接口技术03接口的工作方式

所有端口的访问是靠CPU的地址总线进行外译码 所有端口的访问是靠CPU的地址总线进行外译码 CPU的地址总线进行 选中接口芯片本身，并在接口芯片内通过内译码 选中接口芯片本身，并在接口芯片内通过内译码 进行选择控制的。 进行选择控制的。 所有端口和CPU间通过数据总线 CPU间通过数据总线进行数据传输 所有端口和CPU间通过数据总线进行数据传输 并行通讯），并通过控制总线所确定的读或写 ），并通过控制总线所确定的 （并行通讯），并通过控制总线所确定的读或写 总线周期来完成的 来完成的。 总线周期来完成的。 接口与外设间的通讯根据外设本身的特点， 接口与外设间的通讯根据外设本身的特点，可设 数据、状态或控制信号线。每类信号线可0 置数据、状态或控制信号线。每类信号线可0-n 一般串行通讯时较少， 根。一般串行通讯时较少， 并行通讯时较多。 并行通讯时较多。并行接口和串行接口的划分是 以外总线的数据信号线串行或并行划分的。 以外总线的数据信号线串行或并行划分的。
4.DMA
中断方式的缺点
– 数据传送仍经过CPU执行中断处理子程序==浪费 数据传送仍经过CPU执行中断处理子程序 浪费 执行中断处理子程序== – 中断向量的获取和转向需要花费额外的时间 – 进入和退出中断处理子程序需要断点、现场的保护和 进入和退出中断处理子程序需要断点、 恢复，浪费了时间==与传输无关 恢复，浪费了时间==与传输无关 – 进入中断和结束中断时，CACHE预取的指令全部作 进入中断和结束中断时，CACHE预取的指令全部作 废需重取。 废需重取。 – 数据传送仍是字符方式，每次一个字/字节 数据传送仍是字符方式，每次一个字/ – 总体上传输效率仍然低下！ 总体上传输效率仍然低下！
>
.
可用TEST语句 可用 语句
3.中断 3.中断
查询方式缺点： 查询方式缺点：
– 接口和CPU间串行工作，导致CPU利用率极低，大量反复的 接口和CPU间串行工作 导致CPU利用率极低 间串行工作， 利用率极低， 查询命令 – CPU查询时不能干别的事 CPU查询时不能干别的事 – 查询多个不同速度的外设时，导致无科学的优先级控制机制。 查询多个不同速度的外设时，导致无科学的优先级控制机制。 系统不具备实时性！ 系统不具备实时性！
二、 IO接口与外设的数据传送方式 IO接口与外设的数据传送方式
1.无条件传送方式 1.无条件传送方式
–外部设备始终是准备好的，能随时接收或提 外部设备始终是准备好的， 供数据。 供数据。 –例子：发光二极管、LED显示、开关量等 例子：发光二极管、LED显示 显示、 –接口要求：寻址功能、缓冲功能。 接口要求：寻址功能、缓冲功能。 –第一章已讲过此类例子：244、240等 第一章已讲过此类例子：244、240等
在中断传送时，CPU和外设处在并行工作的状态 在中断传送时，CPU和外设处在并行工作的状态 CPU不必在两个输入 不必在两个输入／ 下。CPU不必在两个输入／输出过程之间对接口 进行状态测试和等待，而可以去作别的处理， 进行状态测试和等待，而可以去作别的处理，因 为每当外部设备准备就绪时，会主动向CPU发中 为每当外部设备准备就绪时，会主动向CPU发中 断请求，由此而进入一个传输过程。 断请求，由此而进入一个传输过程。此过程完成 CPU又可以执行别的任务 又可以执行别的任务， 后，CPU又可以执行别的任务，而不是处在等待 状态，这样就大大提高了CPU的效率 的效率。 状态，这样就大大提高了CPU的效率。 中断方式需要专门的中断控制接口芯片完成中断 请求、中断屏蔽、优先级排队、向量提供、 请求、中断屏蔽、优先级排队、向量提供、中断 子程序地执行、中断结束、中断返回等。 子程序地执行、中断结束、中断返回等。8259A
