第5章微型计算机和外设的数据传输

第五章微型计算机接口和外设的数据传输微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(2)本章重点•接口电路的功能•接口部件和I/O端口•CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合•中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程•DMA方式的原理和DMA控制器的功能微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(3)I/O接口概述•接口电路按功能可分为两类:•使微处理器正常工作所需的辅助电路•输入输出接口电路（2）为什么要用接口电路为什么需要I/O接口（电路）？微机的外部设备多种多样，其工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大，它们不能与CPU直接相连，必须经过中间电路再与系统相连微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(4)5.2CPU和输入输出设备之间的信号•CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息,又分为：•数字量•模拟量•开关量（2）状态信息（3）控制信息微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(5)5.3接口部件的I/O端口•数据端口•状态端口•控制端口或命令端口微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(6)I/O接口的主要功能•寻址功能•输入/输出功能•数据转换功能•联络功能•中断管理功能•复位功能•可编程功能•错误检测功能微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(7)外设通过接口和系统的连接•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(8)5.4CPU和外设之间的数据传送方式•解决定时问题的三种传送方式：•程序方式•中断方式•DMA方式微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(9)5.4.1程序方式•1.无条件传送方式图无条件传送方式的工作原理微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(10)无条件传送方式及其接口•在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送（演示）•适合：简单设备，如LED数码管、按键或按纽等•优点：无条件传送的接口和操作均十分简单•前提：外设必须随时就绪微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(11)无条件传送：输入示例IOR三态缓冲器OEI/O装置地址译码器CSD7～D0A15～A1A00160HMOVDX,160HINAL,DX微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(12)无条件传送：输入实例MOVDX,160HINAL,DX74LS244+5V10Kx8G1G2数据总线CSRD微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(13)无条件传送：输出示例地址译码器数据锁存器A15～A1IOWA0CS0160H输出设备D7～D0MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(14)无条件传送：输出实例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL+5V74LS373300x8LEOE数据总线CSWR微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(15)无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0～D7A0～A15CLKLS06反相驱动器LS2738D锁存器LS244三态缓冲器8000H译码+5VLED0LED7……GIOWIORnext:movdx,8000h;DX指向数据端口inal,dx;从输入端口读开关状态notal;反相outdx,al;送输出端口显示calldelay;调子程序延时jmpnext;重复微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(16)无条件传送实例•例：用无条件传送方式编写产生任意波形、任意频率的脉冲信号程序。•现给定三种波形A、B和C。•其中时间间隔T=10ms，每种波形由T1～T8共八个状态组成，要求连续重复发送T1～T8信号。微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(17)2.条件传送方式（1）条件传送的概念（2）条件传送的三个环节：•CPU从接口中读取状态字•CPU检测状态字•传送数据微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(18)查询传送的两个环节⑴查询环节•寻址状态口•读取状态寄存器的标志位•若不就绪就继续查询，直至就绪⑵传送环节•寻址数据口•是输入，通过输入指令从数据端口读入数据•是输出，通过输出指令向数据端口输出数据流程输入状态就绪？数据交换YN微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(19)查询式输入的接口电路•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(20)查询式输出的接口电路•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(21)•查询式输入过程的流程图微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(22)查询输入接口IOR+5V8D锁存器8位三态缓冲器译码1位三态缓冲器RQA0～A158000H8001HD0～D7D0D输入设备IORSTBmovdx,8000h;DX指向状态端口status:inal,dx;读状态端口testal,01h;测试标志位D0jzstatus;D0＝0，未就绪，继续查询incdx;D0＝1，就绪，DX指向数据端口inal,dx;从数据端口输入数据微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(23)查询输出接口8D锁存器译码1位三态缓冲器RQA0～A158000H8001HD0～D7D7D+5V输出设备ACKIOWIORmovdx,8000h;DX指向状态端口status:inal,dx;读取状态端口的状态数据testal,80h;测试标志位D7jnzstatus;D7＝1，未就绪，继续查询incdx;D7＝0，就绪，DX指向数据端口moval,buf;变量buf送ALoutdx,al;将数据输出给数据端口微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(24)查询方式的EEPROM编程2817AA0～A10A0～A108000HI/O0～I/O7D0~D7D0译码A11～A19译码A0～A15RDY/BUSYIORWERDMEMWMEMRCEnext:moval,55h;写入内容＝55Hmov[bx],al;写入存储单元nop;空操作指令，起延时作用nopnext1:inal,dx;查询状态口testal,01h;测试D0jznext1;D0＝0，芯片还在写入incbx;D0＝1，写毕，指针移动loopnext;循环至全部字节写完微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(25)查询式数据采集系统8086/8088CPUA/D转换234多路开关数据端口读选通8位数据1位状态控制端口写选通状态端口读选通启动D4数据READYD7D0D1D21个模拟量8个输入模拟量A0A7…微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(26)查询传送方式及其接口•CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出•对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换•查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(27)5.4.2中断方式断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点•CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序流程微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(28)5.4.2中断方式•1.中断传送方式的原理微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(29)可屏蔽中断的响应和执行•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(30)2.中断优先级问题的解决(1)解决中断优先级的三种办法：•软件查询方式•简单硬件方式——菊花链法•专用硬件方式(2)三种方法的优缺点•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(31)中断优先级菊花链及其逻辑电路•(a)菊花链微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(32)典型的可编程中断控制器•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(33)5.4.3DMA方式•1.DMA传送方式的提出•DMA传送方式的优点•数据传输率微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(34)DMA传送方式•希望克服程序控制传送的不足：外设→CPU→存储器外设←CPU←存储器•直接存储器存取DMA：外设→存储器外设←存储器•CPU释放总线，由DMA控制器管理微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(35)DMA传送的工作过程⑴CPU对DMA控制器进行初始化设置⑵外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：CPU将总线交给DMAC控制⑶DMA传送•DMA读存储器：存储器→外设•DMA写存储器：存储器←外设⑷自动增减地址和计数，判断传送完成否微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(36)DMA传送流程HLDA发存储器地址传送数据传送结束？DMA结束修改地址指针流程微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(37)•DMA控制器的功能：•向CPU发总线请求信号•实行对总线的控制•修改所用的存储器或接口的地址指针•发读写控制信号•存放数据长度•交还总线控制权微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(38)DMA传输单个数据(输出过程)的原理•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(39)DMA控制器的内部最小配置和接口要求•微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(40)从接口往内存传输一个数据块的过程：①接口往DMA控制器发一个DMA请求②得到总线控制权③地址寄存器的内容送地址总线④通知接口将数据送到数据总线⑤数据送到所指单元⑥地址寄存器的值加1⑦字节计数器的值减1⑧如字节计数器的值不为0，则回到①;否则结束微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(41)DMA传输对接口的要求：①控制寄存器有1位指出数据传输方向②控制寄存器有1位用来启动I/O操作③状态寄存器有1位指出设备当前是否处于忙状态微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(42)DMA传输对DMA控制寄存器的要求：①有1位作为DMA允许位②有1位用来确定DMA方向③有1位决定进行一次传输后放弃还是维持对总线的控制权④状态寄存器有1位表示数据块传输是否结束微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(43)对DMA控制器和接口部件预置的信息：①往DMA控制器的字节计数器设置初值②往DMA控制器的地址寄存器中设置地址初值③对DMA控制器设置控制字并启动DMA操作④对接口部件设置控制字并启动I/O操作微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(44)启动数据块输入的例子IDLE:INAL,INTSTAT;检测设备是否处于忙状态，如是，则等待TESTAL,04JNZIDLEMOVAX,COUNT;设置计数OUTBYTE-REG,AXLEAAX,BUFFER;设置地址初值OUTADD-REG，AX微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(45)MOVAL，DMAC;取原DMA控制字ORAL，49H;设置方向、块传输;和允许标志OUTDMACON,AL;置DMA控制字MOVAL，INTC;设置接口的传输方向;及允许标志ORAL，05HOUTINTCON,AL;设置接口的控制字微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(46)3.DMA控制器的工作特点•是一个接口电路•能够控制系统总线•操纵外设和存储器之间的数据传输微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(47)5.4.4输入输出过程中提出的几个问题•1.系统如何知道接口已准备好数据等待CPU提取或者准备接收CPU的数据?•2.当系统中有几个设备处于同一种传输方式之下、而且同时发传输请求时，系统到底先响应哪个请求?微机原理第五章微型计算机和外设的数据传输(48)传送方式的比较•无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步•查询传送：简单实用，效率较低•中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销•DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送本章学习到此结束，谢谢！本章学习到此结束!