第6章：IO接口數據控制方式主講老師：廉迎戰副教授

學習內容和重點掌握輸入/輸出接口電路和基本概念、掌握I/O端口編址方法和特點及地址譯碼方法。掌握CPU與外設數據傳送的方式方法。掌握中斷的基本概念和中斷過程，中斷芯片8259的結構、應用及編程方法。掌握DMA的基本概念、可編程DMA控制器芯片8237A的結構、應用及編程方法。I/O數據傳輸控制方法第6章6.1接口的基本概念6.2I/O的尋址方式6.3CPU與接口信息交換方式6.4中斷基本概念6.5中斷控制器6.6DMA方式數據傳送6.7DMA控制器6.1接口的基本概念 1.I/O接口的定義和功能

接口定義：

在CPU和外設之間使兩者相互交換信息的連接電路。在CPU和接口之間建立一個緩沖區，解決CPU與外設之間在數據形式、數據傳遞方式以及傳遞速率等問題。

接口功能：

信號暫存、數據轉換、傳送路徑切換、狀態信號交換、通信控制、設備動作、定時控制、中斷管理及錯誤檢測等功能。2.接口電路中的信息

接口信息：

數據信息、狀態信息、控制信息數據信息數字量模擬量開關量狀態信息設備工作狀態 READY、BUSY控制信息CPU輸出的控制信息3.接口的類型

接口分類：專用接口、通用接口

傳送方式：并行方式、串行方式6.2I/O尋址方式 1、I/O端口編址

I/O編址的兩種形式：獨立編址和統一編址。A.I/O端口和存儲器統一編址

I/O與RAM共同存儲器的訪問空間。特點I/O與RAM同等看待。 B.I/O端口和存儲器獨立編址

I/O與RAM分別建立各自的訪問空間。特點I/O與RAM都有自己的尋址體系。

6.2I/O尋址方式 C.8086/8088端口編址形式

8086/8088CPU采用獨立編址，I/O尋址空間為64KB/32KW。

空間分配：0000H~0FFFFH（段地址為0000H）。

（0F8H~0FFH保留）

8086I/O控制信號： 最小方式： M/-IO=0I/O端口

M/-IO=1RAM

最大方式： -IOWC=0//-IOWR=0I/O端口

-MWTC=0//-MRTC=0RAM8086I/O尋址指令： 直接方式：IN AX，PORT （<255） 直接方式：OUT AX，PORT （<255）

間接方式：IN AX，DX （>255）

間接方式：OUT AX，DX （>255）IO端口訪問時序6.2I/O尋址方式 2、I/O端口譯碼方法

獨立編址時，一般用地址線的高位部分和控制信號（如RD、WR、M/IO）進行組合（譯碼）產生I/O接口電路的片選信號（CS），用地址線的低位部分直接連到I/O接口芯片實現端口的選擇。I/O地址譯碼的兩種形式：直接譯碼和SWITCH譯碼A.直接端口譯碼

利用組合邏輯門電路對I/O接口進行直接譯碼。（適用口地址單一或固定的） B.SWITCH端口譯碼

利用比較器和DIP開關設定I/O的地址。（適合口地址可變的）C、譯碼器譯碼電路

利用74LS138/74LS系列芯片譯碼器譯碼（適用電路需多個口地址）D、可編程邏輯器件PLD可編程邏輯器件PLD（適用口地址保密，可變靈活）如PAL、GAL

&&OOOOOO>A9A8A7A3A2…A1A0AENIOWLS30LS20LS32門電路譯碼>>ABCG2AG2BG1OOA5A6A7A8A9AENIOWY0Y1Y2Y3Y4Y58237825982538255寫NMI屏蔽寄存器寫DMA頁面寄存器OO74LS138譯碼器譯碼“0”“0”“0”“1”“0”“1”“1”“0”“1”6.2I/O尋址方式 3IBM/PC的I/O地址

PC利用A0~A9實現1KB地址譯碼。其中：000H~1FFH（A9、A8）的512BI/O端口分配給系統板，200H~3FFH是擴展槽。地址范圍I/O接口名稱000H~01FHDMA控制器020H~03FH中斷控制器040H~05FH定時器8253/8254060H~07FH并行接口芯片82550A0H~0BFHNMI屏蔽寄存器080H~09FHDMA頁面寄存器表6-1PC/XT機系統板配置的端口地址表6-2PC/XT機適配器控制卡的端口地址圖6-3門電路譯碼

門電路譯碼圖6-4PC/XT機系統板I/O接口電路的片選信號的產生電路

專用譯碼器譯碼電路返回本節6.3I/O信息交換方式 1、I/O信息交換方式的分類A、程序控制方式（查詢方式）

CPU利用指令反復查詢I/O的狀態，直到I/O準備好，才進行輸入/輸出。此間CPU處于循環等待狀態，未做有效的工作。（1）無條件傳送方式：當外設已準備就緒，不必查詢處設的狀態而進行信息傳輸，如數碼管的顯示等。（2）條件傳送方式：CPU通過執行程序不斷讀取并測試外設狀態，若輸入外設已處于準備好狀態或輸出外設為空閑狀態時，則CPU執行傳送信息指令，該方式又稱“查詢式傳送”。B、中斷方式

