微机原理与接口技术：第08章

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1、8.1概述8.2CPU与外设数据传送的方式8.3DMA控制器退出课件第8章输入和输出8.1概述8.1.1输入输出的寻址方式CPU寻址外设可以有两种方式。1．存储器对应输入输出方式在这种方式中，把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待，故每一个外设端口占有存储器的一个地址。从外部设备输入一个数据，作为一次存储器读的操作；而向外部设备输出一个数据，则作为一次存储器写的操作。这种方式的优点是：（1）CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便。如可以对外设中的数据（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等。（2）内存和外设的地址分布图是同一个。（3）不需要

2、专门的输入输出指令以及区分是存储器还是I/O操作的控制信号。缺点是：外设占用了内存单元，使内存容量减小。2．端口寻址的输入输出方式在这种工作方式中：CPU有专门的I/O指令，用地址来区分不同的外设。但要注意实际上是以端口（Port）作为地址的单元，因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制命令寄存器，它们各需要一个端口才能加以区分，故一个外设往往需要数个端口地址。CPU用地址来选择外设。要寻址的外设的端口地址，显然比内存单元的地址要少得多。所以，在用直接寻址方式寻址外设时，它的地址字节，通常总要比寻址内存单元的地址少一个字节，因而节省了指令的存储空间，缩短了指令的执行时间。8.1

3、.2CPU与I/O设备之间的接口信息1．数据（Data）在微型机中，数据通常为8位、16位或32位。它大致可以分为三种基本类型：（1）数字量（2）模拟量（3）开关量2．状态信息（Status）在输入时，有输入设备是否准备好（Ready）的状态信息；在输出时，有输出设备是否有空（Empty）的状态信息，若输出设备正在输出，则以忙（Busy）指示等等。3．控制信息（Control）控制输入输出设备启动或停止等等。状态信息和控制信息与数据是不同性质的信息，必须要分别传送。但在大部分微型机中（8086也如此），只有通用的IN和OUT指令，因此，外设的状态也必须作为一种数据输入；而CPU的控制命

4、令也必须作为一种数据输出。所以，一个外设往往要几个端口地址，CPU寻址的是端口，而不是笼统的外设。8.1.3CPU的输入输出时序通常I/O接口电路的工作速度较慢，往往要插入等待状态。8.1.4CPU与接口电路间数据传送的形式CPU与外设的信息交换称为通信（Communication）。基本的通信方式有两种：并行通信——数据的各位同时传送；串行通信——数据一位一位顺序传送。8.2CPU与外设数据传送的方式8.2.1查询传送方式CPU与I/O设备的工作往往是异步的，很难保证当CPU执行输入操作时，外设已把要输入的信息准备好了；而当CPU执行输出时，外设的寄存器（用于存放CPU输出数据的

5、寄存器）一定是空的。所以，通常程序控制的传送方式在传送之前，必须要查询一下外设的状态，当外设准备就绪了才传送；若未准备好，则CPU等待。1．查询式输入在输入时，CPU必须了解外设的状态，看外设是否准备好。当输入设备的数据已准备好后，发出一个选通信号，一边把数据送入锁存器，一边使D触发器为“1”，给出“准备好”Ready的状态信号。而数据与状态必须由不同的端口输至CPU数据总线。当CPU要由外设输入信息时，先输入状态信息，检查数据是否已准备好，当数据已经准备好后，才输入数据。读入数据的指令，使状态信息清“0”。这种查询输入方式的程序流程图，如图8-11所示。2．查询式输出同样的，在输出时

6、CPU也必须了解外设的状态，看外设是否有空（即外设不是正处在输出状态，或外设的数据寄存器是空的，可以接收CPU输出的信息），若有空，则CPU执行输出指令，否则就等待。查询式输出的程序流程图如图8-14所示。8.2.2中断传送方式在上述的查询传送方式中，CPU要不断地询问外设，当外设没有准备好时，CPU要等待，不能进行别的操作，这样就浪费了CPU的时间。而且许多外设的速度是较低的，如键盘、打印机等等，它们输入或输出一个数据的速度是很慢的，在这个过程中，CPU可以执行大量的指令。为了提高CPU的效率，可采用中断的传送方式：在输入时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数

7、据输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停原执行的程序（即实现中断），转去执行输入或输出操作（中断服务），待输入输出操作完成后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这样就可以大大提高CPU的效率，而且允许CPU与外设（甚至多个外设）同时工作。8.2.3直接数据通道传送（DMA）中断传送仍是由CPU通过程序来传送，每次要保护断点，保护现场需用多条指令，每条指令要有取指和执行时间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况