一个输入／ 接口和 一个输入／输出过程可分为 CPU I／O接口和 I／O接口 外部设备 两个传输阶段 IO接口中的端口按照接口设计的需要可分为 接口中的端口按照接口设计的需要可分为数据 IO接口中的端口按照接口设计的需要可分为数据 状态口、控制口三类 三类， 口、状态口、控制口三类，某个接口可具备其中 任一类端口也可以是0 的1或多类端口 ，任一类端口也可以是0-N个 接口与CPU间是内总线 各类主板上总线） CPU间是内总线（ 接口与CPU间是内总线（各类主板上总线），接口 与外设间是外总线 设备总线） 外总线（ 与外设间是外总线（设备总线） 接口一般并不是直接挂在CPU CPU上 接口一般并不是直接挂在CPU上，而是挂在主板上 的各类总线上。 的各类总线上。各类总线是靠相应的接口芯片与 cpu或更高级别的总线进行通讯的 或更高级别的总线进行通讯的。 cpu或更高级别的总线进行通讯的。但平时为叙述 方便讲时依然如3 方便讲时依然如3说 如在8086/286系列微型机中， 8086/286系列微型机中 如在8086/286系列微型机中，各类接口芯片都挂 在系统总线上（是由8288总线控制器、8282/3地 8288总线控制器 在系统总线上（是由8288总线控制器、8282/3地 址锁存器、8286数据缓冲器等一起生成的 数据缓冲器等一起生成的）。 址锁存器、8286数据缓冲器等一起生成的）。
的是使用专门信息或作出某些规定。需要额外的时钟和 的是使用专门信息或作出某些规定。 同步控制硬件的支持。 同步控制硬件的支持。
举例：对磁盘信息的读写，计算机外部的同步通信。 举例：对磁盘信息的读写，计算机外部的同步通信。
以后要讲到的DMA方式、8251同步串行通讯等都采用 以后要讲到的DMA方式、8251同步串行通讯等都采用 方式 此方式。 此方式。
–第一章已举例详细讲解
2.查询传送方式 2.查询传送方式
无条件方式的缺点：外设和接口大都不是总 无条件方式的缺点： 准备好的，速度也远低于CPU和接口 和接口。 准备好的，速度也远低于CPU和接口。导致 数据的可靠性 可用性极低。 可靠性、 数据的可靠性、可用性极低。 定义：在数据传送之前， 定义：在数据传送之前，对目标设备的状态进
第三章 接口工作方式
史先俊 计算机硬件基础教研室
要点
接口的两面性 接口与外设的数据传送方式 接口与CPU间的数据传送方式 接口与CPU间的数据传送方式
一、接口的两面性
I/O 接口 AB CPU DB
状态口 数据口
数据 控制 状态 I/O 设备
CB
控制口
CPU与外设通过 与外设通过I/O接口通信示意图 与外设通过 接口通信示意图
中断方式： 中断方式：
– 外部设备中断CPU的工作，使CPU停止执行当前程序，而去 外部设备中断CPU的工作 的工作， CPU停止执行当前程序 停止执行当前程序， 执行一个为外部设备的数据输入输出服务程序， 执行一个为外部设备的数据输入输出服务程序，该服务程序称 为中断处理子程序或中断服务子程序。中断子程序执行完后， 为中断处理子程序或中断服务子程序。中断子程序执行完后， CPU又转回来执行原来的程序 被外界中断时， CPU又转回来执行原来的程序。被外界中断时，程序中下一条 又转回来执行原来的程序。 指令所在处称为断点，从中断服务程序返回时， 指令所在处称为断点，从中断服务程序返回时，从断点处继续 执行被中断的程序。 执行被中断的程序。
2.同步传送方式 2.同步传送方式
接口以某一确定的时钟速率和外设交换数据。是一种速 接口以某一确定的时钟速率和外设交换数据。 度较高的数据传送方式
对外设要求： 对外设要求：它适用于中等以上数据传送速率和按规
则间隔工作的外部设备
对接口要求：确定数据传送的起始与停止， 对接口要求：确定数据传送的起始与停止，通常采用
行查询， 行查询，确知外设已做好了传送数据的准备时再 进行数据传送，否则，CPU等待并持续不断地查 进行数据传送，否则，CPU等待并持续不断地查 一旦外设准备好，则立即进行读或写操作， 询，一旦外设准备好，则立即进行读或写操作， 这种方式称为查询传送方式。 这种方式称为查询传送方式。
对外设要求： 对外设要求：提供状态信息 对接口要求： 对接口要求：状态端口
3.应答方式 3.应答方式
又称握手(Hand shake)方式 又称握手(Hand shake)方式 ，或握手联络 方式等。 方式等。 对外设要求： 对外设要求：握手信号线 对接口要求：握手信号线， 对接口要求：握手信号线，相应的状态及 控制端口，当然还有数据端口。 控制端口，当然还有数据端口。有时还有 与CPU间的中断请求/应答信号。 CPU间的中断请求 应答信号。 间的中断请求/ 举例： 举例：打印机接口就是采用应答方式实现 与打印机的通讯。8255A方式 方式1 与打印机的通讯。8255A方式1和2。
查询方式输出：
74244 端口地址复用： 端口地址复用： 状态口和数据口 供用一个端口地 址00FFH D0 ~ D7 IOR A0 A7 ….. A8 A15 IOW …. > & O
8位缓冲器 位缓冲器
状态
D0
.
