补充 微型计算机和外设的数据传输

1. 补充 微型计算机和外设的数据传输 一 为什么要用接口电路 二 CPU和输入输出设备之间的信号 三 接口部件的I/O端口 四 CPU和外设之间的数据传送方式

2. 一 为什么要用接口电路 （1）接口电路按功能可分为两类: 使微处理器正常工作所需的辅助电路：时钟信号或中断请求等 输入输出（I/O）接口电路：CPU与外设收发数据

3. 存储器： 功能单一：保存信息 品种有限：ROM和RAM 工作速度：与CPU基本匹配 外部设备： 功能多样：输入、输出、输入/输出 品种繁多： A/D、D/A转换（格式不同），串口（串并转换），并口，中断控制，DMA控制，定时器等 工作速度：一般较慢，无法与CPU速度匹配（降低效率） （2）为什么要用接口电路

4. （3）什么是微机接口技术 • 处理微机系统与外设间联系的技术 • 注意其软硬结合的特点 • 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备

5. C P U 接 口 电 路 I/O 设 备 什么是I/O接口（电路） • I/O接口是位于CPU与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 • PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路

6. 二 CPU和输入输出设备之间的信号 （1）数据信息：（外设与CPU之间） 数字量：键盘、磁盘到CPU，CPU到打印机、磁盘、显示器等，一般为二进制数、ASCII码等 模拟量：通过A/D转换器输入，通过D/A转换器输出 开关量：控制开关、电机、阀门、继电器等等

7. （2）状态信息：（从外设到CPU） 显示外部设备的工作状态，如空闲还是忙 （3）控制信息： （CPU到外设） 使外设按要求工作，如启动、停止、控制字、命令字等信号 以上三种信号都可通过DB传送，此时，数据信息送接口中的数据缓冲器；状态信息送状态寄存器；控制信息送控制寄存器。

8. 三 接口部件的I/O端口 1．什么是端口： 接口电路中，用于存放不同种类信息的寄存器，称这些寄存器为端口。每个端口对应一个端口地址。 2．端口分类： 数据端口：数据信息 状态端口：状态信息 控制端口或命令端口：控制信息

9. 3. I/O端口的编址： 接口电路占用的I/O端口有两类编址形式 • I/O端口单独编址 • I/O地址空间独立于存储地址空间 • 如8086/8088 • I/O端口与存储器统一编址 • 它们共享一个地址空间 • 如M6800

10. 4．端口地址分配方法： • 一般一个接口包含多个I/O端口，必须分配不同端口地址。 • 例如：一个双向I/O接口电路包含4个端口，即数据输入、状态端口、数据输出和控制端口。因为前两者只读不能写，后两者只写不能读，所以只需分配2个端口地址，即数据输入/输出一个端口，控制/状态一个端口。 • 对于外设的操作就可以转化为对端口的操作。

11. FFFFF 内存 空间 FFFF I/O 空间 0 I/O端口单独编址 • 优点： • I/O端口的地址空间独立 • 控制和地址译码电路相对简单 • 专门的I/O指令使程序清晰易读 • 缺点： • I/O指令没有存储器指令丰富

12. FFFFF 内存 部分 存储器空间 I/O 部分 00000 I/O端口与存储器统一编址 • 优点： • 不需要专门的I/O指令 • I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活 • 缺点： • I/O端口要占去部分存储器地址空间 • 程序不易阅读（不易分清访存和访问外设）

13. 外设通过接口和系统的连接 输入口 输出口 控制口 状态口

14. 四 CPU和外设之间的数据传送方式 四种传送方式： 程序方式（无条件、条件传送） 中断方式 DMA方式 输入/输出处理机方式

15. 一 程序方式 1. 无条件传送方式 （1）定义：确认计算机外设已经准备好，就不必查询外设状态而直接进行数据传输。 （2）适用条件：传送不能太频繁，外设通常比较简单，如开关、数码LED显示器等

