40第5章微型计算机和外设的数据传输

第5章微型计算机和外设的数据传输教学目的和要求CPU和输入/输出设备之间的信号。接口的功能以及在系统中的连接。CPU和外设之间的三种数据传输方式。5.1为什么要用接口电路I/O接口电路是位于系统与外设之间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。•速度匹配•信号的驱动能力•信号形式的匹配•信息格式•时序匹配CPU接口电路I/O设备接口在CPU与外设之间5.2CPU和输入输出设备之间的信号（1）数据信息(Data)，又分为：数字量模拟量开关量（2）状态信息(Status)（3）控制信息(Control)5.3接口部件的I/O端口端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。微机给每个寄存器分配一个地址。数据端口状态端口控制端口端口5.3接口部件的I/O端口I/O端口CPU外设数据端口地址控制数据线状态线控制线数据输入寄存器数据输出寄存器状态寄存器控制寄存器CPU对外设的访问就是CPU对接口内部寄存器的访问，即用IN或OUT指令对端口的读写。5.4接口的功能以及在系统中的连接基本功能：在系统和I/O设备之间传输信号，提供缓冲作用。5.4.1接口的功能1.寻址功能识别区别存储器和I/O的信号识别片选信号选择接口中的寄存器5.4接口的功能以及在系统中的连接根据读写信号判断传输方向；传输数据、控制和状态信息。2.输入输出功能3.数据转换功能把CPU的并行数据转换成一些外设所需的串行数据；把外设的串行信息转换成并行数据送往CPU。5.4接口的功能以及在系统中的连接发送中断请求和接收中断响应发送中断类型号优先级管理功能4.联络功能当数据传送完后，能通知CPU。5.中断管理功能5.4接口的功能以及在系统中的连接6.复位功能接收复位信号7.可编程功能可以用软件使其工作于不同的方式用软件来设置控制信号8.错误检测功能当前多数可编程接口芯片能检测下列两类错误：传输错误；覆盖错误5.4接口的功能以及在系统中的连接5.4.2接口与系统的连接和外部连接典型的I/O接口总线收发器逻辑电路联络信号5.4接口的功能以及在系统中的连接用读信号、写信号和地址A0区分4个寄存器5.5CPU和外设之间的数据传输方式数据传输方式：程序方式中断方式DMA方式5.5.1程序方式1.无条件传送方式由程序控制CPU与外设之间的数据交换。2.条件传送方式5.5.1程序方式－无条件传送方式用途：适用于总是处于准备好状态的外设。开关LED显示器优点：软件及接口硬件简单传送过程：•外设已准备好，不查询外设的状态。•输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。•输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器的输入端。1.无条件传送方式无条件传送方式5.5.1程序方式－无条件传送方式例5－1：输入：INAL，80H；将80H端口的内容送AL。IO/M=0，RD=0，AL=10H例5－2：输出：OUT82H，AL；AL=10H将AL中的内容送82H端口。IO/M=0，WR=0，（82H）=10H5.5.1程序方式－无条件传送方式5.5.1程序方式－条件传送方式适用场合：外设并不总是准备好，对传送速率和效率要求不高。外设应提供设备状态信息。优点：软件比较简单。缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢。2.条件传送方式条件传送的3个环节：查询状态环节CPU寻址状态口，读取状态字检测是否满足“就绪”条件如果不满足，回到第一步读取状态字；数据传送环节外设已处于“就绪”状态，寻址数据口是输入，通过输入指令从数据端口读入数据是输出，通过输出指令向数据端口输出数据输入状态就绪？数据交换YN流程5.5.1程序方式－条件传送方式测试指令转移指令传送指令查询式输入接口电路5.5.1程序方式－条件传送方式例5-3：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻式输入一个数据的程序。D7D6D0READYPOLL：INAL，83HTESTAL，80H；检查状态位D7JZPOLL；D7=0,没就绪，继续查询INAL，80H；D7=1,就绪，从数据端口；读入数据5.5.1程序方式－条件传送方式CPU查询外设状态是否忙,不忙,执行输出;否则等待。查询式输出接口电路5.5.1程序方式－条件传送方式例5-4：设有某输出接口，状态口地址63H,数据口地址60H,当状态口的D0为1时,输出忙BUSY，D0为0时，可以输出数据。试编写查寻式输出DAT单元一个数据的程序。查询部分的程序：D7D6D0BUSYPOLL：INAL，63H；读入状态TESTAL，01H；检查忙标志D0JNZPOLL；D0=1,未就绪，继续查询MOVAL，DAT；D0=0,就绪,数据送ALOUT60H，AL；将数据输出到数据端口5.5.1程序方式－条件传送方式1.中断传送方式的原理启动外设；外设准备好数据,发一个选通信号；外设向CPU发中断请求；CPU受到中断请求信号，暂停现行程序；CPU执行中断服务程序，执行输入输出操作；中断服务程序结束，返回原来程序。5.5.2中断方式二、I/O中断的产生以打印机为例发中断请求空闲接收数据接收数据准备发中断请求打印打印打印机执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响应中断中断返回响应中断中断返回启动打印机传送数据传送数据CPUCPU与打印机并行工作12345.5.2中断方式5.5.2中断方式中断传送方式的原理图5.8可屏蔽中断的响应和执行5.5.2中断方式解决中断优先级的三种办法：软件查询方式简单硬件方式——菊花链法专用硬件方式2.中断优先级问题的解决5.5.2中断方式图5.9典型的可编程中断控制器5.5.3DMA方式希望克服程序控制传送的不足：外设→CPU→存储器外设←CPU←存储器直接存储器存取DMA方式用专用接口电路直接和存储器进行数据传送。外设→存储器外设←存储器5.5.3DMA方式特点：大批量的数据传输。CPU让出总线控制权。DMA控制器（DMAC）接管这些总线。全硬件控制方式。5.5.3DMA方式DMAC外设接口CPUQRDMEMDACKHOLDHLDABUS…控制信号DMA控制方式….DMA接口功能(1)向CPU申请DMA传送(2)处理总线控制权的转交(3)管理系统总线、控制数据传送(4)确定数据传送的首地址和长度(5)DMA传送结束时，给出操作完成信号修正传送过程中的数据地址和长度5.5.3DMA方式DMA接口主存CPUDMA接口组成DMA控制逻辑中断机构设备HLDAARWCDARHOLD中断请求数据线地址线+1+1溢出信号DREQDACKBR5.5.3DMA方式BR设备DMA控制逻辑中断机构ARWCDARDMA接口主存CPU+1+1数据传送过程（输入）DREQ②HOLD③HLDA④地址线⑤DACK⑥①数据线⑦溢出信号中断请求ARWC+1+1BRBRBRBRBR5.5.3DMA方式BR设备DMA控制逻辑中断机构ARWCDARDMA接口主存CPU+1+1BRDREQ②HOLD③HLDA④地址线⑤DACK⑥①数据线⑦溢出信号中断请求ARWC+1+1数据传送过程（输出）BRBRBRBR5.5.3DMA方式DMA方式与程序中断方式的比较(1)数据传送(2)响应时间(3)处理异常情况(4)中断请求(5)优先级中断方式DMA方式程序硬件指令执行结束存取周期结束能不能低高传送数据后处理5.5.3DMA方式5.5.3DMA方式DMA控制器的工作特点一方面是一个接口另一方面能够控制系统总线5.5.4输入/输出过程中提出的几个问题系统和接口的联系方式优先级缓冲区接口和多字节数据总线的连接接口部件和地址总线的错位连接