微机原理与接口技术 第六章2

1第三节CPU与外设间的数据传送方式CPU与外设的工作速度不一致，如何使两者高效、可靠地进行数据传送，是本节讨论的问题。2一、无条件传送方式二、条件传送方式(查询方式)三、中断传送方式四、DMA传送方式(DirectMemoryAccess)有以下几种传送方式：3概述1。无条件传送（CPU与外设同步工作）：外部控制过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。2。查询方式（CPU与外设不同步工作）：传送前，先查询外设状态，准备好才传送，否则CPU处于等待状态。3。中断方式：外设与CPU处于并行工作，一旦外设准备好，外设向CPU发中断申请，条件具备，CPU暂停原程序执行，响应中断，外设与CPU串行工作。4。DMA方式（高速I/O及成组交换数据）：CPU不干予，由硬件实现存储器与外设之间交换数据，称直接存取存储器。4一、无条件传送方式(同步传送方式)实现方法CPU不查询外设工作状态，与外设速度的匹配通过在软件上延时完成，在程序中直接用I/O指令，完成与外设的数据传送特点1.适用于外设动作时间已知，在CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好的情况2.软硬件十分简单。5例1无条件输入接口（参看教材图6-8）接口电路，即硬件上保证:只在CPU执行从200H端口输入数据时,三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧，而CPU执行其它指令时,三态门均处于高阻状态,使输入设备的数据线与总线侧断开三态缓冲器输入设备数据线IOR地址译码地址线200H000D7~D0A15~A0与非PC总线6无条件输入编程:从端口200H读入100个字节到内存缓冲区buffer中。、、、MOVAX,SEGbufferMOVDS,AX;取缓冲区LEADI,buffer;首地址MOVCX,100H;传送个数MOVDX,200H;端口地址next：;延时等待INAL,DX;读入数据CALLdelayMOV[DI],AL;送缓冲区INCDI;修改指针LOOPnext、、、;延时子程delayPROCPUSHCXMOVCX,80Hcc:LOOPccPOPCXRETdelayENDP7例2无条件输出:编程控制系统板上扬声器发声。4765321061H端口8253与门放大器扬声器01控制其它外设扬声器控制电路图：T个数发声原理：向扬声器发送一串脉冲信号，推动扬声器内纸盆振动，发出声音脉冲的频率，控制音高；脉冲的个数，控制音长81.使61H端口的0位输出0，控制8253输出1。2.使61H端口的1位按所需频率交替输出0和1，产生所需的声音。编程方法：4765321061H端口8253与门放大器扬声器01控制其它外设扬声器控制电路图：9codeSEGMENTASSUMECS:codestart:MOVBX,3000H;控制脉冲个数MOVDX,6000H;控制脉冲周期INAL,61H;读入61H端口数据ANDAL,11111100b;D0为0，8253输出1sound:XORAL,00000010bOUT61H,AL;61H端口的D1交替为0和1MOVCX,DXdelay:LOOPdelay;延时DECBX;控制脉冲数JNZsoundMOVAH,4CHINT21HcodeENDSENDstart发声程序:61H端口8253与门放大器扬声器01控制其它外设T个数10将发声程序改编为一子程：入口参数BX控制音长DX控制音高思考：11二、条件传送方式(查询传送方式)实现方法：在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送特点：1.CPU通过不断查询外设状态，实现与外设的速度匹配2.CPU的工作效率低12查询传送方式，编程流程：NY从状态端口读入状态信息从数据端口传送一个数据外设准备好否？13例1查询方式输入假设外设的状态端口为21CH，其中D4=1时，表示外设数据准备好外设的数据端口为218H。