16. （3）工作原理 OUT DX, AL IN AL, DX

17. 说明： • 输入时要使用缓冲器，因为输入数据的保持时间相对CPU速度要长，可以直接用缓冲器与DB相连而不需锁存。 • 输出时要使用锁存器，因为外设速度一般较慢，需要让数据保存一段时间，以便外设能取到数据。

18. 10K x 8 +5V 74LS244 数据总线 G1 G2 CS RD 无条件传送：输入实例 MOV DX, 160H IN AL, DX 160H

19. +5V Rx 8 数据总线 74LS 373 LE OE CS WR 无条件传送：输出实例 MOV DX, 160H MOV AL, 0FEH OUT DX, AL D0 D7 160H

20. IOR IOW G 无条件传送：输入输出接口 译码 A0～A15 next: mov dx,8000h ;DX指向数据端口 in al,dx ;从输入端口读开关状态 not al ;反相 out dx,al ;送输出端口显示 call delay ;调子程序延时 jmp next ;重复 +5V 8000H K0 K1 LS244 三态 缓冲器 … K7 +5V LED0 CLK LS06 反相 驱动器 LS273 8D 锁存器 … D0～D7 LED7

21. 2 条件传送方式 （1）条件传送的概念： 又叫查询方式传送，CPU通过程序不断读取并检测外设状态，一旦发现输入设备处于准备好或输出设备空闲状态时，就执行输入/输出指令完成信息交换。

22. 输入状态 N 就绪？ Y 数据交换 （2）条件传送的三个环节： CPU从接口中读取状态字 CPU检测状态字 传送数据 查询式输出程序流程示意

23. 1 查询式输入的接口电路 0 0 0 0 1 0 1 RD

24. 输入 设备 STB IOR IOR 查询输入接口举例： 8位 三态 缓冲器 mov dx,8000h ;DX指向状态端口 status:in al,dx ;读状态端口 test al,01h ;测试标志位D0 jz status ;D0＝0，未就绪，继续查询 inc dx ;D0＝1就绪，DX指向数据端口 in al,dx ;从数据端口输入数据 8D 锁存器 D0～D7 +5V 8001H 1位 三态 缓冲器 R D0 译码 D Q A0～A15 8000H

25. 1 查询式输出的接口电路 0 0 1 0 0 0 1 1

26. IOW ACK IOR 输出 设备 查询输出接口举例： 8D 锁存器 mov dx,8000h ;DX指向状态端口 status:in al,dx ;读取状态端口的状态数据 test al,80h ;测试标志位D7 jnz status ;D7＝1，未就绪，继续查询 inc dx ;D7＝0，就绪，DX指向数据端口 mov al,buf ;变量buf送AL out dx,al ;将数据输出给数据端口 D0～D7 +5V Q D R 8001H 1位 三态 缓冲器 D7 译码 A0～A15 8000H

27. 主程序 中断服务程序 中断请求 一个字(节) 的信息 传送 断点 继续执行 返回断点 三 中断方式 • 适用于低速外设与CPU的信息交换 • 高速外设可能产生信息丢失，故不采用 程序流程

28. 中断传送方式的原理（输入） 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1

29. 三 DMA方式 • 定义：直接存储器存取方式 • 特点：外设利用专用的DMA接口电路直接与存储器进行高速数据交换，而不经过CPU，完全不需要一些额外的操作，只决定于存储器和外设的速度。 • 方法：由专用的DMA控制器完成，如8237，要进行DMA传送时，只需向CPU发总线请求信号，CPU让出总线后即可进行。

30. 四 输入/输出处理机方式 • 硬件：8089（输入/输出协处理器），包含2个DMA通道，本身有专用的指令系统用于数据传送。 • CPU状态：最大工作模式 • 特点：数据信息交换完全由8089实现，此时CPU可做其他事情。

31. 传送方式的比较 • 无条件传送：慢速外设与CPU保持同步 • 查询传送： 简单实用，效率较低 • 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销 • DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送 • 输入/输出处理机控制：8089控制，DMA方式的升级版。