> >
O
数据 O0 O7
~
BUSY
D0
~
外 设
D7
74273 CP
8位D锁存器 位 锁存器 CP负脉冲输出 负脉冲输出 上升沿锁存 MOV DX，00FFH ， A1： IN AL ，DX ： AND AL ，01H JZ A1 MOV AL ，data OUT DX ，AL
二、 CPU与IO接口间数据传送方式 CPU与IO接口间数据传送方式
1.无条件传送方式 1.无条件传送方式
–简单IO方式。对应接口与外设间的无条件传送方式 简单IO方式。 IO方式
–对外设要求：随时都能读、写数据 对外设要求：随时都能读、 –对接口要求： 对接口要求：
输入接口：三态缓冲器 输入接口： 输出接口： 输出接口：输出锁存器
中断方式数据传送通路 输入指令
注意：硬盘的DMA与 注意：硬盘的DMA与 DMA PIO方式选择 PIO方式选择 1.CPU停机 1.CPU停机 2.周期窃 2.周期窃 挪用） 取（挪用） =wintel慢 =wintel慢 3.交替 3.交替
启动 测试I/O设备状态 设备状态 测试 N 准备就绪？ 准备就绪？ Y 执行数据传送 I/O设备暂停 设备暂停 结束
例如： 例如：ຫໍສະໝຸດ Baidu入程序
TEST:IN AL ,2: 将二号端口内容 送于AL . 送于 AND AL,0010H; 为析取第 四位而屏蔽其余各位. 四位而屏蔽其余各位 JZ TEST; 若忙 则转向 若忙,则转向 TEST,循环测试 循环测试. 循环测试 IN AL, 1; 1号端口数据输 号端口数据输 入至累加器A; 入至累加器
并行接口
CPU
I/O 接 口
“Ready” “Strobe”
I/O 设 备
输入过程
握手信号线：ready和 握手信号线：ready和strobe 1. Ready有效时，外设将数据通过数据线送到I/O接口，同 Ready有效时，外设将数据通过数据线送到I/O接口，同 时通过握手线Strobe送“数据选通”信号（脉冲信号， 时通过握手线Strobe送“数据选通”信号（脉冲信号， 有个跳变、上升沿/ 有个跳变、上升沿/下降沿，不需要维持多长时间），接 口给出Ready无效信号。 口给出Ready无效信号。 2. CPU检查接口是否 “数据准备好”。(中断或查询等) CPU检查接口是否 “数据准备好”。(中断或查询等) 3. 若 “数据准备好” ，则CPU 读数据。IOR_信号有效 ，则CPU 读数据。IOR_信号有效 4. 接口把“Ready”有效送往外设。告诉外设上一个数据已 接口把“Ready”有效送往外设。告诉外设上一个数据已 取走，可再送下一个数据。（IOR_使Ready有效） 取走，可再送下一个数据。（IOR_使Ready有效）
输出过程： 输出过程：打印机接口
握手联络信号线STROBE_/状态 握手联络信号线STROBE_/状态 BUSY（ACK_也可 也可） 线BUSY（ACK_也可）
STROBE BUSY ACK
异步串行采用起始位、 异步串行采用起始位、停止位方式
串 行 接 口
同步串行通讯采用同步字符
SYN SYN SOH 标题 STX 数据块 ETB/ETX 块校验