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无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取 (DMA)

§6.3 输入输出的控制方式. 无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取 (DMA). 输入输出方式：. 程序控制输入输出方式（ PIO ）. 一、无条件传送方式. CPU 不必查询外设当前的状态而无条件地进行数据的输入输出，数据交换与指令的执行是同步的，这种方式也称为同步传送方式。. 无条件传送流程. 适用于总是处于准备好状态的外设 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄. 实例：. +5V. 锁存器. 三态门. D1. Q. 1. D. 输出口地址 38F3H. CP.

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无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取 (DMA)

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Presentation Transcript

  1. §6.3 输入输出的控制方式 无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取(DMA) 输入输出方式： 程序控制输入输出方式（PIO）

  2. 一、无条件传送方式 CPU不必查询外设当前的状态而无条件地进行数据的输入输出，数据交换与指令的执行是同步的，这种方式也称为同步传送方式。

  3. 无条件传送流程

  4. 适用于总是处于准备好状态的外设 • 优点：软件及接口硬件简单 • 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄

  5. 实例： +5V 锁存器 三态门 D1 Q 1 D 输出口地址38F3H CP D0 输入口地址38F0H

  6. 二、查询方式 CPU在数据传送前，必须先要查询一下外设的状态，若外设准备好才传送数据，否则要等待直到外设准备好为止 。

  7. 就绪信号(READY)： 就绪：满，空、闲、不忙 • 输入 “就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据，正等着CPU来读取；该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述。 • 输出 “就绪”说明输出接口已做好准备，等待接收CPU要输出的数据；该状态也可用接口数据缓冲器已“空”、或者用接口（外设）“闲”或 “不忙（Busy）”来描述。

  8. 单一外设查询传送流程

  9. 多个外设查询传送流程 1号外设准备就绪？ Y 对1号外设服务 N 2号外设准备就绪？ Y 对2号外设服务 N … n号外设准备就绪？ Y 对n号外设服务 N

  10. 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 特点： • 优点：软件比较简单 • 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度慢 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

  11. 实例： • 外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好） • 外设数据端口地址为03F8H，cpu往外设写数据的过程中，状态标志为1 ；外设接收完数据后状态标志为0。 • 试画出其电路图，并将DATA下100Byte的数据输出

  12. 74LS374 D7-D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IOW ≥1 74LS138 & A9 | A3 3F8H G G2A G2B C B A CP Y0 外设 OE ≥1 A15 | A10 3FBH BUSY A2 A1 A0 Y3 ≥1 状态端口 74LS244 IOR 系统连接图： D7-D0 D5

  13. 程序： JZ AGAIN MOV AL,[SI] MOV DX,3F8H OUT DX,AL INC SI DEC CX JNZ AGAIN …… DATA DB 100 DUP (?) …… LEA SI, DATA MOV CX,100 AGAIN:MOV DX,3FBH IN AL,DX TEST AL,20H

  14. 三、中断方式 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 • 优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 • 缺点：程序编制较为复杂。

  15. 前面三种传送方式的共同点： 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/秒）

  16. 四、直接存储器存取方式 （Direct Memory Access，DMA） 特点： • 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； • 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。 • 可以达到很高的传输速率（几MB/秒）

  17. DMA硬件结构图： MEM BUS … 控制信号 HOLD DRQ 外设 接口 DMAC CPU HLDA DACK

  18. 1、DMA控制器的功能 • 与CPU和外设接口的通信： • DRQ、HOLD、HLDA、DACK • 总线控制 寻址（修改地址计数器） 读/写命令 决定传送字节，判断是否结束 • 交换总线控制权 P261

  19. 2、DMA控制器的工作过程 (1)外设向DMAC发出DRQ信号； (2)DMAC收到请求后，向CPU发出HOLD信号； (3)CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA 信号，对HOLD信号进行响应； (4)DMAC收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK； (5) DMAC发出地址和相应的控制信号，实现外设与内存，或内存之间的直接数据传送； (6) 自动修改地址和字节计数器，判断是否结束。

  20. CLK HLDA ALE A0-A9 有效地址 IOR MEMW IOW MEMR D7-D0 数据输入 DMA存储器写的时序： |S1 | S2 | S3 | Sw | S4 结束后撤销HOLD的同时，HLDA无效 无效

  21. DMA传送流程

  22. 注意： • 传送前，CPU必须告诉DMAC传送部件，传送首地址，传送字节数； • 传送时，DMAC只负责送出地址及控制信号，数据并不经过DMAC。

  23. 2、DMA的传送方式 • 连续传送（块传送）： DMAC在申请到总线后，将一块数据传送完后才释放总线，而不管DRQ是否有效。 • 单次传送（每次传送一个字节）： 每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。 • 按需传送（猝发传送）： 只要I/O接口的数据缓冲可用，就可进行传送。此时I/O接口需要有一定大小的FIFO缓冲区。

  24. 允许DMA N DMA请求？ Y DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节 地址增量，计数器减量 Y 块结束？ N DMAC释放总线 数据块传送：

  25. 允许DMA 每次传送一个字节： DMA请求？ N Y DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个数据 地址增量，计数器减量 Y 块结束？ N DMAC释放总线 释放总线至少一个总线周期

  26. 按需传送： 允许DMA N DMA请求？ Y DMAC请求总线 CPU响应, DMAC获总线控制权 DMA传送一个字节 地址增量，计数器减量 Y 块结束？ N Y I/O的DRQ有效？ N 释放总线，请求中断 无效，释放总线

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