32. 第8章 输入/输出接口 8.1 微型计算机的输入/输出接口 8.2 并行通信和并行接口 8.3 可编程并行通信接口8255A

33. 8.1 微型计算机的输入/输出接口 • 8.1.1 CPU和输入输出设备之间的信号 • 8.1.2 CPU和外设之间的数据传送方式

34. 8.1.1 CPU和输入输出设备之间的信号 （1）数据信息：（外设与CPU之间） 数字量：键盘、磁盘到CPU，CPU到打印机、磁盘、显示器等，一般为二进制数、ASCII码等 模拟量：通过A/D转换器输入，通过D/A转换器输出 开关量：控制开关、电机、阀门、继电器等等

35. （2）状态信息：（从外设到CPU） 显示外部设备的工作状态，如空闲还是忙 （3）控制信息： （CPU到外设） 使外设按要求工作，如启动、停止、控制字、命令字等信号 以上三种信号都可通过DB传送，此时，数据信息送接口中的数据缓冲器；状态信息送状态寄存器；控制信息送控制寄存器。

36. 8.1.2 CPU和外设之间的数据传送方式 四种传送方式： 程序方式（无条件、条件传送） 中断方式 DMA方式 输入/输出处理机方式

37. 一 程序方式 1. 无条件传送方式 （1）定义：确认计算机外设已经准备好，就不必查询外设状态而直接进行数据传输。 （2）适用条件：传送不能太频繁，外设通常比较简单，如开关、数码LED显示器等

38. （3）工作原理 OUT DX, AL IN AL, DX

39. 说明： • 输入时要使用缓冲器，因为输入数据的保持时间相对CPU速度要长，可以直接用缓冲器与DB相连而不需锁存。 • 输出时要使用锁存器，因为外设速度一般较慢，需要让数据保存一段时间，以便外设能取到数据。

40. 2 条件传送方式 （1）条件传送的概念： 又叫查询方式传送，CPU通过程序不断读取并检测外设状态，一旦发现输入设备处于准备好或输出设备空闲状态时，就执行输入/输出指令完成信息交换。

41. 输入状态 N 就绪？ Y 数据交换 （2）条件传送的三个环节： CPU从接口中读取状态字 CPU检测状态字 传送数据 查询式输出程序流程示意

42. 1 查询式输入的接口电路 0 0 0 1 0 1

43. 1 查询式输出的接口电路 0 0 1 0 0 0 1 1

44. 主程序 中断服务程序 中断请求 一个字(节) 的信息 传送 断点 继续执行 返回断点 二 中断方式 • 适用于低速外设与CPU的信息交换 • 高速外设可能产生信息丢失，故不采用 程序流程

45. 三 DMA方式 • 定义：直接存储器存取方式 • 特点：外设利用专用的DMA接口电路直接与存储器进行高速数据交换，而不经过CPU，完全不需要一些额外的操作，只决定于存储器和外设的速度。 • 方法：由专用的DMA控制器完成，如8237，要进行DMA传送时，只需向CPU发总线请求信号，CPU让出总线后即可进行。

46. 四 输入/输出处理机方式 • 硬件：8089（输入/输出协处理器），包含2个DMA通道，本身有专用的指令系统用于数据传送。 • CPU状态：最大工作模式 • 特点：数据信息交换完全由8089实现，此时CPU可做其他事情。

47. 8.2 并行通信和并行接口 定义： 一个字符的各位数用几条线同时进行传输。 特点： 优点：传输速度快，信息率高 缺点：用电缆多，不适应远距离传输

49. 数据输入 准备好 数据 数据输入 回答 RD# INTR 数据 数据输入过程 ： 输入准备好 状态位 外设 CPU 8255

50. 数据输出 回答 数据 数据输出 准备好 WR# INTR 数据 数据输出过程 ： 输出准备好 状态位 外设 CPU 8255