第六章 数据传送方式
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DMA时钟 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4
CPU时钟
T1
T2
T3
T4
特点： ①需要专门的时钟发生器/驱动器电路。 ②CPU的速度降低，且CPU的加宽使有限的，所以一次只能传送一个字节。
第 26 页
（3）CPU停机方式
微
DMAC向CPU发出DMA请求信号，迫使CPU在现行的机器（总线）周期结束后，
术
(6)发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。
第 22 页
3、通常DAM的工作流程
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
第 23 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
4、实现DMA传送方式的硬件方框图及工作过程 ①DMA请求； ②DMAC发出HOLD（高电平1）总线请求； ③CPU发出HLDA（1）响应，CPU让出总线的控制权； ④DMA控制器接管总线发出DMA响应信号； ⑤进行DMA方式数 ⑥传送结束DMAC
部 件
数字量
运放
A/D
微
型
计
模拟量
功放
D/A
算 机
第5 页
I/O接口的基本结构
微 机 由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组
寄存器：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制
原 寄存器、 通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址
理 汇 编 接 口 技 术
机
（1）数据
原
① 数字量 ② 模拟量
理
③ 开关量 （2）状态信息
汇
（3）控制信息
编
2、CPU与外设之
接
间的接口
口
技
术
第 10 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（二）无条件传送方式 无条件传送方式有称同步方式，较少使用，只有在外部控制过程的各种动作时间是固定的，且
是已知的条件下才能够应用。 1、无条件传送的输入方式。见图6-3所示：
第 14 页
2、查询式输出 （1）查询式输出的接口电路，见图 6-9所示：
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
第 15 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（2）查询式输出时的数据、状态信息和流程图见图6-10和图6-11所示：
POLL：IN AL，STATUS_PORT TEST AL，80H JNE POLL MOV AL，STORE OUT DATA_PORT，AL
号，让出总线 ⑦CPU 接管总线
HDLA为0，恢正 常工作。
据传送。 发出HOLD(0)信
的控制权； 的控制权并使
第 24 页
5、DMA操作的基本方法
微
（1）周期挪用
周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期“挪用”来进行DMA操作，DMAC可以
机
使用总线而不通知也不影响CPU。
原
T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4
第6 页
I/O端口的编址方式
微 机
1. I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O）
0 I/O
百度文库
整 个
地
原 理
XXXXH
址
存储器
空 间
XXXXH
汇
编
接
一个I/O端口的内容
口
优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。
技
例如 :ADD AL, [2000H]
术
缺点：I/O端口占用了一部 分地址空间。
（2）查询式输入时的数据和状态信息和程序流程图见6-7和图6-8所示：
POLL：IN AL，STATUS——PORT TEST AL，80H JE POLL IN AL，DATA——PORT
；从状态端口输入状态信息 ；检查READY是否1 ；未READY循环 ；READY，从数据端口输入数据
*这种CPU与外设的状态信息交换方式，称为应答式，状态信息称为“联络”（Handshake）信息。
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
1.数据信息： （1）数字量（计算机可以直接接收和处理的数据） （2）模拟量
2.状态信息 例如：对于输入设备的“Ready” 对于输出设备的“Busy” 特点：①CPU外设接口 ②可读（不可写）
3.控制信息： 特点①CPU外设接口 ②可写（不可读）
控 传感器 制 对执 象行
2、无条件传送的输出方式。见图6-4所示：
第 11 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
3、无条件传送方式的举例。见图 6-5所示： STA:MOV DX,0100H LEA BX,DSIOK XOR AL,AL AGN:MOV AL,DL OUT [20H],AL CALL NEAR DELAY1 MOV AL,DH OUT [20H],AL CALL NEAR DELAY2 IN AX,[10H] MOV [BX],AX INC BX INC BX RCL DH,1 JNC AGN
接
DMA请求信号，释放总线。 ②字节（字符）组方式：每次DMA请求连续传送一个数据块，待规定长度的数据
口
块传送完了以后才撤消DMA请求信号释放总线。
技
术
第 27 页
I/O 控制方式小结
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
一、程序控制方式
1.无条件传送方式 2.程序查询方式（特点，流程图. P167）
微
机
