第九章-输入输出方法及常用的接口电路-2

N
Y
查询方式输入程序段:
...... MOV MOV LEA MOV next: MOV ask： IN TEST JZ MOV IN MOV INC LOOP ...... AX, SEG buffer DS, AX DI, buffer CX, 50H DX, 21CH AL, DX AL, 0001 0000B ask DX, 218H AL, DX [DI], AL DI next ;取缓冲区首地址
P
控制线
输 入 外 备
U
查询方式输入接口 PC总线
A15 地址线 ~ A0
D7 ~ D0
IOR
数据 端口 & 地址 译码 218H
MOV DX, 218H IN AL, DX
状态端口 D4=1 表示外设准备好
数 据 线
三态 缓冲器
锁 存 器
状态 端口 21CH 地址 译码
D4
三态 缓冲器
R
Q D
STB
9.2.2 基本输入输出方法
CPU与外设的工作速度不一致，
如何使两者高效、可靠地进行数据传送，
是接口技术讨论的问题。
基本输入输出方法： 程序控制的输入/输出方式； 程序中断输入/输出方式； 直接存储器存取(DMA:Direct Memory Access)方式； 专用I/O处理器方式。
ACK STB
状态 端口 地址 译码 IOR
D0 三 态 缓冲器
+5v
输 出 设 备
21CH
&
MOV Ask: IN TEST JNZ DX, 21CH AL, DX AL,01h ask
编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设
从21CH状态端口 读入外设状态信息
D0=0, 外设准备好否？
;传送个数 ;从状态端口读入状态信息 ;检测D4位 ;D4=0,继续查询 ;从数据端口读入数据 ;送缓冲区 ;修改缓冲区指针 ;传送下一个
例2
查询方式输出
假设 外设的状态端口为21C H， 其中D0 = 0时，表示外设准备好 外设的数据端口为219 H。 编程将缓冲区buffer的80H个字节输出到外设。 地址线 地址 译码 数据 缓冲 控制 电路
4.专用I/O处理器方式
对于有大量的、高速的I/O设备的微机系统，前面几种 方法都难以满足要求，于是，人们又提出并实际上广泛 采用了一种专用I/O处理机（IOP）控制方式，比如 8089。这种方式是把原来由CPU完成的各种I/O操作与 控制全部交给I/O处理器去完成。I/O处理器能够直接存 取系统主存储器，能够中断CPU或被CPU查询，并能直 接执行I/O程序和数据预处理程序。因此，这种方式可 以大大提高CPU对具有大量I/O设备的数据吞吐量。
中断方式下 CPU执行程序流程
外 设
发申请
中断服务程序
发申请 中断服务程序
使用中断方式时: •外设准备数据，CPU执行程序, CPU与外设并行工作；
• 一旦外设准备就绪，外设向CPU发中断申请， CPU暂停原程序执行，响应中断，进行数据传输。 此时，CPU与外设是串行工作。
中断传送方式的特点：
2. 电路结构复杂，硬件开销较大。
DMA控制器功能
接收接口往DMA控制器发出DMA请求信号后，
DMA控制器能向CPU发出总线请求信号HOLD(高电平)。 当CPU向DMA发出响应信号HLDA(高电平)以后， DMA能接管对总线的控制，进入DMA方式。 能向地址总线发出内存地址信息，
对其进行寻址及修改地址指针。
0 8253 1 与
放 大 器
扬 声 器
二、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，才执行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
查询传送方式，编程流程：
从状态端口读入状态信息 外设准备好否？
CPU响应DMA请求 交出总线控制权
修改 地址 指针
从源地址中读取数据 将数据写到目标地址
N
数据传送结束否？ Y DMA结束
DMA 传送方式(直接存储器存取方式)
实现方法：
1. 由专用接口芯片DMA控制器 (称DMAC) 控制传送过程， 2. 当外设需传送数据时，通过 DMAC向CPU发出总线请求；
发声程序:
code
控制其它外设
61H 端口
SEGMENT 门 ASSUME CS:code start: MOV BX, 3000H ;控制脉冲个数 MOV DX, 6000H ;控制脉冲周期 IN AL, 61H ;读入61H端口数据 AND AL, 1111 1100b ;D0为0，8253 输出1 sound: XOR AL, 0000 0010b OUT 61H, AL ; 61H端口的D1交替为0和1 MOV CX, DX delay: LOOP delay ;延时 DEC BX ;控制脉冲数 JNZ sound MOV AH, 4CH INT 21H code ENDS END start
