微型计算机原理第七章 输入输出系统PPT课件
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计算机硬件基础7计算机输入输出(对应教材第7章)PPT课件
DMAC提供。
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DMA控制方式
优点： ❖ 数据传输由DMA硬件来控制，数据直
接在内存和外设之间交换，可以达到 很高的传输速率（可达几MB/秒）
21
DMA控制方式
MEM BUS
… 控制信号
HOLD
DRQ
CPU
DMAC
HLDA
外设 接口
DACK 22
DMA控制方式的工作过程
❖ 外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； ❖ DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信
❖ 例：从外设向内存传送一个字节
DMAC向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储 器的地址和存储器写信号和AEN信号。
24
DMA控制方式的工作过程
❖ DMA控制器自动修改地址和字节计数 器，并判断是否需要重复传送操作。当 规定的数据传送完后，DMA控制器就 撤销发往CPU的HOLD信号。CPU检测 到HOLD失效后，紧接着撤销HLDA信 号，并在下一时钟周期重新开始控制总 线。
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五、输入输出处理机控制方式
❖ 具有自己的指令系统的专用主机 ❖ 专门负责外部设备的控制 ❖ 常用于大、中型计算机
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7.3 中断控制技术
掌握： ❖ 中断的基本概念 ❖ 中断响应的一般过程 ❖ 中断向量表及其初始化 ❖ 8088/8086中断系统
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7.3.1 中断的基本概念
❖ CPU执行程序时，由于发生了某种随机 的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中 断正在运行的程序，转去执行一段特殊 的服务程序(称为中断服务程序或中断 处理程序)，以处理该事件，该事件处 理完后又返回被中断的程序继续执行， 这一过程称为中断。
6
操作系统输入输出系统PPT课件
内部中断：你正在吃饭，这时碗里的饭没有了，你要去盛饭，盛 了饭回来继续吃，在这里吃饭依然是你目前正在处理的一个程序， 碗里的饭没有了相当于是一个中断，这个中断是由你吃饭引起了， 相当于系统中的标志位溢出；
40
4. 向量与非向量中断
中断向量是指向量中断在中断事件在提出 中断请求时，通过硬件向主机提供的中断向 量地址。中断向量由中断源的有关硬件电路 殊功能的处理器，
它能独立地执行通道程序，产生相应的 控制信号，实现对外设的统一管理和外 设与主存间的数据传送。
32
但它不是一个独立的处理器，需要
在CPU的I/O指令的指挥下才能启动、停
止和改变工作状态，其运行的程序一般
也放在CPU程序存储空间中。
33
4. I/O处理机方式 I/O处理也叫外围处理机，I/O处理机
划出地址给I/O端口，优点类型多，功能 全，缺点使存储器的可用地址空间变小。
17
18
2. I/O独立编址
19
20
输人输出设备的控制 1. 程序控制
21
（1）无条件传送方式
22
（2）条件控制方式
条件控制方式又称为程序查询方式。 在这种方式中，计算机的主机在与外设 传送信息时需先检查外设的或主机的工 作状态。
39
3. 内部中断和外部中断:
外部中断是指外部有中断源时执行相应的中断程序，主要是指 INT0,INT1,通讯中断；内部中断主要是指定时器/计数器中断， 装栈溢出后置位相关特殊寄存器来执行中断；
举一个例子，外部中断：你在吃饭，这时候电话响了，你暂时放 下餐具去接听电话在这里吃饭是你目前正在执行的程序，电话响 了，是一个中断源，他是随机的，不定时发生，接完电话（处理 完中断事件）你回来继续吃，（继续执行中断点没有做处理完的 程序）
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4. 向量与非向量中断
中断向量是指向量中断在中断事件在提出 中断请求时，通过硬件向主机提供的中断向 量地址。中断向量由中断源的有关硬件电路 殊功能的处理器，
它能独立地执行通道程序，产生相应的 控制信号，实现对外设的统一管理和外 设与主存间的数据传送。
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但它不是一个独立的处理器，需要
在CPU的I/O指令的指挥下才能启动、停
止和改变工作状态，其运行的程序一般
