微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用第6章課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第,6,章 輸入,/,輸出及中斷,計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)也稱(chēng),I/O,系統(tǒng)，其功能是完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的信息交換。,6.1,輸入,/,輸出接口,1,I/O,接口一般結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程,接口電路通過(guò)系統(tǒng)總線,AB,、,CB,和,DB,與,CPU,連接；通過(guò)數(shù)據(jù)線,D,、控制線,C,和狀態(tài)線,S,與外部設(shè)備連接。,外部設(shè)備控制器通過(guò)接口電路狀態(tài)線,S,，把設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)信息傳送給,CPU,。,外部設(shè)備控制器通過(guò)接口電路控制線,C,接受,CPU,發(fā)給的控制命令。,在控制命令的作用下，外部設(shè)備控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線與,CPU,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換,。,第6章 輸入/輸,I/O,接口電路信息傳送示意圖,I/O接口電路信息傳送示意圖,實(shí)際上，接口電路與外部設(shè)備控制器連接的數(shù)據(jù)線、控制線和狀態(tài)線分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的端口地址，即數(shù)據(jù)端口,D,、控制端口,C,、狀態(tài)端口,S,。,數(shù)據(jù)端口是,CPU,對(duì)外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)端口；,控制口、狀態(tài)口的根據(jù)需要各設(shè),1,根（或,1,根以上）線即可滿足控制信息的要求，這一根線連接在數(shù)據(jù)總線,DB,的某一位；,CPU,是通過(guò)地址總線發(fā)出目標(biāo)地址信息選中某一端口的，然后通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取狀態(tài)信息或發(fā)出控制命令,。,實(shí)際上，接口電路與外部設(shè)備控制器連接的數(shù)據(jù)線、控,2.,輸入,/,輸出編址及尋址,（,1,）獨(dú)立編址及尋址,所有外設(shè)的信息所在的位置稱(chēng)為端口。將所有端口進(jìn)行獨(dú)立編址，即每一端口規(guī)定一確定的地址編碼。,在,80 x86,系統(tǒng)中，獨(dú)立編址的,I/O,端口的地址范圍為：,0000H,0FFFFH,。,訪問(wèn)獨(dú)立編址的,I/O,端口，必須使用輸入,IN,指令或輸出,OUT,指令。,2.輸入/輸出編址及尋址,【,例,】,已知某字節(jié),I/O,端口地址為,20H,，要求將該端口數(shù)據(jù)的,D1,位置,1,，其它位不變。,指令段如下：,IN AL,20H ;,讀取端口內(nèi)容,.,OR AL,02H ;,在,AL,中設(shè)置,D1=1,其它位保持不變,.,OUT 20H,AL ;,將,AL,內(nèi)容輸出給,20H,端口,.,【例】已知某字節(jié)I/O端口地址為20H，要求將該,(2),與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址,I/O,端口與儲(chǔ)器統(tǒng)一編址是指：在存儲(chǔ)器的地址空間中分出一個(gè)區(qū)域，作為,I/O,系統(tǒng)中各端口的地址，,I/O,端口被,CPU,視為的內(nèi)存存儲(chǔ)單元。一般訪問(wèn)內(nèi)存的指令都可以訪問(wèn),I/O,設(shè)備。,(2)與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址,6.2,微處理器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)控制方式,1.,無(wú)條件傳送方式,指在輸入或輸出信息時(shí)，外部設(shè)備始終處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，不需要查詢(xún)外部設(shè)備的狀態(tài)，只要給出,IN,或,OUT,指令，即可實(shí)現(xiàn),CPU,與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換。