计算机原理
原
理
汇
编
接
口
技
杨琪
术
第1 页
输入/输出设备和I/O接口
微 输入输出设备是微机系统的重要组成部分。输入设备是将外界信息（如 机 数据、程序、命令）送入计算机的装置。如键盘、鼠标器、扫描仪、
数字化仪、条码读入器等。输出设备则是将计算机运算处理结果信息，
原 以人们熟悉的形式打印、显示出来的装置。如显示器、打印机、绘图 仪等。
汇
编
接
口
技
术
第3 页
I/O接口的基本功能
(为什么要用I/O接口电路)
微
机
总的来说，I/O接口具有下述三方面功能：
原 理
（1）速度的匹配
（2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转 换等。
汇
（3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。
编
接
口
技
术
第4 页
主机（CPU）和I/O设备之间传送的信息格式
二、中断控制方式
1.中断定义： 2.中断方式的特点：
（a）CPU的效率高，CPU不必查询等待 （b）CPU与外设可并行工作 （c）外设具有申请服务的主动权
三、DMA方式
DMA方式的特点：在专门的硬件控制电路（DMAC）控制之下，由DMAC发出地址及读/写 信号来实现高速数据传输。在此过程中，CPU放弃总线控制权，数据传送不经过CPU。 如图所示。采用DMA方式，可实现：
；从状态端口输入状态信息 ；检查BUSY位 ；BUSY未循环等待 ；否则，从缓冲区取数据 ；从数据端口输出
第 16 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
3、查询方式的举例。 见图6-12 所示:
STA:MOV DL,0F8H LEA DI,DSIOK AGN:MOV AL,DL AND AL,0EFH OUT [4],AL CALL DELAY MOV AL,DL POL:IN AL,[2] SHR AL,1 JNC POL IN AL,[3] STOSB INC DL JNE AGN
第 12 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（三）查询传送方式 1、查询式输入 与无条件传送方式不一样，这种方式，在传送前，必须去查询一下外设的状态，当外设准备好
了才传送；若未准备好，则CPU就等待。 （1）查询示输入的接口电路。见图6-6所示：
第 13 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
输出
存储器
I/O设备
输入
存 存 I/O 储 储设 器 器备
I/O 设 备
第 28 页
可编程DMA控制器8237
第 20 页
微
（3）DMA传送方式 用硬件在外设与内存间直接进行数据传送（DMA）而不通过CPU。
机
总线
原
理
DMA请求
HOLD
汇 编
外设
DMA响应
DMA 控 HLDA 制
CPU
接
器
存 储 器
口
HOLD—总线请求信号
技
HLDA—总线请求响应信号
术
第 21 页
微
2、DAM控制器必须具有的功能：
总线
机
第 18 页
微 机
五、直接存储器存取(DMA)方式 1、什么是DMA方式？ 先来回顾前面介绍的两种数据传送方式 （1）查询传送方式
原
数据
理
N
汇
CPU 状态
外设 Y
编
接
口
特点： ①接口电路简单。
技
②CPU要不断的查询，使用效率低。 ③由软件来完成数据的传送。
术
读状态信息
READY？ 数据传送
第 19 页
给谁的？是给M，还是I/O?
XXXXH
在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO
汇
（80x86均如此）。
编
优缺点：P164
接
口
技
术
第8 页
I/O接口的地址译码及片选信号的产生
系统中由多台外设，当CPU与外设进行通信时（IN AL, XXH 或 OUT XXH, AL）,
微
需要对各个设备所对应的接口电路进行逻辑选择，即产生相应的片选 （Chip Select－－CS）信号。这种逻辑选择功能是由系统中I/O接口部分的
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
(2)中断传送方式
地址
数据总线
数据
数据 端口
CPU
READY
INTR
外设
特点：①CPU和多外设并行工作，提高了CPU的使用效率。 ②由硬件和软件完成数据的输入和输出。
说明：中断传送方式仍需要CPU通过程序来传送，每次要保护断 点，保护现场需要多条指令，每条指令要有取指和执行时 间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况， 例如磁盘与内存间的信息交换，就显的速度太慢。
第 17 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（四）中断传送方式 当CPU需要输入或输出时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数据
输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停现执行的程序，转去执行输 入或输出操作（中断服务），待输入或输出操作完后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这 样就大大提高了CPU的效率，就允许CPU与多个外设同时工作。 中断传送时的接口电路的方框图见图6-13所示：
机
地址译码器来实现的。所以，地址译码器是I/O接口电路的基本组成部分。 通常采用“3－8”译码器（74LS138）
原
理
汇
A5
A
Y0
选中某一接口电路
编
I/O指令
A6 A7
B C
接
口
A8
G2B
A9
G2A
技
AEN
G1
Y7
术
第9 页
第二节 CPU与外设数据传送方式
一、CPU与I/O设备之间的接口信息
微
（一）CPU与I/O设备之间的接口信息 1、CPU与一个外设交换信息，通常需要有以下一些信息：
机
让出总线的控制权，并给出一个DMA响应信号，使DMAC可以控制总线进行数据传 送。
原
