原程序，而去執行對異常事件或外設請求的中斷處理程序；當中斷處理程序；當CPU執行完中斷處理程序后，又執行完中斷處理程序后，又回到原程序的斷點處，繼續執行原程序。回到原程序的斷點處，繼續執行原程序。2022-3-15微機原理及應用微機原理及應用303、直接存儲器存取控制方式、直接存儲器存取控制方式(DMA) DMA控制方式控制方式是一種完全由是一種完全由硬件（硬件（DMA控制控制器）器）完成輸入完成輸入/輸出操作的工作方式，稱為直接存儲輸出操作的工作方式，稱為直接存儲器存取控制方式。器存取控制方式。 DMA從從CPU處接管系統總線的控制權，使存儲處接管系統總線的控制權，使存儲器與高速外設之間直接進行數