微型计算机系统原理及应用 第5章输入输出及中断ppt课件.ppt

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1、第5章数字量输入输出5.1概述5.2系统总线及接口5.3中断控制系统5.4计数定时接口5.5并行输入输出接口15.1概述数据总线DB控制总线CB地址总线AB存储器I/O接口输入设备I/O接口输出设备CPU25.1.1I/O信号的形式四种类型开关量：状态量数字量二进制信息——数ASCII码表示的数或字符模拟量：模拟电压和电流，模拟量经A/D转换后输入计算机脉冲量：两个稳态之间的变化3I/O接口：将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。用以实现外设与主机之间的信息交换I/O接口功能：1）信号的形式变换2）电平转换和放大3）锁存及缓冲4）I/O定向（译码）5）并行及串行转换5.1.2I/O接口

2、42.I/O的内容分类1）数据信息2）状态信息：表示外设当前所处的工作状态3）控制信息：由CPU发出的，用于控制I/O接口的工作方式以及外设的启动和停止等。53.I/O接口的构成6I/O端口的访问1、输入指令格式：IN累加器，端口功能：把端口中数据读到AL、或AX中。例：INAL，21HMOVDX，201HINAX，DX2、输出指令格式：OUT端口，累加器功能：把寄存器AL、或AX中数据输出到端口。例：OUT32H，ALMOVDX，201HOUTDX，AX75.1.3I/O编址1.存储器映像编址从存储器地址中分出一部分给I/O端口使用，可用访问存储器的方法来访问I/O端口。2.I/O单独编址

3、CPU使用专门的I/O指令及控制信号进行I/O访问。81.直接传送方式（无条件传送方式、同步传送方式）特点：1.适用于外设动作时间固定且已知的情况，在CPU与外设进行数据传送时，外设保证已准备好，如开关，发光二极管等2.要求严格的时序配合。方法：CPU不查询外设工作状态，与外设速度的匹配通过在软件上延时完成，在程序中直接用I/O指令完成与外设的数据传送。优点：软件及接口硬件简单缺点：CPU效率低，只适用于简单外设，适应范围较窄5.1.4I/O的控制方式92.查询方式（异步传送方式）传送数据前先检查外设状态，在状态满足条件时才可传送数据，否则等待。优点：软件比较简单缺点：CPU花大量的时间

4、进行状态查询，CPU效率较低，数据传送的实时性差，速度较慢适用场合：外设并不总是准备好对传送速率和效率要求不高对外设及接口的要求：外设应提供设备状态信息接口应具备状态端口NY从状态端口读入状态信息从数据端口传送一个数据外设准备好？10超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环，可没有复位计时器NY输入数据BUSY?NY输出数据补充举例：某一外设，当其为CPU准备好数据后，I/O端口地址2的D0位为1；当数据未准备好时，该位为0。WAIT:INAL，2TESTAL，1JZWAIT；未准备好，CPU继续查询;若准备好，CPU可读入数据113．中断传送方

5、式为提高系统的工作效率，充分发挥CPU的高速运算能力，引入了“中断”系统，利用中断来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是中断传送方式。特点：外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序。中断使CPU和外设以及外设之间能并行工作。优点：CPU效率高，实时性好，速度快缺点：程序编制较为复杂12以上三种I/O方式的共性均需CPU作为中介：软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/s）134

6、.DMA（直接存储器访问）方式外设和内存之间直接传送数据的方式，即DMA传送方式。在DMA传送方式中，对这一数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器（DMAC）。特点：外设直接与存储器进行数据交换，不需要CPU干预也不需软件介入,数据传输速度快。总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。145.其他方式例：I/O处理机8089155.2系统总线及接口5.2.1总线概述概念：多个电路传送信号的公共通道特点：1）多信号源2）被分时使用3）由主设备控制数据总线DB控制总线CB地址总线AB存储器I/O接口输入设备I/O接口

7、输出设备CPU162.总线的分级1）片内总线CPU内部总线2）系统级总线计算机机箱内部，插卡与插卡之间的连接总线3）设备级总线各种I/O设备和计算机之间，位于设备机箱外的总线175.2.2系统总线标准规定接插件的几何尺寸、引脚排序、电路信号名称及其电气特性等PC机：使用IBMPC/XT总线、ISA总线及PCI总线工控机：STD总线及PC104总线计算机I/O的基本原理：CPU执行指令—产生总线信号—作用于接口