第八章 微机接口技术基础

第八章微机接口技术基础一、概述二、I/O端口的寻址方式四、CPU与外设数据传送方式1.程序直接控制方式①无条件传送方式②查询传送方式2.中断传送方式3.直接数据通道传送（DMA)4.各传送方式的比较三、I/O端口地址译码方法计算机在使用中，不可避免地要与外部设备打交道，输入和输出一些信息数据和信息。输入——通过键盘、纸带读入机、卡片输入机、扫描仪、A/D（模/数）转换等；输出——显示器、打印机、D/A（数/模）转换等。另外，在微机中，软、硬盘也作为输入输出设备。由于①输入的信息的数据形式不同（数字量、模拟量、开关量等）；②输入信息的速度不同（键盘输入、磁盘输入）；所以，在CPU与外设进行数据传输时，需要通过接口来实现。CPU接口电路I/O设备一、概述什么是接口：广义地讲，接口是指通过三总线与CPU相连的外围芯片或部件。接口分为：1.RAM、ROM构成的存储器接口；2.8237A、8259A、8253A、8255A等构成的系统板I/O接口（或称CPU外围I/O接口）；3.由I/O接口通道构成的连接外部输入输出设备的外围I/O接口。接口的两层含义：1.指这些外围芯片或部件如何与CPU相连；2.如何编程确定这些外围芯片或部件的工作方式。中央处理器8088协处理器8087总线驱动器总线控制器8288RAM存储器ROM存储器8级中断电路4通道DMA8通道定时/计数器喇叭电路键盘接口8个扩展插座CBABDB时钟信号发生器8284CPU外围I/O接口存储器接口外围I/O接口I/O接口的基本功能：1.信号电平的转换；2.数据格式的转换；3.数据寄存和缓冲；4.对外设的控制与检测；5.中断请求、DMA请求的产生。（注：并不是所有的接口都具备上述所有的功能）CPU与外设之间的接口信息(p.212)CPU与一个外设交换信息，通常需要以下一些信号：1.数据（Data)2.状态信息（Status）输入时，输入设备的信息是否准备好；输出时，输出设备是否有空等。3.控制信息（Control）控制输入输出设备的启动和停止等。CPU接口电路I/O设备数据状态控制数据状态控制端口1端口2端口4端口3端口——用于存放信息的、CPU可直接访问的锁存器、缓冲器等。在PC机中通常为8位。为了将数据、状态、控制信息区分开，在接口电路中，设有不同的端口如数据端口、状态端口、控制端口，以接收、存放、输出不同的信息。二、I/O端口的寻址方式CPU寻址I/O端口有两种方式(p.211)1.将存储器与外设端口统一编址(存储器对应的输入输出方式)将外设接口电路的一个端口作为存储器的一个单元。65F3020024E0内存与外设内存外设优点：不需要专门的输入输出指令，可用全部的存储器操作指令。（指令多且灵活）如：movkou1,bx缺点：外设占用内存单元，相对减少了内存容量。Kou1026D0000000001EFFFFF0000F0001F0002FFFFF2.外设端口单独编址（端口寻址的输入输出方式）优点：不占用内存缺点：CPU需设专门的I/O指令。I/O指令：•若端口地址在0～FFH范围内，则用：INAL，端口地址（输入）OUT端口地址，AL（输出）如：INAL,PORT1OUTPORT2,AL•若端口地址在0100～FFFFH范围内，则用：MOVDX,端口地址INAL,DXOUTDX,AL如：MOVDX,PORT100INAL,DX65F30200外设000000FFFFFF0100port1port2port311223344port100port101可寻址28=256个端口可寻址216=64K个端口11323201内存00000FFFFF三、I/O端口地址译码方法----了解问题1：系统有许多I/O接口（如串行接口、并行接口、键盘接口、显示器接口等），连接不同的外设，这些I/O接口均通过总线与CPU系统连在一起，而在任何一个时刻只能有一个外设通过接口与CPU通讯，CPU是如何区分要求通讯的外设接口呢？问题2：外设接口怎样知道CPU选中了它呢？