微机原理与接口第7章CPU与外设之间数据传送的方式.ppt

第7章：7.1 I/O接口概述 为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路 第7章：7.1 I/O接口概述（续1） 什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路 第7章：7.1 I/O接口概述（续2） 什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备 第7章：7.1.1 I/O接口的主要功能 ⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节 ⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 ⑶ 对I/O端口进行寻址 ⑷ 与CPU和I/O设备进行联络 多种多样的外设 工作原理不同 机械、电子、机电、电磁…… 传送信息类型多样 数字量、模拟量、开关量 传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码…… 输出接口的锁存环节 输出接口的锁存、缓冲环节 输入接口的缓冲环节 输入接口的锁存、缓冲环节 端口（PORT） 端口泛指I/O地址，通常对应接口电路的寄存器 一个接口电路可以具有多个I/O端口（寄存器），每个端口用来保存和交换不同的信息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息 输入、输出端口可以是同一个I/O地址 IN AL, 21H OUT 43H, AL 无条件传送流程 就绪（Ready） 在输入场合 “就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，正等着CPU来读取 该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述 在输出场合 “就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CPU要输出的数据 该状态也可用接口数据缓冲器已“空”、或者用接口（外设）“闲”或不“忙（Busy）”来描述 查询传送流程 中断传送流程 DMA传送流程 中断传送方式的优点是： CPU不必查询等待，工作效率高，CPU与外设可以并行工作；由于外设具有申请中断的主动权，故系统实时性比查询方式要好得多。 缺点：采用中断传送方式的接口电路相对复杂，而且每进行一次数据传送就要中断一次CPU，CPU每次响应中断后，都要转去执行中断处理程序，且都要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间。 故中断传送方式一般适合于少量的数据传送。 对于大批量数据的输入/输出，可采用高速的直接存储器存取方式，即DMA方式。 7.2.3 直接存储器存取(DMA)传送方式 1．DMA传送方式简介 场合： DMA传送方式是在存储器和外设之间、存储器和存储器之间直接进行数据传送(如磁盘与内存间交换数据、高速数据采集、内存和内存间的高速数据块传送等)。 特点：传送过程无需CPU介入，在传送时就不必进行保护现场等一系列额外操作，传输速度基本取决于存储器和外设的速度。要求：DMA传送方式需要一个专用接口芯片DMA控制器(DMAC)对传送过程加以控制和管理。 过程：在进行DMA传送期间，CPU放弃总线控制权，将系统总线交由DMAC控制，由DMAC发出地址及读/写信号来实现高速数据传输。传送结束后DMAC再将总线控制权交还给CPU。一般微处理器都设有用于DMA传送的联络线。 图7.9 DMA系统结构框图 2．DMA控制器的工作方式 1) 单字节传输方式 在该方式下，DMAC每次控制总线后只传输一个字节，传输完后即释放总线控制权。 2) 成组传输方式(块传输方式) 采用这种方式，DMAC每次控制总线后都连续传送一组数据，待所有数据全部传送完后再释放总线控制权。 成组传输方式的数据传输率要比单字节传输方式高。但是，成组传输期间CPU无法进行任何需要使用系统总线的操作。 3) 请求传输方式 在该方式下，每传输完一个字节，DMAC都要检测I/O接口发来的DMA请求信号是否有效。若有效，则继续进行DMA传输；否则就暂停传输，将总线控制权交还给CPU，直至DMA请求信号再次变为有效，再从刚才暂停的那一点继续传输。 3．DMA操作的基本过程 DMA传送流程 1)DMAC的初始化 (1) 指定数据的传送方向。指定外设对存储器是做读操作还是写操