微机与外设的数据传输.ppt
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1、第5章 微机与外设的数据传输,微机中接口的基本概念 接口的功能 接口电路的基本结构 端口的概念 I/O端口的编址方式 CPU与输入/输出设备之间的信号 CPU和外设之间的数据传送方式 无条件传送方式 查询方式 中断方式,5.1 I/O接口概述,5.1.1 使用接口电路的原因 接口可起到CPU与不同外设进行串行、并行信息的转换作用 接口可起到模/数与数/模的转换作用 非数字式信号必须经过转换,使其成为对应的数字信号才能送到计算机总线。这种A/D,D/A转换是通过接口来完成的。 接口对I/O过程起到缓冲和联络作用 解决外设存取速度和CPU速度不匹配的问题,输入输出(I/O)接口:是把外部设备与微型
2、计算机连接起来实现数据传送的控制电路。,外设必须通过接口电路与微机系统总线相连接,5.1.2 接口电路的分类,按通用性分类,通用接口:可供多种外部设备使用的标准接口,目的是使微机正常工作。 通常制造成集成电路芯片,也称为接口芯片。 最初的IBM-PC使用的接口芯片:8284、8288、8255、8259、8237、8253 后来的微机将这些芯片集成为大规模集成电路芯片,称为芯片组。 专用接口:为某种用途或某类外设而专门设计的接口电路,目的在于扩充微机系统的功能。 通常制造成接口卡,插在主板总线插槽上使用 通用接口和专用接口的界限并不严格。,接口电路的分类,按可编程性分类,简单的输入/输出接口芯
3、片 如锁存器74LS373、单向缓冲器74LS244、双向缓冲器(数据收发器)74LS245等。 可编程接口芯片:其功能可以由软件来选用控制。 如并行输入输出接口8255、定时器/计数器8253、中断控制器8259、DMA控制器8237等。,5.1.3 接口电路的功能,简单地说,一个接口的基本功能是在系统总线和I/O设备之间传输信号,提供缓冲作用,以满足接口两边的时序要求。接口的功能概括如下: 寻址功能 输入/输出功能 数据转换功能 联络功能 中断管理功能 可编程功能 复位功能 错误检测功能,*对于一个具体的接口来说,未必全部具备这些功能,但必定具备其中的几个功能。,5.1.4 接口电路的基本
4、结构,接口与端口,接口是每个外设或每种外设与微处理器相连时使用的电路。 一般在接口的内部除了与外设打交道的工作电路外,还包含一组程序可访问的寄存器,这些寄存器可以具有相互独立的地址,也可以几个一组,共用一个地址。这样的寄存器或寄存器组称为输入/输出端口(I/O port)。 CPU以访问端口的形式来访问接口。进而CPU通过这些端口与该接口所连接的外部设备进行信息交换。 为传递的数据提供缓冲、锁存等功能的称为数据端口。 用来保存设备和接口的状态信息,供CPU查询的称为状态端口。 用来保存CPU发出的命令,以控制接口与外部设备的执行动作的称为控制(或命令)端口。,接口与端口,接口上可以包含唯一的端
5、口,也可以包含几个端口。 对CPU程序来说,接口仅是一个笼统的概念,而接口中的各个端口寄存器是CPU程序与接口打交道的具体对象。 端口的地址和端口的数据是程序唯一可见的内容,而接口和外设在程序中是无法直接反映出来的。 端口一般分为数据端口、状态端口和控制端口。,5.1.5 I/O端口的编址方式,端口有两种编址方式:统一编址和独立编址。,统一编址:把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。利用对存储器的读写操作完成数据的输入和输出。,优点 可使用全部对存储器操作指令,指令多,方便灵活; 访问控制信号统一。 缺点 内存可用地址空间减小; 寻址地址线数多,译码复杂。,I/O端口的编
6、址方式,独立编址:计算机单独给外设端口编址,外设地址空间和内存地址空间相互独立。 PC系列机采用I/O端口独立编址方式 优点:内存地址空间不受I/O编址的影响;I/O空间较存储器空间小,地址线少,译码电路简单。 缺点:要有专门输入输出指令; I/O指令功能较弱,寻址方式少,不灵活。,5.1.6 8086 的I/O编址,把端口地址放在DX寄存器中,对该端口进行读写,可寻址的端口号为065535(FFFFH) IN AL, DX OUT DX, AL,端口地址小于或等于FFH(255),可以用立即数表示端口地址。 IN AL, 42H OUT 43H, AL,5.2 CPU与输入/输出设备之间的信
7、号,CPU和I/O设备之间的信号分类 数据信息 数字量 模拟量 开关量 状态信息:对于输入设备来说,用READY信号来标明待输入的数据是否准备就绪。对于输出设备来说,用BUSY信号来表示输出设备是否处于空闲状态。 控制信息:如外设的启动信号和停止信号就是常见的控制信息。,5.3 CPU和外设之间的数据传送方式,接口电路控制数据信号的传送,这种传送操作是在CPU的监控下实现的。对于CPU而言,数据传送就是输入输出操作,控制接口的传送操作有三种方式: 程序方式 无条件传送方式 条件传送方式(查询方式传送) 中断方式 DMA方式(DMA控制I/O方式),5.3.1 程序方式,程序方式传送是指在程序控
8、制下进行信息传送,又可分为无条件传送和条件传送方式。 无条件传送方式 若程序员能够确信一个外设已经准备就绪,就不必查询外设的状态而进行信息传输,这称为无条件传送方式。 在无条件传送方式下,程序设计较简单。,无条件传送输入的例子:,MOV DX, 160H IN AL, DX,无条件传送输出的例子:,MOV DX, 160H MOV AL, BX OUT DX, AL,条件传送方式(查询方式),CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态,根据外设的工作状态控制外设的输入/输出,即查询方式。 在此传送方式下,一个数据传送到接口,其过程由3个环节组成: CPU从接口中读取状态字 CPU检测状态字的对
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