中央处理器8088协处理器8087总线驱动器总线控制器8288RAM存储器ROM存储器8级中断电路4通道DMA8通道定时/计数器喇叭电路键盘接口8个扩展插座CBABDB时钟信号发生器8284译码电路CSCSCSCSCS1.IBMPC/XTI/O端口地址分配图0000001F0020003F0040005F0060007F0080009F00A000BF008001FF32字节320字节32字节32字节32字节32字节32字节0000～000F8237A—5DMA控制器0020～00218259A中断控制器0040～00438253A—5定时/计数器0060～00638255A—5并行接口芯片0080～0083DMA页面寄存器00A0～00BFNMI屏蔽寄存器附：02000200～020F游戏控制口0210～0217扩展部件0218～02F7未用02F8～02FF异步通信卡（第二个）0320～032F硬盘适配器0330～0377并行打印机未用0300～031F实验卡0380～038F0390～03AF03B0～03BF03C0～03CF03D0～03DF03E0～03EF03F0～03F703F8～03FF03FF0378～037FSPLC通信未用单色显示器/打印机未用未用彩色/图形显示卡软盘适配器异步通信卡（第一个）2.IBMPC/XTI/O端口地址译码方法IOW当G1=1G2A=G2B=0时，允许对A、B、C进行译码。译中的对应输入端将变为低电平，其它7个保持高电平。Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A5A6A7A8A9AENABCG2BG2AG174LS138DMACS（8237）INTRCS（8259）T/CCS（8253）PPICS（8255）WRTDMAPG（写DMA页面寄存器）WRTNMIREG（写NMI屏蔽寄存器）ABC000001010011100101110111Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7如：①OUT43H,ALA9A8A7A6A5A4A3A2A1A00001000011A9=A8=0AEN=1A7A6A5=010——译中Y2②OUT20H,ALA9A8A7A6A5A4A3A2A1A00000100000A9=A8=0AEN=1A7A6A5=001——译中Y1OUT43H,ALINAL,21H四、CPU与外设数据传送的方式（p.216）CPU与外设之间的数据传送实际上是CPU与接口之间的数据传送。传送的方式有三种：1.程序直接控制方式2.中断传送方式3.直接数据通道传送（DMA)①无条件传送方式②查询传送方式1.程序直接控制方式①无条件传送方式无条件传送方式又称同步方式，即CPU的动作必须与外设同步，否则，传送数据出错。传送流程演示输入方式输出方式INAL,0A0HOUT0A1H,ALA1A0CE②查询传送方式在传送前，查询一下外设的状态，当外设准备好了以后才传送，否则，等待。传送流程演示•查询式输入接口电路数据端口状态端口D7D6D0D78位1位状态口数据口I/O控制线控制线Poll:Inal,S_portTestal,80hJzpollInal,D_port•查询式输出接口电路Poll:Inal,S_portTestal,80hJnzpollmoval,storeOutD_port,al状态口数据口I/O控制线控制线2.中断传送方式传送流程演示中断传送方式的接口电路543213.直接数据通道传送（DMA)——了解传送流程演示DMA传送方式的接口电路DMA控制器I/O接口CPU存储器5432167总线HLDA发存储器地址传送数据传送结束？DMA结束修改地址指针4.几种传送方式的比较：1.无条件传送：只能用于外部设备与CPU的动作同步时，否则出错。这种方式已较少使用。2.查询传送：•接口简单，•但在传送过程中，若外设数据没有准备好，则CPU一直在查询、等待，而不能做其他事情。CPU的效率低下。3.中断传送：•只有当外设数据准备好时(向CPU发出请求），CPU才进行数据传送（在中断服务程序中），其余时间CPU可以做其他事情。CPU效率大大提高。•但是，每传送一次数据，CPU都要执行一次中断服务程序，在中断服务程序中，除执行IN和OUT指令外，还要进行下列工作：保护断点、保护标志寄存器、保护某些通用寄存、恢复等一些工作，95%的时间是额外开销，从而传送效率并不高。4.DMA传送：在DMAC的控制下，外设直接和存储器（也可外设与外设，存储器与存储器之间）进行数据传送，而不必经过CPU，传送速度基本取决于外设与存储器的速度，从而传送效率大大提高。