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第五章 输入输出技术 §5.1 概述 §5.2 中断方式 §5.3 直接存贮器存取(DMA) §5.4 I/O处理器 习 题 5-1 概 述 输入输出是计算机与外部世界进行信息交换不可缺少的手段,在整个计算机系统中占有极其重要的地位。没有输入、输出,计算机将变得毫无意义。由于外部设备种类繁多,要求输入或输出的信号形式、电平、速率千差万别。这些问题在考虑采用输入输出技术时必须认真加以考虑。在本节中,我们将介绍如下几个有关的问题。 一、外设接口的编址方式 在微型计算机系统中,主要采用两种不同的外设地址的编址方式。 1.外设地址与内存地址统一编址。 这种编址方式又称为存贮器映射编址方式。在这种编址方式中,将外设接口地址和内部存贮器地址统一安排在内存的地址空间中。即把内存地址分配给外设,由外设来占用这些地址。用于外设的内存地址,存贮器不能再使用。 2.外设与内存独立编址。 在这种编址方法中,内存地址空间和外设地址空间是相互独立的。例如,在8086 (8088)CPU中,内存地址是连续的1M字节,从00000H~FFFFFH。 二、输入输出的基本方法 在微型计算机系统中,主要的输入输出方法有以下四种: ① 无条件传送。 ② 查询方式。 ③ 中断方式。 ④ 直接存贮器存取(DMA)方式。 1.无条件传送。 在微机系统中,有一些简单的外设,当它工作时,随时都准备好接收CPU的输出数据或它的数据随时都是准备好的,CPU什么时候读它的数据均可以正确地读到。也就是说外设无条件准备好向CPU提供数据或接收CPU送来的数据。所以CPU可以无条件地向这样的外设传送数据。在CPU与这样的外设交换数据的过程中,数据交换与指令的执行是同步的。故有人也称其为同步传送。 作为无条件数据输入的例子,我们来看一下图5-1所示的电路。在图中,我们把开关K看做是一个简单的外设。K的状态是确定的,要么闭合,要么打开。当计算机通过外设接口读K的状态时,一定会读到指令执行时刻K的状态。 无条件数据传送的另一个例子如图5-2表示。图中外设是简单的发光二极管。此外设的接口用锁存器(273)来实现。锁存器是在打入脉冲CP上升沿将输入端D的数据锁存在它的输出Q端。 图5-2中,锁存器作为输出接口,其外设地址为0000H。当CPU执行如下指令时,即可将图中两个发光二极管点亮。? MOV AL,81H MOV DX,0000H OUT DX,AL 当执行OUT指令时,CP端会有负脉冲产生,这就可以将数据线上的81H锁存在输出端,从而点亮发光二极管。 2.查询方式。 无条件传送对于那些慢速的总是准备好的外设是适用的,但是,还有许多外设并不是总是准备好的。CPU与这类外设进行数据交换,经常采用程序查询方式。查询方式传送数据过程如下:如果CPU要从外设接收一个数据,则CPU首先查询外设的状态,看外设数据是否准备好,若没有准备好则等待;若外设已将数据准备好,则CPU由外设读取数据。接收数据后,CPU向外设发响应信号,表示数据已被接收。外设收到响应信号之后,即可开始下一个数据的准备工作。 若CPU需要向外设输出一个数据,同样,CPU首先查询外设的状态,看其是否空闲。若正忙,则等待;若外设准备就绪,处于空闲状态,则CPU向外设送出数据和输出就绪信号,后者通知外设CPU送来有效数据。外设接收数据后,向CPU发出数据已收到的状态信息。这样,一个数据的输出过程就告结束。 以上所描述的查询方式工作的输入输出过程,可简要地用图5-3所示的流程图来说明。CPU查询外设的状态而后决定数据的传送。 下面的一段程序是将BL的内容输出到外设上去。 MOV DX,00FFH LOOP: IN AL,DX AND AL,01H JZ LOOP MOV AL,BL OUT DX,AL 5-2 中断方式 一、中断的基本概念 1.中断的概念及中断源分类 在CPU执行程序过程中,由于某种事件发生,强迫CPU暂时停止正在执行的程序而