也放在CPU程序存储空间中。
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4. I/O处理机方式 I/O处理也叫外围处理机，I/O处理机
划出地址给I/O端口，优点类型多，功能 全，缺点使存储器的可用地址空间变小。
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2. I/O独立编址
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输人输出设备的控制 1. 程序控制
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（1）无条件传送方式
22
（2）条件控制方式
条件控制方式又称为程序查询方式。 在这种方式中，计算机的主机在与外设 传送信息时需先检查外设的或主机的工 作状态。
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3. 内部中断和外部中断:
外部中断是指外部有中断源时执行相应的中断程序，主要是指 INT0,INT1,通讯中断；内部中断主要是指定时器/计数器中断， 装栈溢出后置位相关特殊寄存器来执行中断；
举一个例子，外部中断：你在吃饭，这时候电话响了，你暂时放 下餐具去接听电话在这里吃饭是你目前正在执行的程序，电话响 了，是一个中断源，他是随机的，不定时发生，接完电话（处理 完中断事件）你回来继续吃，（继续执行中断点没有做处理完的 程序）
微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路
编程并行接口芯片8255A
二、 8255的内部结构
编程并行接口芯片8255A
三、8255的引脚功能
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
8251可编程通信接口
二、8251的结构和引脚特性
数据总线缓冲器
状态 缓冲器
发送数据/命 令缓冲器
接收数 据缓冲 器
RESET CLK C/D RD WR CS DTR DSR RTS CTS
读/写 控制电 路
发送器 P S
TxD
发送 控制 接收 控制 接收器 S P
TxRDY TxE TxC RxRDY SYN DET RxC RxD
输入/输出接口概述
五、 I/O接口的分类 通用接口 专用接口 串行接口 并行接口
编程并行接口芯片8255A
一、 8255A的主要特性
有3个8位并行数据I/O口PA、PB和PC口及1个8位控 制口CWR。 可编程设置方式0、方式1、方式2三种不同的工作方 式，用于无条件传送、查询传送和中断传送。 有两个控制字决定8255A的工作方式，通过编制初始 化程序，使用OUT指令从控制寄存器端口写入。有 一个状态字可供查询，使用IN指令从C端口读出。 提供兼容的TTL电平接口，原则上适用于需并行输入 输出的I/O设备。
第 微型计算机的输入输出PPT课件
2、接口的用途
进行地址译码或设备选择，以便使CPU能与某一指定的外部设备通讯； 状态信息的应答，以协调数据传送之前的准备工作； 进行中断管理，提供中断信号；
第1页/共20页
进行数据格式转换，如正负逻辑的转换，串行与并行数据转换等； 进行电平转换，如TTL电平与MOS电平间的转换； 协调速度，如采用锁存、缓冲、驱动等； 时序控制，提供实时时钟信号。
第13页共20页查询方式的输入接口电路第14页共20页查询方式的输出接口电路第15页共20页查询方式的输出接口电路举例第16页共20页8086cpu的输入输出18086cpu的io指令aln字节输入axn字输入outnal字节输出outnax字输出第17页共20页2dx寄存器间接寻址输入十六位端口地址字输入outdxal字节输出outdxax字输出第18页共20页2有关端口地址问题8086cpu与外设交换数据可以字或字节进行当以字节进行时偶地址端口的字节数据由低8位数据线d7d0位传送奇地址端口的字节数据由高8位数据线d15d8传送当用户在安排外设的端口地址时如果外设是以8位的方式与cpu连接就只能将其数据线或者与cpu的低八位或者与高八位连接这样同一台外设的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址这时设备的端口地址就会是不连第19页共20页感谢您的观看
查询方式的输入接口电路
第14页/共20页
查询方式的输出接口电路
第15页/共20页
查询方式的输出接口ห้องสมุดไป่ตู้路举例
第16页/共20页
四、 8086CPU的输入/输出
1、8086CPU的I／O指令
（1） 直接寻址输入／输出指令(八位端口地 址) IN AL，n (字节输入) IN AX，n (字输入) OUT n，AL (字节输出) OUT n，A第X17页/共(2字0页输出)
