第7章输入和输出1.ppt

输入和输出设备是计算机系统的重要组成部分。程序、原始数据和各种现场采集到的资料和信息，都要通过输入设备输入至计算机。计算结果或各种控制信号要输出给各种输出设备，以便显示、打印和实现各种控制动作。常用的输入设备有键盘 Key Board 、鼠标、扫描仪，或者经过A/D 模/数 转换的现场信息等。 CPU寻址外设可以有两种方式： 存储器对应输入输出方式和端口寻址的输入输出方式。 1. 存储器对应输入输出方式 把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待，故每一个外设端口占有存储器的一个地址。从外部设备输入一个数据，作为一次存储器读的操作；而向外部设备输出一个数据，则作为一次存储器写的操作。 2. 端口寻址的输入输出方式 实际上是以端口 Port 作为地址的单元，因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制命令寄存器，它们各需要一个端口才能加以区分，故一个外设往往需要多个端口地址。 CPU用地址来选择外设。通常专用的I/O指令 IN,OUT ，只用一个字节作为端口地址，故最多可寻址256个端口。而用DX间接寻址外设时，则端口地址是16位的，可寻址216 64K个端口地址。 CPU与一个外设之间交换的信息，如图7-1所示。 2. 状态信息 Status 在输入时，有输入设备的状态信息是否准备好 Ready ；在输出时，有输出设备的状态信息是否有空 Empty ，若输出设备正在输出信息，则以忙 Busy 指示等。 3. 控制信息 Control 例如控制输入输出设备启动或停止等信息。 CPU与外设的信息交换称为通信 Communication 。基本的通信 方式有两种：并行通信与串行通信方式，如图7-4所示。 并行通信——数据的各位同时传送； 串行通信——数据一位一位顺序传送。 当输入设备的数据已经准备好后便发出一个选通信号，一方面把数据送入锁存器，另一方面使D触发器为“1”，给出“准备好” Ready 的状态信号。而数据信号与状态信号必须由不同的端口输至CPU数据总线。 当CPU要由外设输入信息时，先输入状态信息，检查数据是否已经准备好，当数据已经准备好后，才输入数据。读入数据的命令，使状态信息清“0”。 查询部分的程序如下： POLL: IN AL，STATUS_PORT；从状态端 口输入状态信息 TEST AL，80H；检查READY是否为1 JE POLL；未READY 0，循环 IN AL，DATA_PORT；READY，从 数据端口输入数据 这种CPU与外设的状态信息的交换方式，称为应答式，状态信息称为“联络”或“握手” Handshake 信息。 2. 查询式输出 在输出时，CPU也必须了解外设的状态，看外设是否有空 即外设不正处在输出状态，或外设的数据寄存器是空的 ，若有空，则CPU执行输出指令，否则就等待。其方框图如图7-12所示。 当输出设备把CPU要输出的数据输出以后，发出一个ACK Acknowledge 信号，使D触发器置“0”，即使“Busy”线为0 Empty Busy 。 当CPU接收到这个状态信息后就执行输出指令。输出指令执行后，由地址信号和IO/M及WR相“与”后，发出选通信号，把在数据线上输出的数据送至锁存器。 同时，令D触发器置“1”，它一方面通知外设输出数据已经准备好，可以执行输出操作；另一方面在数据由输出设备输出以前，一直为“1”，告诉CPU CPU通过读状态端口而知道 外设“Busy”，阻止CPU输出新的数据。 查询部分的程序为： POLL: IN AL，STATUS_PORT；从状态端口输 入状态信息 TEST AL，80H；检查BUSY位 JNE POLL；BUSY则循环等待 MOV AL，STORE；否则，从缓冲区取数据 OUT DATA_PORT，AL；从数据端口输出 3. 一个采用查询方式的数据采集系统 一个有8个模拟量输入的数据采集系统，用查询的方式与CPU传送信息，其电路如图7-15所示。 POLL： IN AL，2；输入状态信息D0 SHR AL，1 JNC POLL；若未READY 0， 程序循环等待 IN AL，3；否则，输入数据 STOSB ； 存至内存 ,AL存入[DI] INC DL；修改多路开关控制 信号，指向下一个模拟量 JNE AGAIN；8个模拟量未输 入完，循环已完，执行别的程序段 在上述的查询传送方式中，CPU要不断地询问外设，当外设没有准备好时，CPU要等待，这样就浪费了CPU的时间。而且许多外设的速度是较低的，如键盘、打印机等，它们输入或输出一个数据的速度是很慢的。为了提高CP