,僅適用于一些,簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。,2.,查詢(xún)傳送方式,查詢(xún)傳送方式是指,CPU,與,I/O,設(shè)備之間交換信息必須滿足某種條件，否則,CPU,處于等待狀態(tài)，其工作過(guò)程完全由執(zhí)行程序來(lái)完成。,6.2 微處理器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)控制方式,查詢(xún)傳送方式工作過(guò)程如下：,（,1,）由,CPU,執(zhí)行輸出指令，向控制端口發(fā)出控制命令,C,，將所指定的外設(shè)啟動(dòng)；,（,2,）外設(shè)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，,CPU,不斷執(zhí)行查詢(xún)程序，從狀態(tài)端口讀取狀態(tài)字,S,，檢測(cè)外設(shè)是否已準(zhǔn)備就緒。如果沒(méi)有準(zhǔn)備好，就返回上一步，繼續(xù)讀取狀態(tài)字；,（,3,）外設(shè)準(zhǔn)備好后，,CPU,則執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送操作，通過(guò)數(shù)據(jù)端口完成整個(gè)輸入,/,輸出過(guò)程。,查詢(xún)傳送方式工作過(guò)程如下：,【,例,】,某外設(shè)數(shù)據(jù)端口地址為,2000H,，狀態(tài)端口地址為,2002H,，控制端口地址為,2004H;8,位數(shù)據(jù)線接,CPU,的,D0D7,，一位控制線（為“,0”,表示啟動(dòng)外設(shè)工作）接,CPU,的,D0,，一位狀態(tài)線（為“,1”,表示數(shù)據(jù)端口準(zhǔn)備好）接,CPU,的,D7,。,查詢(xún)方式下讀取數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)的程序段。,程序段如下：,MOV AL,00H;,設(shè)啟動(dòng)外部設(shè)備工作代碼,D0=0.,MOV DX,2004H;,控制端口地址送入,DX.,OUTDX,AL ;,啟動(dòng)外設(shè)工作,.,MOV DX,2002H;,狀態(tài)端口地址送入,DX.,LOP:INAL,DX;,讀取狀態(tài)信號(hào),.,TESTAL,80H;,測(cè)試狀態(tài)位,D7.,JZLOP;,未準(zhǔn)備好轉(zhuǎn),LOP,繼續(xù)讀取，準(zhǔn) 備好順序執(zhí)行,.,MOVDX,2000H;,數(shù)據(jù)端口地址送入,DX.,INAL,DX;,讀取數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù),.,【例】某外設(shè)數(shù)據(jù)端口地址為2000H，狀態(tài)端口地,3.,中斷傳送方式,查詢(xún)傳送方式工作過(guò)程中，,CPU,處理工作與,I/O,傳送是串行的。該方式主要解決了快速的,CPU,與速度較慢的外部設(shè)備之間進(jìn)行信息交換的配合問(wèn)題。但在查詢(xún)等待期間，,CPU,不能進(jìn)行其它操作，使,CPU,資源不能充分利用，不適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。,為了解決快速的,CPU,與慢速的外設(shè)之間的矛盾、以充分利用,CPU,資源，產(chǎn)生了中斷傳送方式。,中斷傳送方式是指：,外設(shè)可以主動(dòng)申請(qǐng),CPU,為其服務(wù)，當(dāng)輸入設(shè)備已將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或輸出設(shè)備可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，即可向,CPU,發(fā)中斷請(qǐng)求。,CPU,響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，暫時(shí)停止執(zhí)行當(dāng)前程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設(shè)進(jìn)行,I/O,操作的服務(wù)程序，即中斷處理子程序。在執(zhí)行完中斷處理程序后，再返回被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。,3.中斷傳送方式,4.DMA,控制方式,在高速成批數(shù)據(jù)輸入輸出時(shí)，中斷請(qǐng)求方式就顯得太慢了。