例 1 无条件输入接口
PC 总 线 D7 ~ D0 数据 线 三 态 缓冲器 输入 设备
A15 地址线 ~ A0 IOR
地址 200H 译码 0 与 0 0 非
接口电路，即硬件上保证: 只在CPU执行从200H端口输入数据时, 三态门处于工作状态，使输入设备的数据送上总线侧， 而CPU执行其它指令时, 三态门均处于高阻状态, 使输入设备的数据线与总线侧断开
三、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
缺点主要有： 为了能接受中断的请求信号，CPU内部要有相应的中断 控制电路，外围设备要提供中断请求信号及中断类型号。 利用中断输入 / 输出，每传送一次数据就要中断一次 CPU 。 CPU 响应中断后，进入中断处理将程序引导至 “中断服务程序”入口。在“中断服务程序”中一般都 要保护现场、恢复现场，这要安排多条指令，浪费了很 多CPU时间。故此种传送方式一般较适合于传送少量的 输入 / 输出数据以及中低速度的外围设备。对于大量的 输入 / 输出数据，应采用高速的直接存储器存取方式 DMA。
概述
1.无条件传送（CPU与外设同步工作）：
外部控制过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。 2.查询方式（CPU与外设不同步工作）： 传送前，先查询外设状态，准备好才传送，否则CPU处于等 待状态。
3.中断方式：
外设与CPU处于并行工作，一旦外设准备好，外设向CPU发 中断申请，条件具备，CPU暂停原程序执行，响应中断，外设 与CPU串行工作。 4.DMA方式（高速I/O及成组交换数据）： CPU不干予，由硬件实现存储器与外设之间交换数据，称直 接存取存储器。
程序控制的输入/输出 无条件传送
程序
有条件传送
输入状态字
数据传送
数据准备好？
Y 数据传送
N
一、无条件传送方式 (同步传送方式)
实现方法
CPU不查询外设工作状态， 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成， 在程序中直接用I/O指令，完成与外设的数据传送
特点
1. 适用于外设动作时间已知， 在CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好的情况 2. 软硬件十分简单。
输 入 设 备
+5v
IOR
&
MOV DX, 21CH ask: IN AL, DX TEST AL, 10h JZ ask
编程从外设读入50H个字节到内存缓冲区buffer中
从21CH状态端口 读入外设状态信息
D4=1, 外设准备好否？
N
Y
从218H数据端口 读入一个字节数据 50H 个 数 据 传 送 结 束 ？
61H 端口
控制其它外设
发声原理：
向扬声器发送一串脉冲信号， 推动扬声器内纸盆振动，发出声音 脉冲的频率，控制音高； 脉冲的个数，控制音长
7 6 5 4 3 2 1 0
61H 端口
控制其它外设
扬声器控制电路图：
0
8253
1
与 门
放 大 器
扬 声 器
编程方法： 1. 使61H端口的0位输出0，控制8253输出1。 2. 使 61H 端口的 1 位按所需频率交替输出 0和 1 ， 产生所需的声音。
CX CX, 80H cc CX
例2
无条件输出接口
PC总线
D7 ~ D0 数据线 锁存器 输出 设备
A15 地址线 地址 300H ~ 译码 A0 0 与 0 0 IOW 非
例2
无条件输出 : 编程控制系统板上扬声器发声。 7 6 5 4 3 2 1 0
扬声器控制电路图：
0 8253 1 与 门 放 大 器 扬 声 器
3. CPU发出总线响应信号，释放总线；
4. DMAC接管总线，控制外设、内存之间直接数据传送
DMA 传送方式过程
CPU
总线 请求 总线 响应
内存
外设 DMAC
DMA传送方式的特点
1. 外设和内存之间，直接进行数据传送，不通过 CPU, 传送效率高。适用于在内存与高速外设、或两 个高速外设之间进行大批量数据传送。
C
数据线
21CH端口 状态端口 219H端口 数据端口
P
控制线
输 出 外
设
U
查询方式输出接口
IOW
PC 总 线
数据 地址线 端口 A15 ~ 地址 A0 译码 219H