进行地址译码或设备选择，以便使CPU能与某一指定的外部设备通讯； 状态信息的应答，以协调数据传送之前的准备工作； 进行中断管理，提供中断信号；
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进行数据格式转换，如正负逻辑的转换，串行与并行数据转换等； 进行电平转换，如TTL电平与MOS电平间的转换； 协调速度，如采用锁存、缓冲、驱动等； 时序控制，提供实时时钟信号。
第13页共20页查询方式的输入接口电路第14页共20页查询方式的输出接口电路第15页共20页查询方式的输出接口电路举例第16页共20页8086cpu的输入输出18086cpu的io指令aln字节输入axn字输入outnal字节输出outnax字输出第17页共20页2dx寄存器间接寻址输入十六位端口地址字输入outdxal字节输出outdxax字输出第18页共20页2有关端口地址问题8086cpu与外设交换数据可以字或字节进行当以字节进行时偶地址端口的字节数据由低8位数据线d7d0位传送奇地址端口的字节数据由高8位数据线d15d8传送当用户在安排外设的端口地址时如果外设是以8位的方式与cpu连接就只能将其数据线或者与cpu的低八位或者与高八位连接这样同一台外设的所有寄存器端口地址都只能是偶地址或是奇地址这时设备的端口地址就会是不连第19页共20页感谢您的观看
查询方式的输入接口电路
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查询方式的输出接口电路
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查询方式的输出接口ห้องสมุดไป่ตู้路举例
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四、 8086CPU的输入/输出
1、8086CPU的I／O指令
（1） 直接寻址输入／输出指令(八位端口地 址) IN AL，n (字节输入) IN AX，n (字输入) OUT n，AL (字节输出) OUT n，A第X17页/共(2字0页输出)
微机原理与接口技术第7章输入输出系统课件
进制数，而串行通信是在一根通信线上传送一位二进制数，所以，在其 他因素都相同的条件下，并行通信的速度远高于串行通信。
⑶ 在通信成本方面，由于集成电路的快速发展，使接口芯片的成本很低， 通信系统的硬件成本主要是通信线路，因此，并行通信系统的硬件成本 远高于串行通信。
⑷ 在抗干扰方面，由于串行通信多用于远距离通信，信息在传送过程中， 会受到各种因素的干扰，例如，电磁场干扰，在雷雨天来自雷电的干扰 等，所以串行通信需要有比并行通信更多地抗干扰措施。
图7-8 同步方式通信的字符格式
同步通信要求进行信息传输的双方必须使用同一个时钟进行协调，正是这个时 钟确定了同步串行传输过程中每1位的起止位置。因此，采用同步方式在传输 数据的同时，还必须传输时钟信号。 异步通信不需要同步字符，也不需要发送的数据流是连续的，两个字符之间的 间隔是任意的，可以准备好一个数据就发送一个，所以，每个字符的前后都要 有一些数位来作为分隔符，即起始位和停止位，用以指示每一个字符的开始和 结束。异步通信的字符格式如图7-9所示。
。大多数可编程串行接口可以检测三种错误——奇偶校验错误、信息帧
格式错误和溢出错误。 ⑴ 奇偶校验错误 接收端按照事先约定的方式进行奇偶效验，然后将奇偶效验的期望值与
实际值进行比较，如果两者不一致，便把奇偶状态位置位，供其他设备 查询。 ⑵ 信息帧格式错误 以起始位开头停止位结束的二进制序列称为一帧。当接收器应该接收到 停止位而未接收到停止位时，便发生了信息帧格式错误，于是接收器的 帧状态位置位。产生信息帧格式错误的原因可能是接收器或发送器的问 题、传输线路的干扰以及接收器时钟误差超出允许值等造成的。 ⑶ 溢出错误 在接收数据的过程中，当接收移位寄存器接收到一个正确的字符数据时， 会把串行数据经移位后并行装入接收数据寄存器，并要求CPU及时读取该 数据，如果CPU未能及时读取数据，下一个数据就无法进入接收数据寄存 器，而占用接收移位寄存器，当再下一个数据进入接收移位寄存器时， 就会把原接收移位寄存器中的数据冲掉，这就发生了溢出错误，溢出错 误常被称为覆盖错误。
《输入输出系统 》课件
详细描述
物联网技术将使家居用品和设备实现互联互 通，用户可以通过手机、平板等设备远程控 制家中的电器、照明、安全系统等。智能家 居系统可以根据用户的生活习惯和需求自动 调节室内温度、湿度、照明等，提高居住的
舒适度和能源利用效率。
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
随着传感器技术、微处理器技术和人机交 互技术的发展，可穿戴设备的功能将越来 越强大，能够监测用户的健康状况、提供 运动数据、甚至实现远程控制。它们将不 仅仅是一种时尚配件，而是成为人们生活 中不可或缺的一部分。
虚拟现实与增强现实技术
总结词
