微机原理与接口技术第06章.pptVIP

第六章 输入/输出 李宝平 计算机学院通信工程系 libaoping @hpu.edu.cn 第六章 输入/输出 本章内容 基本概念 接口的作用和功能 I/O端口的编址 输入/输出数据的传输控制方式 无条件、查询、中断、DMA DMA* DMA的基本概念 DMA工作过程 DMA的三种传输方式 什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路，I/O接口就是CPU与外设的连接部件。 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是I/O接口电路 I/O接口要解决的问题 信息变换，信号形式匹配(A/D、D/A；串/并，并/串) 速度协调，速度匹配(Buffer) 辅助与缓冲 具体地说，I/O接口应具有以下主要功能或其中的一部分功能： 1）寻址功能：对送来的片选信号进行识别。 2）输入/输出功能：根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。 3）数据转换功能： A/D转换功能、D/A转换功能、串/并转换功能、并/串转换功能等。 4）联络功能：就绪信号，忙信号等。 5）中断管理：发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理功能。 6）错误检测：奇偶校验，循环冗余校验，海明码校验。 7）可编程：可编程功能意味着I/O接口具有较强的通用性、灵活性和可扩充性，即在不改变硬件设计的条件下，I/O接口可以接收并解释CPU的控制命令，从而改变接口的功能与工作方式。 6）复位：接收复位信号，从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。 I/O端口： I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。 传送这三类信息的通道分别称为： 数据端口(I/O)、状态端口(I)、命令端口(O) 。 不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址(或端口号)。 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。 I/O接口电路的基本结构 　　　 定义 把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。 优点 指令统一，灵活； 访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。 缺点 内存可用地址空间减小 地址长，指令代码长，相应地读写执行时间也较长 例如: MCS-51单片机 定义: 外设地址空间和内存地址空间相互独立。 优点：内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号 6.2 输入输出数据的传输控制方式 I/O接口电路基础：三态缓冲器/锁存器 问题：CPU与外设的工作速度不一致，尤其是当外设由其他CPU或时序电路控制时更加明显，应如何解决效率和可靠性。 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，再执行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，响应速度慢; 3. 适用于简单、慢速的或实时性要求不高的外设。 条件传送方式(查询传送方式) 一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输入设备来说，它能够提供“准备好”（“READY”）信号，“READY” ＝1 表示输入数据已准备好。输出设备则提供“忙” (“BUSY”)信号，“BUSY”＝1表示当前时刻不能接收CPU来的数据，只有当“BUSY”＝0时，才表明它可以接受来自于CPU的输出数据。 过程： 输入操作的程序流程如图所示： 对READY的状态查询，是通过读状态端口的相应位来实现的，输出的情况亦大致相同，这种传送控制方式的最大优点是，能够保证输入/输出数据的正确性。 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 1. 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。 3. 对外设的请求能作出实时响应, 可处理故障。 4. 适于实时、快速、复杂的外设，但不适用于大量、高速频繁数据交换?DMA。 DMA传输方式 前面3种I/O方式共性: 都需要CPU作为中介： 外设 CPU 内存 两个含义： 1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）； 2）硬件