特点： ①可以进行单字节传送，也可以进行数据块的传送。
理
②DMA传送期间，CPU处于空闲，降低CPU的利用率。
汇
6、DMA传送方式
编
各种DMAC一般有两种基本的DMA传送方式： ①单字节方式：每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤消
DMA请求
HOLD
原
DMA
理 汇
DMA响应
外设
控
HLDA
制
CPU
器
存 储 器
编
接
(1)能向CPU发出HOLD信号。
口
(2)CPU发出HDLA信号后，DMAC接管对总线的控制，进入DMA方式。 (3)发出地址信号，能对存储器寻址及能修改地址指针。
技
(4)能发出读或写等控制信号。 (5)能决定传送的字节数，及判断DMA传送是否结束。
理
t
汇
取指周期
执行周期
编
接
特点：① CPU操作与DMA方式传送可以并行。
口
② 要有识别CPU是否访问存储器的复杂时序电路。
③数据的传送是不连续和不规则的，所以使用的不太普及。
技
术
第 25 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（2）周期扩展 周期扩展：由DMAC发出请求信号给时钟电路，时钟电路把供给CPU的时钟周期加 宽，而提供给DMAC的时钟周期不变。这样，CPU在加宽的时钟周期相当于若干个 正常的时钟周期，可以进行DMA操作。
理 另外还有一类设备既可输入信息又可输出信息，称为输入/输出设备。如 汇 磁盘、磁带、通信设备等。 编 接 口 技 术
第2 页
I/O接口
微 外部设备与CPU相比，工作速度较低，信息处理多样（如数
机 字量、开关量、模拟量等），不同外设的工作时序不一致
原 理
等。由于以上原因，外设与CPU之间一般不能直接连接， 而需要一个“接口电路”来作为外设与CPU之间的桥梁， 这种接口电路称为I/O接口。
第7 页
I/O端口的编址方式
微
2. I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O） 0
指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向
0
机
I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口
I/O 存储器 XXXXH
原 理
所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是
CPU时钟
T1
T2
T3
T4
特点： ①需要专门的时钟发生器/驱动器电路。 ②CPU的速度降低，且CPU的加宽使有限的，所以一次只能传送一个字节。
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（3）CPU停机方式
微
DMAC向CPU发出DMA请求信号，迫使CPU在现行的机器（总线）周期结束后，
术
(6)发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。
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3、通常DAM的工作流程
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4、实现DMA传送方式的硬件方框图及工作过程 ①DMA请求； ②DMAC发出HOLD（高电平1）总线请求； ③CPU发出HLDA（1）响应，CPU让出总线的控制权； ④DMA控制器接管总线发出DMA响应信号； ⑤进行DMA方式数 ⑥传送结束DMAC
部 件
数字量
运放
A/D
微
型
计
模拟量
功放
D/A
算 机
第5 页
I/O接口的基本结构
微 机 由图可见，外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组
寄存器：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制
原 寄存器、 通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址
理 汇 编 接 口 技 术
机
（1）数据
原
① 数字量 ② 模拟量
理
③ 开关量 （2）状态信息
汇
（3）控制信息
编
2、CPU与外设之
接
间的接口
口
技
术
第 10 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（二）无条件传送方式 无条件传送方式有称同步方式，较少使用，只有在外部控制过程的各种动作时间是固定的，且
是已知的条件下才能够应用。 1、无条件传送的输入方式。见图6-3所示：
第 14 页
2、查询式输出 （1）查询式输出的接口电路，见图 6-9所示：
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
第 15 页
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
（2）查询式输出时的数据、状态信息和流程图见图6-10和图6-11所示：
POLL：IN AL，STATUS_PORT TEST AL，80H JNE POLL MOV AL，STORE OUT DATA_PORT，AL
号，让出总线 ⑦CPU 接管总线
HDLA为0，恢正 常工作。
据传送。 发出HOLD(0)信
的控制权； 的控制权并使
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5、DMA操作的基本方法
微
（1）周期挪用
周期挪用：把CPU不访问存储器的那些周期“挪用”来进行DMA操作，DMAC可以
机
使用总线而不通知也不影响CPU。
原
T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4
第6 页
I/O端口的编址方式
微 机
1. I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O）
0 I/O
百度文库
整 个
地
原 理
XXXXH
址
存储器
空 间
