微型计算机系统原理及应用 教学课件 ppt 作者 贺建民 第3章 系统总线与接口.ppt

3.5 I/O接口 1. 存储器映像I/O编址方式 I/O端口与存储器统一编址方式，即把I/O端口当做存储单元看待，给每个端口赋予一个存储器地址，I/O端口与存储器单元的地址作统一安排。 3.5 I/O接口 1. 存储器映像I/O编址方式 统一编址方式的优点是可以用访问内存单元的指令来访问I/O端口，因此指令种类多，寻址方式丰富，访问外设非常灵活。 于I/O端口的地址空间是内存空间的一部分，这样I/O端口的地址空间可大可小，给应用带来了很大的方便。 缺点是端口占用了一部分存储器地址空间，使得存储器有效容量减小，此外，指令长度比专用I/O指令要长，执行时间也长。 3.5 I/O接口 2. I/O独立编址方式 独立编址方式是将I/O端口和存储器分开编址，即I/O地址空间与存储器空间互相独立，不占用存储器的地址空间。 由于I/O端口编址的独立性，CPU需要提供两类访问指令 8086系统内存地址的范围是00000H ~ FFFFFH，寻址空间是1MB；而外设端口的地址范围是0000H ~ FFFFH。 8086系统采用独立编址方式，使用专门的输入指令IN和输出指令OUT实现对端口的访问。 3.5.3 I/O端口地址译码 1. 8086系统的I/O端口地址分配 早期PC机对端口地址的译码采用了部分地址译码方式，仅使用了地址总线的低10位地址线，故有1024个端口地址，地址范围是0000 ~ 03FFH。目前，高档微机中使用的是全部16根地址线，共可寻址65536个8位I/O端口地址。 在PC XT/AT系统中，前256个端口（000 ~ 0FFH）供系统板上的I/O接口芯片使用，后768个端口地址（100 ~ 3FFH）供扩展槽上的I/O接口控制卡使用 3.5.3 I/O端口地址译码 2. I/O端口地址译码 I/O端口地址译码是由地址信号和CPU控制信号的不同组合来控制对端口的选择。通常地址译码的原则有两条： 高位地址码与CPU的控制信号相结合，经译码电路产生I/O接口芯片的片选信号，实现对芯片的寻址（简称为“片间寻址”） 低位地址线直接连接到I/O接口芯片，实现对接口芯片内的寄存器（端口）的寻址（简称为“片内寻址”） 3.5.3 I/O端口地址译码 2. I/O端口地址译码 I/O端口的地址译码方式是多种多样的，概括起来主要有两种： 用门电路进行译码，门电路进行译码采用与门、非门、或门等电路的组合来实现。 采用译码器进行译码，即用译码器对系统的高位地址进行译码，译码器的输出信号作为芯片的片选信号。 3.5.3 I/O端口地址译码 3.5.4 I/O传送方式 CPU与外设的信息传送实际上是CPU与I/O接口的信息传送。按照传送控制方式的不同，可以分为： 条件传送方式 询传送方式 断传送方式 MA方式 3.5.4 I/O传送方式 1. 无条件传送方式 无条件传送方式是一种最简单的数据传输方式，它认为外设始终处于准备好状态，因而在进行I/O之前不需要查询外设的状态即可直接进行数据的传送。它适用于那些总是处在准备好状态下的外部设备。 3.5.4 I/O传送方式 2. 查询传送方式 CPU在进行I/O操作之前，需要通过执行程序不断读取并测试外部设备的状态，如果外部设备处于“就绪”状态，则CPU执行I/O指令与外部设备进行数据交换。 其主要过程包括： CPU从接口逻辑中读取外设的状态字。 CPU根据读取的状态，判断是否满足“就绪” ，若不满足则返回到前一步继续读取外设的状态字。 如果状态字表明外设已处于“就绪”状态，则CPU与外部设备进行数据传输。 本次数据传输结束后，I/O设备修改状态字，结束本次传送。 3.5.4 I/O传送方式 3. 中断传送方式 在中断传送方式下，当I/O设备需要进行数据传送时，通过接口电路向CPU发出中断请求信号，CPU响应中断后在中断服务程序里完成一次数据的传输 CPU与外设在很大程度上是并行工作的 中断的处理过程要比程序查询方式复杂得多。 3.5.4 I/O传送方式 4. DMA方式 DMA（Direct Memory Access）方式即直接存储器存取方式，是在外设和存储器之间开辟直接的数据传送通路，数据传送不是靠执行I/O指令，也不占用过多的 CPU时间，特别适合于高速度大批量数据传送的场合。但是，这种方式要增设DMA控制器（DMAC），硬件电路比前两种方式更为复杂。 3.5.4 I/O传送方式 4. DMA方式 采用DMA方式传送数据时，首先由DMAC向CPU提出DMA请求，使CPU把总线的控制权交给DMAC，DMAC得到总线的控制权以后控制数据的传输，与此同时CPU可以完成其他工作（但不能访问总线）。数据传输结束以后，DMAC又把系统总线的控制权交给CPU，即完成一次DMA传输。