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳輸效率，產(chǎn)生了,DMA,方式，即直接存儲(chǔ)器存取。,DMA,方式是完全由硬件執(zhí)行，在存儲(chǔ)器與外設(shè)之間直接建立數(shù)據(jù)傳送通道的,I/O,傳送方式。,DMA,方式主要特點(diǎn)是：在傳送數(shù)據(jù)時(shí)不經(jīng)過(guò),CPU,，不使用,CPU,內(nèi)部的寄存器，,CPU,只是暫?？刂埔粋€(gè)或兩個(gè)總線工作周期，在這期間把控制權(quán)交給由硬件實(shí)現(xiàn)的,DMA,控制器，由,DMA,控制器來(lái)控制總線，在存儲(chǔ)器和,I/O,設(shè)備之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,4.DMA控制方式,6.3.,可編程,DMA,控制器,芯片,8237,是一種高性能的可編程,DMA,控制器。,所謂可編程芯片，是指可以通過(guò),CPU,寫(xiě)入芯片內(nèi)部規(guī)定好的控制字或命令字或方式字等，設(shè)置芯片實(shí)現(xiàn)不同的操作、工作方式及命令形式等功能。,1.8237,功能,8237,具有,4,個(gè)用于連接,I/O,設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，即一?8237,可以連接,4,臺(tái)外部設(shè)備。,每個(gè)通道,DMA,請(qǐng)求可以設(shè)置為允許或禁止、不同的優(yōu)先權(quán)。,4,種傳送方式：?jiǎn)巫止?jié)、數(shù)據(jù)塊、請(qǐng)求和級(jí)聯(lián)傳送方式。,每個(gè)通道一次傳送數(shù)據(jù)最大長(zhǎng)度為,64KB,。,8237,與外設(shè)和,CPU,之間聯(lián)絡(luò)信號(hào)友好。,6.3.可編程DMA控制器,2.8237,工作方式,（,1,）單字節(jié)傳輸方式,單字節(jié)傳輸方式在每次,DMA,操作傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器減,1,、地址計(jì)數(shù)器加,1,或減,1,，然后,8237,自動(dòng)把總線控制權(quán)交給,CPU,，讓,CPU,占用至少一個(gè)總線周期，而后立即對(duì),DMA,請(qǐng)求信號(hào),DREQ,測(cè)試，若又有請(qǐng)求信號(hào)，,8237,重新向,CPU,發(fā)出總線請(qǐng)求，獲得總線控制后，再傳送下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，如此反復(fù)循環(huán)，直至字節(jié)計(jì)數(shù)器為,0,，,DMA,操作結(jié)束。,2.8237工作方式,（,2,）數(shù)據(jù)塊傳送方式,數(shù)據(jù)塊傳送方式是指進(jìn)入,DMA,操作后，連續(xù)傳送數(shù)據(jù)直到整塊數(shù)據(jù)全部傳輸完畢。,（,3,）請(qǐng)求傳輸方式,請(qǐng)求傳輸方式與數(shù)據(jù)塊傳輸方式類(lèi)似，只是在每傳輸一個(gè)字節(jié)后，,8237,都對(duì),DMA,請(qǐng)求信號(hào),DREQ,進(jìn)行測(cè)試，如檢測(cè)到,DREQ,端變?yōu)闊o(wú)效電平，則馬上暫停傳輸，但測(cè)試過(guò)程仍然進(jìn)行，當(dāng),DREQ,又變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，就在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行傳輸，直到傳輸結(jié)束。,（2）數(shù)據(jù)塊傳送方式,3.8237,芯片引腳功能（見(jiàn)教材,6.3.3,）,4.,內(nèi)部計(jì)數(shù)器及寄存器組,(,部分）,（,1,）命令寄存器（,8,位、片內(nèi)地址,1000B,）,命令寄存器用于存放命令控制字，它可以設(shè)置,8237,的工作狀態(tài)。,8237,的,4,個(gè),DMA,通道共用一個(gè)命令寄存器。,（,2,）狀態(tài)寄存器（,8,位）,狀態(tài)寄存器高,4,位,D7,D4,的狀態(tài)，分別表示當(dāng)前通道,3,通道,0,是否有,DMA,請(qǐng)求。低,4,位,D3,D0,指出通道,3,通道,0,的,DMA,操作是否結(jié)束,（,3,）方式寄存器（,6+2,位、片內(nèi)地址,1011B,）,方式寄存器用于存放工作方式控制字，可通過(guò)編程寫(xiě)入，指定,8237,各通道自身的工作方式。