第六章输入与输出

第六章输入与输出 • 掌握CPU寻址外设的方式 • 掌握CPU与外设间的接口信息及数据传送的形式 • 了解DMA方式的特点

6-1 CPU寻址外设 • 存储器对应的输入输出方式 • 一个外设端口作为一个存储器单元来对待。 • 不需要专门的输入输出指令。 • 端口寻址的输入输出方式 • CPU有专门的I/O指令，用地址来区分不同的外设。 • 一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制寄存器，故往往需要多个端口地址。 • Intel系列CPU采用端口寻址方式，可采用直接寻址方式和间接寻址方式。 • 采用端口寻址方式的CPU必须有控制线。8086中的M/IO来区分寻址内存还是外设。

数据 CPU I/O 装置控制状态 • 数据：数字量、模拟量、开关量 • 状态信息：Ready、Busy信号等 • 控制信息：控制输入输出设备的启动或停止，如：RD，WR，M/IO等信号。 6-2 CPU与外设间的接口信息 CPU与接口电路间数据传送（通信）的形式：并行通信 ----------- 数据的各位同时传送串行通信 ------------ 数据一位一位顺序传送

6-3 CPU与外设数据传送的方式 • 查询方式（程序控制方式） CPU利用指令反复查询I/O的状态，直到I/O准备好，才进行输入/输出。此间CPU处于循环等待状态，未做有效的工作。 • 中断方式 CPU在执行程序的同时兼顾对I/O设备的控制或数据传送。当I/O设备准备好通知CPU， CPU暂停正在运行的程序，转而处理I/O设备的请求，处理完即返回主程序继续执行。 • DMA方式（直接存储器访问方式）主要适用于高速I/O设备（如磁盘），DMA控制器向I/O接口提供控制信息（如数据块的首地址及字节数），I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。

读状态端口 Ready ？ N Y 输入数据 6-3 CPU与外设数据传送的方式 • 查询传送方式 • 查询式输入 POLL： IN AL，STATUS_PORT ;从状态寄存器输入状态信息 TEST AL，80H ;外设的状态寄存器的D7位为“Ready”状态位 JZ POLL ; D7位为“0”，未准备好，循环等待 IN AL，DATA_PORT ; 准备好，从数据寄存器输入数据

读状态端口 Busy ？ Y N 输出数据 6-3 CPU与外设数据传送的方式 • 查询传送方式 • 查询式输出 POLL： IN AL，STATUS_PORT ;从状态寄存器输入状态信息 TEST AL，80H ;外设的状态寄存器的D7位为“Busy”状态位 JNZ POLL ; D7位为“1”，外设Busy，循环等待 OUT DATA_PORT， AL ; 外设no Busy，数据从数据口输出

6-3 CPU与外设数据传送的方式 • 中断传送方式 • 当CPU需要输入输出数据时，发出启动I/O设备工作的命令，继续原来的工作 • 输入时，若外部的输入数据已存入输入寄存器，由外设发出中断申请；输出时，若输出寄存器已空，由外设发出中断申请 • CPU接收到中断申请就暂停当前工作，转去中断服务，在输入或输出数据后返回（中断返回），CPU继续执行原程序

6-3 CPU与外设数据传送的方式 • DMA（直接存储器访问）方式 • 当高速的外部设备与CPU要进行成组的数据交换时，希望利用硬件，在外设和内存间直接进行数据交换，而不通过CPU，这就是DMA方式。 • DMA方式时，CPU让出总线控制权，由中断控制器接管 • 随着大规模集成电路技术的发展， DMA传送不仅仅局限存储器与外设之间，而可以扩展为在存储器的两个区域之间，或两种高速的外设之间进行DMA传送。 • 两种基本的DMA传送方式 • 单字节方式 • 字节（字符）组方式

地址总线 HOLD HLDA DMA请求总线请求 I / O 设备 HRQ DREQ DMA控制器 HLDA DACK 总线响应 DMA响应 CPU 控制总线数据总线 • DMA控制器的功能 • DMA控制器向CPU发出HOLD信号。 • CPU发出HLDA信号后， DMA控制器接管对总线的控制，进入DMA方式。 • DMA控制器发出读或写等控制信号，能对存储器寻址及修改地址指针，能决定传送的字节数并判断DMA传送是否结束。 • DMA控制器发出DMA结束信号，使CPU恢复正常工作状态。

第六章 输入与输出