XXXXH
汇
编
接
一个I/O端口的内容
口
优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。
技
例如 :ADD AL, [2000H]
术
缺点：I/O端口占用了一部 分地址空间。
（2）查询式输入时的数据和状态信息和程序流程图见6-7和图6-8所示：
POLL：IN AL，STATUS——PORT TEST AL，80H JE POLL IN AL，DATA——PORT
；从状态端口输入状态信息 ；检查READY是否1 ；未READY循环 ；READY，从数据端口输入数据
*这种CPU与外设的状态信息交换方式，称为应答式，状态信息称为“联络”（Handshake）信息。
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
1.数据信息： （1）数字量（计算机可以直接接收和处理的数据） （2）模拟量
2.状态信息 例如：对于输入设备的“Ready” 对于输出设备的“Busy” 特点：①CPU外设接口 ②可读（不可写）
3.控制信息： 特点①CPU外设接口 ②可写（不可读）
控 传感器 制 对执 象行
2、无条件传送的输出方式。见图6-4所示：
第 11 页
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3、无条件传送方式的举例。见图 6-5所示： STA:MOV DX,0100H LEA BX,DSIOK XOR AL,AL AGN:MOV AL,DL OUT [20H],AL CALL NEAR DELAY1 MOV AL,DH OUT [20H],AL CALL NEAR DELAY2 IN AX,[10H] MOV [BX],AX INC BX INC BX RCL DH,1 JNC AGN
接
DMA请求信号，释放总线。 ②字节（字符）组方式：每次DMA请求连续传送一个数据块，待规定长度的数据
口
块传送完了以后才撤消DMA请求信号释放总线。
技
术
第 27 页
I/O 控制方式小结
微 机 原 理 汇 编 接 口 技 术
一、程序控制方式
1.无条件传送方式 2.程序查询方式（特点，流程图. P167）
微
机
计算机原理
原
理
汇
编
接
口
技
杨琪
术
第1 页
输入/输出设备和I/O接口
微 输入输出设备是微机系统的重要组成部分。输入设备是将外界信息（如 机 数据、程序、命令）送入计算机的装置。如键盘、鼠标器、扫描仪、
数字化仪、条码读入器等。输出设备则是将计算机运算处理结果信息，
原 以人们熟悉的形式打印、显示出来的装置。如显示器、打印机、绘图 仪等。
汇
编
接
口
技
术
第3 页
I/O接口的基本功能
(为什么要用I/O接口电路)
微
机
总的来说，I/O接口具有下述三方面功能：
原 理
（1）速度的匹配
（2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转 换等。
汇
（3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。
编
接
口
技
术
第4 页
主机（CPU）和I/O设备之间传送的信息格式
二、中断控制方式
1.中断定义： 2.中断方式的特点：
（a）CPU的效率高，CPU不必查询等待 （b）CPU与外设可并行工作 （c）外设具有申请服务的主动权
三、DMA方式
DMA方式的特点：在专门的硬件控制电路（DMAC）控制之下，由DMAC发出地址及读/写 信号来实现高速数据传输。在此过程中，CPU放弃总线控制权，数据传送不经过CPU。 如图所示。采用DMA方式，可实现：
；从状态端口输入状态信息 ；检查BUSY位 ；BUSY未循环等待 ；否则，从缓冲区取数据 ；从数据端口输出
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3、查询方式的举例。 见图6-12 所示:
STA:MOV DL,0F8H LEA DI,DSIOK AGN:MOV AL,DL AND AL,0EFH OUT [4],AL CALL DELAY MOV AL,DL POL:IN AL,[2] SHR AL,1 JNC POL IN AL,[3] STOSB INC DL JNE AGN
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（三）查询传送方式 1、查询式输入 与无条件传送方式不一样，这种方式，在传送前，必须去查询一下外设的状态，当外设准备好
了才传送；若未准备好，则CPU就等待。 （1）查询示输入的接口电路。见图6-6所示：
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输出
存储器
I/O设备
输入
存 存 I/O 储 储设 器 器备
I/O 设 备
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可编程DMA控制器8237
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微
（3）DMA传送方式 用硬件在外设与内存间直接进行数据传送（DMA）而不通过CPU。
机
总线
原
理
DMA请求
HOLD
汇 编
外设
DMA响应
DMA 控 HLDA 制
CPU
接
器
存 储 器
口
HOLD—总线请求信号
技
HLDA—总线请求响应信号
术
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微
2、DAM控制器必须具有的功能：
总线
机
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微 机
五、直接存储器存取(DMA)方式 1、什么是DMA方式？ 先来回顾前面介绍的两种数据传送方式 （1）查询传送方式
原
数据
理
N
汇
CPU 状态
外设 Y
编
接
口
特点： ①接口电路简单。
技
②CPU要不断的查询，使用效率低。 ③由软件来完成数据的传送。
术
读状态信息
READY？ 数据传送
第 19 页
给谁的？是给M，还是I/O?