,（,4,）基地址和當(dāng)前地址寄存器（,16,位、片內(nèi)地址見(jiàn)表,6-1,）,（,5,）基字節(jié)和當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器（,16,位、片內(nèi)地址見(jiàn)表,6-1,）,3.8237芯片引腳功能（見(jiàn)教材6,5.DMA,應(yīng)用編程,在使用,8237,進(jìn)行,DMA,之前，必須首先通過(guò),CPU,對(duì)其進(jìn)行初始化編程。,其步驟如下：,發(fā)出復(fù)位命令（片內(nèi)地址,1101B,，執(zhí)行寫(xiě)入命令即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，使屏蔽寄存器各位置,1,、命令、狀態(tài)、請(qǐng)求等寄存器清,0,）。,寫(xiě)工作方式控制字到方式寄存器。,寫(xiě)命令字到命令寄存器。,根據(jù)所選通道，寫(xiě)基地址和基字節(jié)數(shù)寄存器。,設(shè)置屏蔽,DMA,通道并寫(xiě)入屏蔽寄存器。,由軟件請(qǐng)求,DMA,操作，則寫(xiě)入請(qǐng)求寄存器，否則由,DREQ,控制信號(hào)啟動(dòng)。,5.DMA應(yīng)用編程,6.4,總線技術(shù)簡(jiǎn)介,6.4.1 標(biāo)準(zhǔn)總線及分類(lèi),總線是連接計(jì)算機(jī)各部件的一組公共信號(hào)線，是能夠在計(jì)算機(jī)或各部件之間進(jìn)行有效、高速地傳輸各種信息的通道。,總線可以分為,內(nèi)總線、系統(tǒng)總線和外部總線,。,總線標(biāo)準(zhǔn),:,為了使用的方便，對(duì)總線必須有詳細(xì)和明確的規(guī)范要求，稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)總線。,6.4總線技術(shù)簡(jiǎn)介,6.4.4,串行通信總線標(biāo)準(zhǔn),1,通用串行總線（,USB,）,用串行總線（,Universal Serial Bus,，,USB,）,USB,是一種萬(wàn)能插口，可以取代,PC,機(jī)上所有的串、并行連接器插口，用戶(hù)可以將幾乎所有的外設(shè)裝置包括顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、可編程控制器、單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置及數(shù)碼相機(jī)等的插頭插入標(biāo)準(zhǔn)的,USB,插口。,6.4.4串行通信總線標(biāo)準(zhǔn),2,RS-232C,總線標(biāo)準(zhǔn),RS-232C,適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合。若設(shè)備之間的通信距離不大于,15m,時(shí)，可以用,RS-232C,電纜直接連接。對(duì)于距離大于,15m,以上的長(zhǎng)距離通信，需要采用調(diào)制解調(diào)器才能實(shí)現(xiàn)。,RS-232C,傳輸速率最大為,20Kbit/s,。,RS-232C,采用負(fù)邏輯，即邏輯,1,用,-5V,-15V,表示，邏輯,0,用,+5V,+15V,表示。因此，,RS-232C,不能和,TTL,電平直接相連。對(duì)于采用正邏輯的串行接口電路，使用,RS-232C,接口必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。目前，,RS-232C,與,TTL,之間電平轉(zhuǎn)換的集成電路很多，最常用的是,MAX232,。,2RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn),3,RS-422/485,總線標(biāo)準(zhǔn),RS-232C,雖然應(yīng)用廣泛，但由于推出較早，數(shù)據(jù)傳輸速率慢，通信距離短。為了滿足現(xiàn)代通信傳輸數(shù)據(jù)速率越來(lái)越快和距離越來(lái)越遠(yuǎn)的要求，,EIA,隨后推出了,RS-422,和,RS-485,總線標(biāo)準(zhǔn)。,RS-422/485,最大的傳輸距離為,1200m,，最大傳輸速率為,10Mbit/s,。在實(shí)際應(yīng)用中，為減少誤碼率，當(dāng)通信距離增加時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低通信速率。例如，當(dāng)通信距離為,120m,時(shí)，最大通信速率為,1Mbit/s,；若通信距離為,1200m,，則最大通信速率為,100Kbit/s,。,3RS-422/485總線標(biāo)準(zhǔn),