CPU在執行程序的同時兼顧對I/O設備的控制或數據傳送。當I/O設備準備好（空閑），由I/O向CPU發出中斷請求，暫停CPU運行的程序，轉而處理I/O設備的請求，處理完即返回主程序繼續執行。C、DMA方式（直接存儲器存取方式/成組傳送方式）當某一外設需要輸入/輸出一批數據時，向DMA控制器發出請求，DMA控制器收到這一請求后，向CPU發出總線請求，若CPU響應DMA的請求，把總線使用權讓給DMA控制器，數據不通過CPU，可直接在DMA控制器操縱下進行。執行完畢后，DMA再向CPU發“結束中斷請求”，CPU響應，收回總線權。

主要適用于高速I/O設備（如磁盤），CPU向I/O接口提供控制信息（如數據塊的首地址及字節數），I/O設備直接和存儲器進行成批數據的快速傳送。D、I/O處理機IOP方式

IOP和CPU并行工作，提供高速的通信能力，實現高速傳送。I/O端口

外設接口由一組寄存器（數據寄存器/狀態寄存器/命令寄存器）組成，每個寄存器有一個端口地址(端口號)，IBM-PC機的I/O地址空間可達64K(0000~FFFFH)。I/O指令主機與外設進行通信的最基本途徑。DOS功能調用和BIOS例行程序中的輸入/輸出功能也是由IN和OUT指令完成的。例：

測試某狀態寄存器（端口號27H）的第2位是否為1INAL,27HTESTAL,00000100BJNZERROR

A、程序控制方式（查詢方式）A、程序控制方式（查詢方式）1）無條件傳送方式輸入數據AB=XXXXHM/-IO=0-RD=0DB=D7~D0輸入鎖存器輸入數據輸出數據AB=XXXXHM/-IO=0DB=D7~D0-WE=0輸出鎖存器導通DB到外設無條件傳送方式的工作原理A、程序控制方式（查詢方式）2）查詢方式輸入數據外設數據OK—鎖存器選通=“1”，三態緩沖器READY=“1”讀數據CPU讀狀態AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7=READY--OK讀數據AB=XXHM/-IO=0-RD=0DB=D0~D7D7~D0數據--OK查詢式輸入傳送方式工作原理A、程序控制方式（查詢方式）2）查詢方式輸出數據外設輸出數據—-ACK=0狀態觸發器Q=0BUSY=0輸出數據CPU讀狀態AB=XXHM/-IO=0-RD=0狀態BUSY=“0”？YES輸出數據AB=XXHM/-IO=0-WR=0DB=D0~D7

輸出口數據鎖存器查詢式輸出傳送方式的工作原理例1.Sound程序

mov

dx,6000 ;30000個脈沖

inal,61handal,11111100btrig:xoral,00000010b

out61h,al

mov

cx,1000 ;脈沖的寬度delay:loopdelay

dec

dx

jnetrig---------設備控制寄存器端口61H1/00控制其它外部設備與門放大器2號定時器門控10例2.

CPU要從3個設備輪流輸入數據，設備1,2,3的狀態寄存器端口號分別用STAT1,STAT2,STAT3表示，第5位是輸入準備位。INPUT:INAL,STAT1

TESTAL,20H ;00100000bJZDEV2CALLFARPTRPROC1DEV2:INAL,STAT2

TESTAL,20HJZDEV3CALLFARPTRPROC2DEV3:INAL,STAT3

TESTAL,20HJZNO_INPUTCALLFARPTRPROC3NO_INPUT:……B、中斷控制方式中斷過程CPU啟動外設工作后，作自己工作（IO與CPU工作）IO好----READY=1向CPU發請求CPU響應請求，暫停原程序，執行中斷程序完成，CPU返回原程序繼續中斷服務過程保護現場、中斷處理、恢復現場中斷傳送方式的工作原理B、中斷控制方式中斷響應過程中斷設置設置中斷類型碼設置中斷優先權開中斷（中斷屏蔽寄存器IMX=1）中斷請求IO好，中斷請求寄存器=1INT=1發中斷請求響應中斷-INTA=0，CPU響應中斷中斷碼==數據線----調用相應中斷矢量{AB=XXXXH&-RD=0}=譯碼讀三態緩沖器數據同時，中斷請求INT=0中斷返回，CPU執行C、DMA方式1、DMA方式：DMA接管系統的總線控制權，無程序介入，硬件完成（中斷，系統停止）。2、功能：RAM==IO設備3、過程：IO向DMA發請求DMA響應向CPU請求DMA方式CPU響應請求，交AB+CBDMA接管AB+CBRAM==IO外設DMA向IO發回答信號傳