计算机组成原理输入输出接口

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1、输入/输出接口第8章8.1概述8.1.1基本概念8.1.2输入/输出端口寻址8.2主机与外设的数据传送方式8.2.1程序查询方式8.2.2程序中断方式8.2.3DMA方式的数据传输8.3可编程接口芯片8.3.1计数器和定时器Intel82538.3.2并行接口芯片82558.3.3串行接口标准RS-232C8.4模拟量输入/输出接口8.4.1Intel8253基本工作原理8.4.2数模（D/A）转换器8.4.3模数（A/D）转换器掌握几种数据传送方式的工作过程;掌握8253和8255的内部结构及初始化编程;掌握8237的内部结构和工作方式;了

2、解模拟量输入和输出的一些基本概念.教学要求第8.1节概述概述8.1.1基本概念教学进程8.1CPU接口外设控制数据状态系统总线I/O接口包含多个存放数据、状态和控制信息的寄存器，分别以端口地址标识。数据的输入/输出是通过I/O端口实现的。80x86系统通过I/O指令实现对I/O端口的读写。2.接口与端口的关系CPU外设系统总线数据信息状态信息控制信息1.外部设备的信号概述8.1.1基本概念8.1I/O端口与存储器统一编址把内存的一部分地址分配给I/O端口，一个8位端口占用一个内存单元地址；不设置专门的I/O指令；I/O端口独立编址内存储器和I

3、/O端口各自有自己独立的地址空间；访问I/O端口需要专门的I/O指令（如8086CPU）优点：使用方便，降低CPU电路的复杂性；缺点：减少了内存可用范围；难以区分访问内存和I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性；8.1.2输入/输出端口寻址8.1.2输入/输出端口寻址教学进程输入指令格式功能1INAL，PORT（PORT）→AL2INAL，DX（[DX]）→AL3INAX，PORT（PORT+1;PORT）→AX4INAX，DX（[DX]+1;[DX]）→AX指令格式:IN累加器,PORT功能：把外设端口（PORT）的内容传送给累加器。8

4、.1.2输入/输出端口寻址教学进程输出指令格式功能1OUTPORT，AL（AL）→PORT2OUTDX，AL（AL）→[DX]3OUTPORT，AX（AX）→PORT+1；PORT4OUTDX，AX（AX）→[DX]+1；[DX]指令格式：OUTPORT,累加器功能：把累加器的内容传送给外设端口。第8.2节主机与外设的数据传送方式主机与外设的数据传送方式根据外部设备性质的不同，程序控制方式可分为:8.2.1程序查询方式在程序执行输入/输出指令时，无条件地执行指令相应的操作。无条件传送方式查询工作方式程序不断地询间外部设备的状态，并根据它们当前

5、的状态来实现数据的输入和输出。教学进程8.28.2.1程序查询方式CPU接口外设控制数据状态系统总线查询方式下的系统构成示意图教学进程工作过程①查询外部设备的状态(利用输入指令)②检测相应的状态位读入的状态字（视机器字长而定）。③如没准备好，则等待，重复①②步骤；否则CPU就执行预定的数据传送。④若为读操作，则在数据读入后，CPU向外设发响应信号，表示数据已被接收，外设收到信号后开始准备下一数据;若为写操作，CPU在向外设送出数据的同时发出输出就绪信号，用来通知外设已送来数据，外设接收数据后，向CPU发出数据已收到状态信息。⑤在一次数据传送结

6、束后，与数据长度计数器值的比较来判断数据是否传送完毕。若没有结束，则重复以上各步骤。教学进程8.2.1程序查询方式CPU不断地询问外设是否准备好：如果准备好，CPU执行IO操作；否则，CPU一直等待。CPU大部分时间处于等待状态，利用率不高。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通过输入指令从数据端口读入数据通过输出指令向数据端口输出数据输入状态就绪？数据交换YN流程8.2.1程序查询方式查询传送流程返回8.2.2程序中断方式●中断响应——系统中某些突发的或异常的情况发生，强迫CPU暂停（或

7、中断）正在执行的程序而转去进行相应的服务，并在服务结束后回到原来被中断的地方继续执行原来的程序。●处理过程——CPU并不主动介入外设的数据传输工作，而是由外部设备在需要进行数据传送时向CPU发出中断请求，CPU在接到请求后，若条件允许，则暂停（或中断）正在进行的工作而转去对该外设服务，并在服务结束后回到原来被中断的地方继续原来的工作。中断响应和处理过程教学进程断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点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

8、的程序。流程8.2.2程序中断方式中断响应和处理过程中断传送流程返回8.2.3DMA方式的数据传输利用中断进行信息传送，可以大大提高CPU的利用率，但是其传送过程必