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第 六 章 I/O接口和总线 学习目的 通过对本章的学习，您应该能够达到下列要求： 端口的功能、种类、编址方式 CPU与外设交换数据 查询式传送软硬件设计 总线的概念、分类，PC总线 重点与难点 输入缓冲、输出锁存的概念 CPU与外设交换数据的方式 查询方式 6-1 I/O接口 一、I/O接口的功能 二、简单的输入输出接口芯片 三、 I/O端口及其编址方式 1.I/O端口 I/O端口是外设接口电路中CPU访问的寄存器。 CPU通过对端口的访问来实现对外设的访问。 根据所存内容不同，接口电路包含以下几种端口： 数据端口：存放外设与CPU之间要交换的数据，通常为1个字节或1个字。 状态端口：存放外设的当前状态，通常有准备好、出错、忙等。 命令端口：也叫控制端口，存放CPU对接口电路的行为逻辑的控制信息，通常有方式控制字、操作控制字。 每个端口存储一个字节数据，地址相邻的两个字节端口可以组成一个字端口，低地址存放地字节，高地址存放高字节。 端口的访问用输入输出指令 IN AL，port IN AX，port OUT port，AL OUT port，AX IN AL，DX IN AX，DX OUT DX，AL OUT DX，AX 访问外设的IN/OUT指令与访问存储器的MOV指令硬件的区别在于：M/IO（对8086）、IO/M（对8088）。 2.I/O端口编址方式 CPU通过地址信息区分不同的端口，接口电路中要有地址译码功能。CPU有两种处理端口地址的方法：统一编址、独立编址。 存储器映象编址： 把每个I/O端口当作一个存储器单元，并与存储单元统一编址。 所有访问存储器的指令都可访问I/O端口。 地址译码电路简单，占用存储器地址空间。 例如：MC6800，51系列单片机。 I/O独立编址： 把所有I/O端口组成I/O端口空间，与存储器空间相互独立。 用独立的I/O指令访问I/O端口。 地址译码电路复杂，不占用存储器地址空间。 例如：INTEL 8088/8086 在 8088/8086 系统中，I/O端口空间使用低16位地址信号A0~A15，总共64kB，而存储器空间使用20位地址信号，总共1MB。 8086使用M/IO（8088用IO/M）控制信号来区分I/O端口空间与存储器空间。 四、 CPU与外设间的数据传输方式 1.程序控制方式 CPU与外设接之间的数据交换完全在程序控制下实现，包括无条件传送和条件传送两种方式。 (1)无条件传送： CPU直接用 IN 指令从外设读取数据，直接用 OUT 指令向外设发送数据。 要求外设总是已经准备好数据，总是准备好接收数据。 用于简单的外设，如显示、按键。 按键、开关输入接口 八段码输出接口 (2)条件传送（查询传送）： 一般而言，CPU应该在外设准备好数据以后才读取数据，应该在外设准备好接收数据以后才发送数据。 传送数据前，CPU应该查询外设的当前状态，等到外设准备好以后才开始传送。 除数据端口以外，接口电路还需要另有一个状态端口以存放外设的当前状态，CPU线先读取该端口以判断外设是否准备好。 输入时，数据准备好信号由外设置位，由CPU读数据操作复位。 输出时，忙信号由CPU写操作置位，由外设复位。 四、 CPU与外设间的数据传输方式 2.DMA方式 (1)、DMA方式的提出 在程序控制方式下，外设与内存之间的数据交换要通过累加器中转，至少需要一条IN/OUT指令与一条MOV指令，还有修改指针、计数器的指令，不可能快速传递。 在大多数系统中，硬件操作速度远高于指令执行时间，若不经过CPU中转，在内存与外设之间直接传送数据，则可获得很高的传送速度，称为直接存储器存取方式。 DMA方式常用于与高速外设之间一次传送大量数据的场合，如磁盘操作，需要DMA控制器才实现。 （2） DMA工作原理 （2） DMA工作原理 外设通过DREQ向DMAC请求DMA操作，DMAC据此向CPU发出HREQ信号。 CPU收到HOLD信号，执行完当前指令，进入总线响应周期，释放总线——使CPU内部与三总线之间处于高阻状态，并给出总线保持应答HLDA。 DMAC收到HLDA以后，接管总线——撤销其内部电路与三总线的高阻状态，向存储器输出地址信息，制定传送数据单元，发DACK到外设。 外设收到DACK后，即准备好收发数据。 DMAC控制数据传送过程。 传送完毕，DMAC撤销HREQ，CPU接管总线，撤销HLDA，DMAC再撤销DACK，结束。 五、 PC机 I/O 端口地址分配 6-2 总线 一、总线的概念 二、IBM PC总线 二、IBM PC总线 6-1 I/O接口 6-2 总线 Evaluation only. Created