IO同步控制方式及应用课件.ppt

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1、国防科学技术大学机电工程与自动化学院示范教学徐晓红副教授1.I/O同步控制方式概述2.程序查询式控制3.中断驱动式控制4.DMA传输式控制5.延时等待式控制I/O同步控制方式及应用I/O同步控制方式及应用课程设计思想采取硬件结构由简单到复杂，逐次递进式的教学方法，突出硬件与软件结合的接口设计理念。利用多媒体动画生动表现重点难点内容。采用建构式教学模式、启发式和研讨式教学方法。由搬运救援物资而想到的同步控制……1.I/O同步控制方式概述I/O同步控制方式是微机基本系统与I/O外设之间数据传送的管理方法，是微机系统的一种调度策略。1.2为什么要进行

2、I/O同步控制?1.1何谓I/O同步控制这是由CPU与外设之间本身不同步所决定的。下面通过一个例子来说明。MPU接口外设数据输入缓存器数据输出缓存器数据数据总线系统ABIOR/IOW例1.输入/输出过程举例输入过程：输出过程：②、③由输入指令完成①、②由输出指令完成输入输出1.I/O同步控制方式概述②①③②①③若不加控制,输入会发生什么现象?1.3常用I/O同步控制方式1.I/O同步控制方式概述I/O设备的同步控制方式通常有四种：程序查询式控制中断驱动式控制直接存储器存取式控制延时等待式控制典型接口部件程序查询式控制方式教学设计输入接口硬件结构

3、输入接口工作流程输入接口软件驱动输出接口硬件结构输入输出接口硬件结构接口结构由简单到复杂，渐进式学习方法2.程序查询式控制2.1特点I/O操作总是由MPU通过程序查询外设的状态来启动，即总是MPU主动，I/O被动。MPU查询2.程序查询式控制状态寄存器2.2硬件接口结构MPU外部设备地址译码数据缓冲寄存器控制逻辑触发信号Di查询信号Ps&IORIORIOW数据&PdABDB无论输入还是输出，除数据端口外，必须有状态端口。输入接口动画演示输入状态信息输入数据状态位复位数据就绪？(b)工作流程NY2.程序查询式控制&数据锁存三态缓冲器(8位)三态缓

4、冲器(1位)&地址译码选通>DQ数据+5V准备就绪触发器PdDiDBMPUIORREADYPsR输入设备ABDB(a)硬件结构成批数据输入，如何处理？输出接口除数据端口外，必须有状态端口状态端口和输入数据端口必须有三态输出功能说明：(b)工作流程输入状态信息输出数据状态位复位YN忙否？MPUQD输出设备数据锁存器三态缓冲器(1位)&地址译码数据PdPsDBIOW(a)硬件结构忙触发器RACK状态信息+5VDiABIOR&2.程序查询式控制当系统中有多个I/O设备时，该如何处理？2.程序查询式控制拓展一：多外设的处理？2.程序查询式控制拓展二

5、：基于双MPU的单向数据传输接口硬件结构三态缓冲器(8位)三态缓冲器(1位)地址译码PdMPU1DiREADYABDB&PsIOR&MPU2数据锁存器三态缓冲器(1位)&地址译码PdPsDBIOW忙触发器ACK状态信息+5VDiABQDRIOR&输入接口输出接口OBFIBF课后思考题1.依据课堂上讨论的基于双MPU的单向数据传输接口硬件结构，编写软件流程。2.是否可设计单MPU的数据传输接口硬件结构?以小组为单位讨论。它是一种天然的同步控制机构，能很好地协调MPU与外设之间的工作，数据传送可靠。接口简单,硬件电路不多，查询程序也不复杂。在MPU

6、使用效率与响应实时性间有矛盾,软件开销大，MPU使用效率低。缺点：这种I/O控制方式是优是劣，不能一概而论,要看具体应用场合。2.3评价优点：2.程序查询式控制动画演示3.中断驱动式控制每次I/O操作都是由I/O设备向MPU发中断请求而启动的，即I/O主动，MPU被动。3.1输入接口电路结构中断请求触发器输入设备状态信号&数据锁存器三态缓存器1MPU地址译码>数据RDYD+5VQIORDBABINTCP>3.2评价I/O设备较多时，硬件复杂，需以一系列中断逻辑电路作为支持；因为中断方式本身是一种异步控制机构，中断请求信号的出现完全是随机的,故软

7、件开发和调试比程序查询式复杂、困难。缺点：优点：既能节省MPU时间,提高计算机使用效率，又能使I/O设备的服务请求得到及时响应，较好地解决了效率与实时性间的矛盾。鉴于上述原因，如不是实时性要求很高、非使用中断驱动式控制不可的地方，还是尽量用程序查询式控制为好，或者把两种控制方式结合起来。3.中断驱动式控制4.DMA传输式控制I/O设备必须通过MPU才能和存储器交换信息。每次I/O操作引发后的具体数据传输过程都是由软件控制完成的。DMA方式是针对上述缺陷而引入的,它无需MPU介入，进入DMA工作状态后，数据完全是在硬件控制下在I/O设备和存储器间

8、直接交换，因此速度可大大提高。前两种的共同特点是：DMA方式使用一种称之为DMA控制器（DMAC)的专用处理器硬件来完成I/O与存储器之间的高速数据传