虚拟现实与增强现实技术是未来输入输出系 统的另一重要趋势，它们将为用户提供更加 沉浸式的体验和更加真实的交互方式。
常见的音频接口包括3.5mm接口、RCA接口、光纤 接口等，不同的接口有不同的传输质量和效果。
音频质量
音频采样率、比特率、声道数等都会影响音频质量 。
投影仪
投影仪类型
LCD投影仪、DLP投影仪、3LCD投影仪等，每种 投影仪都有其独特的特点和应用场景。
投影画面尺寸
投影画面尺寸可以根据实际需要调整，但也会受 到投影仪性能的限制。
喷墨打印机、激光打印机、热升华打印机等，每种打 印机都有其适用的打印需求和场景。
打印介质
纸张、照片纸、光面纸等，不同的打印介质会影响打 印质量和效果。
打印质量
分辨率、颜色鲜艳度、墨水质量等都会影响打印质量 。
音响设备
音响类型
立体声、环绕声、家庭影院等，不同的音响类型有 不同的音效表现和适用场景。
音频接口
详细描述
虚拟现实技术通过创建虚拟的环境，使用户 仿佛置身于一个全新的世界中。增强现实技 术则通过将虚拟元素与现实世界相结合，增 强用户的感知和认知。这些技术将广泛应用 于游戏、教育、医疗等领域，为用户带来更 加丰富和深入的体验。
《输入输出系统 》课件
应用拓展
语音识别和语音合成技术的发展，使得语音输入输出成为可能 人工智能技术的发展，使得智能输入输出成为可能 虚拟现实技术的发展，使得沉浸式输入输出成为可能 物联网技术的发展，使得远程输入输出成为可能
产业变革
智能化：人工智 能、大数据等技 术的应用，使输 入输出系统更加 智能化
网络化：互联网、 物联网等技术的 发展，使输入输 出系统更加网络 化
个性化：用户需 求的多样化，使 输入输出系统更 加个性化
绿色化：环保意 识的提高，使输 入输出系统更加 绿色化
未来展望
人工智能技术的应用：AI技术在 输入输出系统中的应用将越来越 广泛，如语音识别、图像识别等。
5G技术的普及：5G技术的普及将 极大地提高输入输出系统的传输 速度和稳定性。
添加标题
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输入设备应用场景
键盘：用于文字输入、 编程、游戏等
鼠标：用于图形界面操 作、游戏等
触摸屏：用于智能手机、 平板电脑等设备
扫描仪：用于将纸质文 件转换为电子文件
语音识别：用于语音输 入、语音控制等
手势识别：用于虚拟现 实、增强现实等应用
输入设备发展趋势
智能化：输入 设备将更加智 能化，能够自 动识别和适应 用户的输入习
惯
无线化：无线 输入设备将逐 渐取代有线设 备，提高用户 的使用便捷性
多样化：输入 设备将更加多 样化，满足不 同用户的需求
和场景
集成化：输入 设备将与其他 设备进行集成， 提高设备的使 用效率和便捷
性
03
输出系统
输出设备种类
显示器：用于显示图像和文字
音响：用于播放音频
添加标题
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打印机：用于打印文档和图像
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IN AL,i8 ;字节输入
演示
IN AL,DX ;字节输入
IN AX,i8 ;字输入
IN AX,DX ;字输入
输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设）
OUT i8,AL ;字节输出
演示
OUT DX,AL ;字节输出
OUT i8,AX ;字输出
OUT DX,AX ;字输出 4
I/O寻址方式
I/O数据存取与存储器数 据存取一样灵活
缺点：
I/O端口要占去部分存储 器地址空间
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
FFFFF
存储器空间
内存 部分
00000
I/O 部分
17
2、80486的数据传送方式
程序控制下的数据传送——通过CPU执行程 序中的I/O指令来完成传送，又分为：无条件 传送、查询传送、中断传送
15
⑴ I/O端口单独编址
优点：
I/O端口的地址空间独立
FFFFF
控制和地址译码电路相对简单
专门的I/O指令使程序清晰易读
内存
缺点：
空间 FFFF
I/O
I/O指令没有存储器指令丰富
空间
0
80x86采用I/O端口独立编址
16
⑵ I/O端口与存储器统一编址
优点：
不需要专门的I/O指令
⑴ 数据寄存器 输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令
13
接口电路的外部特性
主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
数据总线DB
数据寄存器
数据
CPU
外设
地址总线1A. B接口电状态路寄的存内器 部结构状态
控制总线23C.. B接接口 口电 电控制路 路寄的 芯存外 片器 部 的特 分性 类控制
4. 接口电路的可编程性
12
接口电路的内部结构
CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交 换，于是从应用角度看内部：
mov dx,21h in al,dx mov ah,al
；方法1：直接寻址，字量输入
in ax,20h
dec dx
；方法2：间接寻址，字量输入
in al,dx
mov dx,20h
in ax,dx 7
OUT指令实例（向300H端口输出一个字节）
；唯一的方法：间接寻址，字节量输 出 mov al,bvar ；bvar是字节变量 mov dx,300h out dx,al
+5V
K0 K1
K7
… …
D0～D7
inocjnmauolattpl ladd,ndlxeex,lxaaty； ；lC锁LL从 反S8存K输 相2D7器入3； ； ；端送 调 重口输 子 复读驱出 程L反开动S端 序关相0口 延器6状显 时态示LLEEDD07
直接存储器存取（DMA）——传送请求由外 设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向 CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来 完成外设和存储器间的数据传送
I/O处理机——CPU委托专门的I/O处理机来管 理外设，完成传送和相应的数据处理
18
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
8
I/O接口的主要功能
⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存
输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换
微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量
⑶ 对I/O端口进行寻址 ⑷ 与CPU和I电路
80486的端口有64K个，无需分段，设计有 两种寻址方式
❖ 直接寻址：只用于寻址00H ~ FFH前256个 端口，操作数i8表示端口号
❖ 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口， DX寄存器的值就是端口号
对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式
5
数据交换方式
如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别
数
据
74LS244
总
线
G1 G2
CS
RD
10K x 8 +5V
MOV DX, 160H IN AL, DX
22
无条件传送：输出示例
D7 ～ D0 A15 ～ A1 A0
IOW
地址 译码
器 0160H
CS
数据 锁存
器
输出 设备
MOV DX, 160H MOV AL, [BX] OUT DX, AL 23
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
14
I/O端口的编址
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间 如M6800
送AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应低地址端口）和AH（对应
高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口
6
IN指令实例（从20H端口输入一个字）
；方法3：直接寻址，字节量输入
in al,21h
mov ah,al in al,20h
；方法4：间接寻址，字节量输入
第6章 输入/输出系统
1
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
本章重点： 1、80486输入/输出指令 2、80486的输入/输出方式
3
1、80486的输入输出指令
输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX）
适合于简单设备，如LED数码管、按键或按 纽等
无条件传送的接口和操作均十分简单 这种传送有前提：外设必须随时就绪
流程
19
无条件传送：输入示例
D7～D0 A15～A1
A0 IOR
地址 译码 器 0160H
CS
三态 缓冲
器 OE
I/O 装置
MOV DX, 160H IN AL, DX 21
无条件传送：输入实例
无条件传送：输出实例
+5V 300 x 8
数
据
74LS373
总
线
LE OE
CS
WR
MOV DX, 160H
MOV AL, [BX]
OUT DX, AL
24
无条件传送：输入输出接口
A0～
译码
A15 8000
IOR H IOW
G LS244 三态
next: mov dx,8000h 缓；D冲X器指向数据端口