实现从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中。21CH端口状态端口218H端口数据端口地址译码数据缓冲控制电路输入外备CPU地址线数据线控制线14查询方式输入接口状态端口D4=1表示外设准备好三态缓冲器输入设备数据线218H数据端口地址译码地址线状态端口地址译码锁存器IORRQD三态缓冲器+5vD421CHSTBPC总线IORA15~A0D7~D0&&MOVDX,218HINAL,DXMOVDX,21CHINAL,DX15从21CH状态端口读入外设状态信息从218H数据端口读入一个字节数据YND4=1,外设准备好否？N50H个数据传送结束？Y编程从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中16、、、MOVAX,SEGbuffer;取缓冲区首地址MOVDS,AXLEADI,bufferMOVCX,50H;传送个数next:MOVDX,21CHask：INAL,DX;从状态端口读入状态信息TESTAL,00010000B;检测D4位JZask;D4=0,继续查询MOVDX,218HINAL,DX;从数据端口读入数据MOV[DI],AL;送缓冲区INCDI;修改缓冲区指针LOOPnext;传送下一个、、、查询方式输入程序段:17例2查询方式输出假设外设的状态端口为21CH，其中D0=0时，表示外设准备好外设的数据端口为219H。编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设。21CH端口状态端口219H端口数据端口地址译码数据缓冲控制电路输出外设CPU地址线数据线控制线18查询方式输出接口状态端口D0=0表示外设准备好输出设备数据线219H数据端口地址译码地址线锁存器RDQ三态缓冲器+5vACKPC总线IORA15~A0D7~D0IOW状态端口地址译码D021CH&&MOVDX,219HOUTDX,ALMOVDX,21CHAsk:INAL,DXTESTAL,01hJNZask19从21CH状态端口读入外设状态信息将一字节数据送至219H数据端口YND0=0,外设准备好否？N80H个数据传送结束？Y编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设20、、、MOVAX,SEGbuffer;取缓冲区首地址MOVDS,AXLEASI,bufferMOVCX,80H;传送个数next:MOVDX,21CHask：INAL,DX;从状态端口读入状态信息TESTAL,00000001B;检测D0位JNZask;D0≠0,继续查询MOVAL,[SI];从缓冲区取数MOVDX,219HOUTDX,AL;从数据端口输出数据INCSI;修改缓冲区指针LOOPnext;输出下一个、、、查询方式输出程序段：21三、中断传送方式实现方法：1.当外设准备好，向CPU发出中断请求2.CPU在满足响应中断的条件下，发出中断响应信号；3.CPU暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，完成与外设的数据传送；4.CPU从中断服务程序返回，继续执行被中断的程序22中断服务程序发申请中断服务程序发申请中断方式下CPU执行程序流程外设23使用中断方式时:•外设准备数据，CPU执行程序,CPU与外设并行工作；•一旦外设准备就绪，外设向CPU发中断申请，CPU暂停原程序执行，响应中断，进行数据传输。此时，CPU与外设是串行工作。241.CPU和外设大部分时间处在并行工作状态,只在CPU响应外设的中断申请后，进入数据传送的过程2.中断传送方式提高了CPU的效率中断传送方式的特点：25中断方式输入接口:中断请求DQ三态缓冲器&&&中断屏蔽触发器Q端口译码地址总线D7--D0RDINTAINTR输入设备数据输入锁存器+5V某位未屏蔽，中断屏蔽触发器置‘0’，Q=026（1）当外设数据准备好，外设向接口电路发出选通信号:将数据打入锁存器；同时将中断请求触发器置“1”，（2）若此时,中断请求屏蔽触发器置“0”,=1，Q=0，允许本接口发出中断,接口电路向CPU发出中断请求信号INTR=1；（3）CPU在运行程序时不断访问INTR，若查到INTR=1信号，且CPU内部中断允许标志IF=1，则CPU在现行指令执行完后，暂停程序的执行，向接口电路发出中断响应信号INTA（4）外设把中断类型号送上数据总线；（4N）=（IP），（4（N+2））=（CS）（5）CPU转入中断服务程序，执行IN指令，读入数据；清除中断请求标志。