XXXXH
在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO
汇
（80x86均如此）。
编
优缺点：P164
接
口
技
术
第8 页
I/O接口的地址译码及片选信号的产生
系统中由多台外设，当CPU与外设进行通信时（IN AL, XXH 或 OUT XXH, AL）,
微
需要对各个设备所对应的接口电路进行逻辑选择，即产生相应的片选 （Chip Select－－CS）信号。这种逻辑选择功能是由系统中I/O接口部分的
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(2)中断传送方式
地址
数据总线
数据
数据 端口
CPU
READY
INTR
外设
特点：①CPU和多外设并行工作，提高了CPU的使用效率。 ②由硬件和软件完成数据的输入和输出。
说明：中断传送方式仍需要CPU通过程序来传送，每次要保护断 点，保护现场需要多条指令，每条指令要有取指和执行时 间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况， 例如磁盘与内存间的信息交换，就显的速度太慢。
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（四）中断传送方式 当CPU需要输入或输出时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数据
输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停现执行的程序，转去执行输 入或输出操作（中断服务），待输入或输出操作完后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这 样就大大提高了CPU的效率，就允许CPU与多个外设同时工作。 中断传送时的接口电路的方框图见图6-13所示：
机
地址译码器来实现的。所以，地址译码器是I/O接口电路的基本组成部分。 通常采用“3－8”译码器（74LS138）
原
理
汇
A5
A
Y0
选中某一接口电路
编
I/O指令
A6 A7
B C
接
口
A8
G2B
A9
G2A
技
AEN
G1
Y7
术
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第二节 CPU与外设数据传送方式
一、CPU与I/O设备之间的接口信息
微
（一）CPU与I/O设备之间的接口信息 1、CPU与一个外设交换信息，通常需要有以下一些信息：
机
让出总线的控制权，并给出一个DMA响应信号，使DMAC可以控制总线进行数据传 送。
原
特点： ①可以进行单字节传送，也可以进行数据块的传送。
理
②DMA传送期间，CPU处于空闲，降低CPU的利用率。
汇
6、DMA传送方式
编
各种DMAC一般有两种基本的DMA传送方式： ①单字节方式：每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤消
DMA请求
HOLD
原
DMA
理 汇
DMA响应
外设
控
HLDA
制
CPU
器
存 储 器
编
接
(1)能向CPU发出HOLD信号。
口
(2)CPU发出HDLA信号后，DMAC接管对总线的控制，进入DMA方式。 (3)发出地址信号，能对存储器寻址及能修改地址指针。
技
(4)能发出读或写等控制信号。 (5)能决定传送的字节数，及判断DMA传送是否结束。
理
t
汇
取指周期
执行周期
编
接
特点：① CPU操作与DMA方式传送可以并行。
口
② 要有识别CPU是否访问存储器的复杂时序电路。
③数据的传送是不连续和不规则的，所以使用的不太普及。
技
术
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（2）周期扩展 周期扩展：由DMAC发出请求信号给时钟电路，时钟电路把供给CPU的时钟周期加 宽，而提供给DMAC的时钟周期不变。这样，CPU在加宽的时钟周期相当于若干个 正常的时钟周期，可以进行DMA操作。
理 另外还有一类设备既可输入信息又可输出信息，称为输入/输出设备。如 汇 磁盘、磁带、通信设备等。 编 接 口 技 术
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I/O接口
微 外部设备与CPU相比，工作速度较低，信息处理多样（如数
机 字量、开关量、模拟量等），不同外设的工作时序不一致
原 理
等。由于以上原因，外设与CPU之间一般不能直接连接， 而需要一个“接口电路”来作为外设与CPU之间的桥梁， 这种接口电路称为I/O接口。
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I/O端口的编址方式
微
2. I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O） 0
指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向
0
机
I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令） 在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口
I/O 存储器 XXXXH
原 理
所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是