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6 输入输出接口技术 2009级 讲稿 2011年9月 输入输出接口技术 I/O接口概述 接口功能 接口分类 I/O接口工作原理 端口及编址方法 程序控制传输方式 中断传输方式 DMA传输方式 I/O接口概述 I/O接口 是CPU连接的外设的中间部件。 I/O接口本身是抽象概念，它的具体接口包括的串行、并行、USB、音频接口……等统称。 I/O接口作用 基本功能：输入缓冲/锁存，输出锁存。 其他功能： 地址识别 提供主机和I/O设备的缓冲、暂存、驱动的能力 协调时序差异，格式转换，传输方式， 数字、模拟信号变化 数据传输方式 I/O接口概述 常用接口 串行接口 并行接口 USB接口 1394接口 网络接口 声卡接口 显卡接口 磁盘接口 SCSI接口 常用数据传输控制方式 程序查询方式 中断处理方式 DMA直接数据传输方式 I/O接口工作原理 I/O端口 输入/输出端口是CPU可通过指令直接访问的。 按照CPU和外设之间传输信息类型 数据信息(I/O) 状态信息(I) 控制信息(O) 端口编址 独立编址 0000-FFFF PC-XT编址表6-1 统一编制 IN指令执行的演示 IN AL, 21H OUT指令执行的演示 OUT 43H, AL I/O接口工作原理 程序控制下的数据传送——通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为：无条件传送、查询传送、中断传送 直接存储器存取（DMA）——传送请求由外设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送 I/O接口工作原理-无条件传输（同步方式） 在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送 适合于简单设备，如LED数码管、按键或按纽等 无条件传送的接口和操作均十分简单 这种传送有前提：外设必须随时就绪 无条件传输演示 I/O接口工作原理-无条件传输 电路组成 外设 三态缓冲器是数据输入缓冲器 地址译码器 工作原理 外设数据变化或锁存 执行IN AL,xx指令时，使与非门输出低电平，使外设数据从数据总线传输到AL 程序（输入数据端口=40H） IN AL,40H I/O接口工作原理-无条件传输（同步方式） 电路组成 数据锁存器 地址译码器 工作原理 执行指令OUT XX,AL 数据总线上是AL数据 当地址译码后，数据锁存在锁存器中 外部设备接受输出数据 程序(输出数据端口=30H) MOV AL,DATA OUT 30H,AL I/O接口工作原理-程序查询传输方式 CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出 对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低 I/O接口工作原理-程序查询传输方式 ⑴ 查询环节 寻址状态口，读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪 ⑵ 传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据 查询传输演示流程 I/O接口工作原理-程序查询传输方式 电路组成 外设输入锁存器 数据缓冲器接数据总线上 D触发器是状态位，表示数据是否已存入 工作原理 外设用STB信号锁存数据到输入锁存器 同时使D触发器置位 CPU用IN AL,XX指令读状态缓冲器，若状态为1，表示数据已锁存 CPU用IN AL,XX指令读数据缓冲器到CPU I/O接口工作原理-程序查询传输方式 程序 状态端口=31H 数据输入端口=30H W: IN AL,31H TEST AL,01 JZ W IN AL,30H 30H 31H D0 I/O接口工作原理-中断传输 中断过程 CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序 中断传输与接口 中断传送是一种效率更高的程序传送方式 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 中断请求是外设随机向CPU提出的 CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 中断传输流程演示 I/O接口工作原理-中断传输 电路组成 外设数据锁存 中断允许寄存器 中断请求 数据缓冲器 工作原理 用程序设置中断允许 外设随机产生中断请求 当允许并优先级高基础上，进入中断响应， 执行中断服务下的数据传输 返回主程序 I/O接口工作原理-中断传输 地址设置 数据输入端口=30H 中断允许触发器=33H 程序 初始化,中断允许 MOV AL,#80H