当中断处理完后，返回原程序。Q27四、DMA传送方式(直接存储器存取方式)实现方法：1.由专用接口芯片DMA控制器(称DMAC)控制传送过程，2.当外设需传送数据时，通过DMAC向CPU发出总线请求；3.CPU发出总线响应信号，释放总线；4.DMAC接管总线，控制外设、内存之间直接数据传送28DMA传送方式过程CPUDMAC内存外设总线响应总线请求29DMA传送方式的特点1.外设和内存之间，直接进行数据传送，不通过CPU,传送效率高。适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间进行大批量数据传送。2.电路结构复杂，硬件开销较大。30接收接口往DMA控制器发出DMA请求信号后，DMA控制器能向CPU发出总线请求信号HOLD(高电平)。当CPU向DMA发出响应信号HLDA(高电平)以后，DMA能接管对总线的控制，进入DMA方式。能向地址总线发出内存地址信息，对其进行寻址及修改地址指针。能向存储器或外设发，命令。能决定传送字节数，并判断DMA传送是否结束。DMA过程结束，能向CPU发出DMA结束信号，HOLD变低,将总线控制权还给CPU，CPU恢复正常工作。DRWRDMA控制器功能31DMA控制器数据端口状态/控制端口地址寄存器计数器控制/状态寄存器CPU存储器HOLDHLDA数据缓冲寄存器DMA请求触发器输入设备DMA请求DMA响应ReadyDMA控制器工作原理32当外设输入数据准备好，外设向DMA发出一个选通信号，将数据送数据端口；向DMA发出请求。DMA控制器向CPU发出总线请求信号(HOLD）高电平。CPU在现行总线周期结束后响应，向DMA发出响应信号(HLDA）高电平；CPU放弃对总线控制，DMA控制器接管三态总线，接口将数据送上数据总线，并撤消DMA请求；内存收到数据以后，给DMA一个回答，于是DMA修改地址指针，改变传送字节数。检查传送是否结束。没有结束，下次接口准备好数据，再进行一次新的传输；当计数值计为0，DMA传输过程便告结束。DMA控制器撤消总线请求(HOLD变低)，在下一个时钟周期上升沿使总线响应HLDA变低，DMA释放总线，CPU取得总线控制权。DMA控制器工作原理（续）33传送结束?HLDA发存储器地址传送数据修改地址指针DMA结束NYDMA控制器工作原理（续）34用DMA方式进行输出过程与输入过程类似，只是在DMA控制器发出回答信号后接着发出的是I／O写信号和存储器读信号，数据传送方向与输入相反而已。DMA控制器工作原理（续）35第四节接口技术的现状与发展趋势(自学）一、接口技术的现状二、接口技术的发展趋势36一、接口技术的现状1．用简单的逻辑电路2．用可编程集成接口芯片3．用多功能的芯片组4.?(结合所学的数字电子技术,在并行接口实验报告上阐述)第四次实验报告371.用简单的逻辑电路采用简单的逻辑部件完成接口电路特点：原理清楚，但实际用得少。例1无条件输入接口例2无条件输出接口例3查询输入接口例4查询输出接口注意：教材中控制信号采用的是8088CPU工作于最小模式下的信号讲义中控制信号采用的是IBMPC/XT总线上的信号38例1无条件输入接口（参看教材图6-8）三态缓冲器输入设备数据线IOR地址译码地址线200H000D7~D0A15~A0与非PC总线注意：在逻辑门前输入信号的，表示对信号求反。与锁存器、三态门等控制端的意义不同。简单的逻辑电路：39例2无条件输出接口（参看教材图6-9）PC总线锁存器输出设备数据线IOW地址译码地址线300H000D7~D0A15~A0与非简单的逻辑电路：40例3查询输入接口状态端口D4=1表示外设准备好三态缓冲器输入设备数据线218H数据端口地址译码地址线状态端口地址译码