[工学]微机原理与接口技术PPT第七章.pptVIP

第七章 输入和输出技术 　接口：CPU与外设间的中间电路。 一、I/O接口的主要功能 1. I/O设备选择功能； 2. 对输入/输出数据进行缓冲和锁存； 3. 对数据的格式进行变换； 4. 与CPU和I/O设备进行联络； 2. 外部特性 　　　I/O接口是连接CPU系统和外设的桥梁，所以对其外部 　特性的掌握是实现I/O接口物理连接的基础。 　　　接口引脚根据其连接的对象又分为面向CPU一侧的信 　号和面向外设一侧的信号。对于面向CPU一侧的信号，一般 　都引出了数据线、地址线和控制线。 3. 基本接口的特点 1）“可编程” ：是指接口芯片的功能和工作方式可通过程序设定。 2）初始化程序：对接口芯片功能和工作方式等的定义，是通过向 　　　　　　　一些寄存器写入相应的信息来完成的，这样的写 　　　　　　　入程序一般称为接口芯片的初始化程序。 三、I/O接口的编址方法 1. I/O接口的统一编址 统一编址方式也称为存储器映象I/O寻址方式，即每一 　个端口占一个存储单元地址。如图 1）优点： 不需要专门的I/O指令； 端口寻址方式也就是内存的寻址方式，有利于I/O程序的设计。 2）缺点： I/O端口占用一部分存储器的地址空间； 在程序中不容易区分哪些指令是访问存储器、哪些指令是访问 　外设，所以程序不易阅读。 2. I/O接口的独立编址 独立编址方式，是将存储器和I/O端口当作两个完全独 　立的地址空间。如图 1）优点： 使用了专门的I/O指令，所以程序清晰易读； 因为I/O接口的地址空间独立且—般小于存储器的存储空 　间，所以其不占用存储器的存储空间，地址译码电路相 　对简单。 2）缺点： 访问端口的指令没有访问存储器的指令丰富。 CPU需设置专门的控制信号，区分存储器与端口访问。 7.2 输入/输出传送方式 一、程序方式 　　　即用输入、输出指令，控制信息传送的方式。 1. 无条件输入/输出 条件：输入/输出时，外设总是处于“准备好”状态。 硬件电路图：如图。 缺点：容易误读数据或数据丢失。 2. 条件输入/输出方式 程序流程：如图所示。 方式：轮流查询，即CPU主动询问每一个I/O设备，如图 优点：能较好地协调外设与CPU之间的定时关系； 缺点：aCPU需要不断查询设备的状态，这将占用CPU 　　　　　较多的时间； b难以满足实时控制系统对I/O工作的要求。 二、中断方式 　　I/O设备有输入/输出要求时，主动向CPU发出请求。 1. 8086/8088CPU的中断 　ＡCPU执行完每一条指令后，都会去查询外部是否有请求， 　　　若有，就暂停现行的程序，转去完成传送数据的任务。 　Ｂ当多个外设在同一时刻提出中断请求时，就引入了所谓中 　　　断优先权管理和中断嵌套等问题。 2. 优点： CPU避免了把大量时间耗费在查询状态信号的操作上，使 其工作效率得以大大地提高。 3. 缺点： 　1）很难实现系统中每一个外设都工作在最佳工作状态。 　2）CPU需要干预，故不能满足高速磁盘控制器或高速数据采 　集系统 三、DMA方式 1、概念 　　　数据在I/O接口与存储器之间传送时，不经CPU的干预， 　而是在专用硬件电路的控制下直接传送，这种方法称为直接 　存储器存取(Direct Memory Access，缩写为DMA)。 为实现 　这种工作方式而设计的专用接口电路，称为DMA控制器(DMAC) 2、DMA的工作过程： (1) 当外设准备好时，向DMAC发出DMA传送请求信号(DRQ)。 (2) DMAC收到请求后，向CPU发出总线请求信号HOLD，申 请占用总线。 (3) CPU在完成当前总线周期后会立即对HOLD信号进行响应。 (4) DMAC收到HLDA信号后，向外设发出DMA响应信号DACK 7.3 DMA控制器 7.3.1 DMA的基本原理 第三，CPU在当前总线周期执行结束，响应DMA 请求，发出总线应答信号HLDA，此时，由DMA控制器 接管对总线的控制。 第四，由DMA控制器对存储器寻址，并发出相应控 制信号（DACK、 及 ），使存储器与I/O接口之间 直接交换数据。 第五，在传送一字节数据后，DMAC自动修改存储 器地址和传送字节计数器，并检测传送是否结束。 第六，DMA传送结束，DMA控制器向CPU发出结 束信号，并释放总线，使CPU重新获得总线控制，恢复 正常工作。 7.3.2 D