微機原理第6章課件

第6章微型計算機的輸入/輸出

6.1CPU與外設(shè)通訊的特點

6.2輸入/輸出方式

6.3CPU與外設(shè)通信的接口

6.4可用于輸入/輸出接口的8212芯片

6.5CPU的輸入/輸出

6.6DMA傳送方式與DMA控制器8237A輸入和輸出（Input/Output—I/O）設(shè)備：是計算機系統(tǒng)的重要組成部分；計算機通過它們與外界進行數(shù)據(jù)信息交換。6.1CPU與外設(shè)通訊的特點存儲器與CPU交換信息，它們在數(shù)據(jù)格式，存取速度等方面基本是匹配的，也就是說CPU要從存儲器讀入指令、數(shù)據(jù)或向存儲器寫入新的結(jié)果和數(shù)據(jù)，只要一條存儲器訪問指令就可完成，在硬件連接方面是芯片之間的管腳連接。而CPU要與外部設(shè)備通訊至少有兩方面的困難：第一、CPU的運行速度要比外設(shè)的處理速度高很多；第二、一臺打印機不能直接與CPU的管腳連接，一個鍵盤或者其他外設(shè)也是如此。外部設(shè)備不能直接連接在總線上。為什么需要I/O接口（電路）？微機的外部設(shè)備多種多樣工作原理、驅(qū)動方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差別很大它們不能與CPU直接相連必須經(jīng)過中間電路再與系統(tǒng)相連這部分電路被稱為I/O接口電路6.1CPU與外設(shè)通訊的特點CPU與外設(shè)通訊具有如下特點：(1)需要有接口作為CPU與外設(shè)通訊的橋梁。(2)需要有數(shù)據(jù)信息傳送之前的“聯(lián)絡”。(3)要傳遞的信息有3方面內(nèi)容：狀態(tài)信息數(shù)據(jù)信息控制信息一般CPU不直接與外設(shè)連接CPUI/O設(shè)備CPU 接口I/O設(shè)備CPU通過接口電路與外設(shè)連接什么是I/O接口（電路）？I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間、用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務的邏輯電路PC機系統(tǒng)板的可編程接口芯片、I/O總線槽的電路板（適配器）都是接口電路CPU接口電路I/O設(shè)備6.1.1I/O接口的主要功能（用途）⑴對輸入輸出數(shù)據(jù)進行緩沖和鎖存輸出接口有鎖存環(huán)節(jié)，輸入接口有緩沖環(huán)節(jié)實際的電路常用：輸出鎖存緩沖環(huán)節(jié)，輸入鎖存緩沖環(huán)節(jié)⑵對信號的形式和數(shù)據(jù)的格式進行變換：數(shù)字量、開關(guān)量、脈沖量⑶對I/O端口進行尋址⑷與CPU和I/O設(shè)備進行聯(lián)絡1.接口電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)CPU與外設(shè)主要有數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息需要相互交換，于是從應用角度看內(nèi)部：⑴數(shù)據(jù)寄存器保存外設(shè)給CPU和CPU發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù)⑵狀態(tài)寄存器保存外設(shè)或接口電路的狀態(tài)⑶控制寄存器保存CPU給外設(shè)或接口電路的命令2.接口電路的外部特性主要體現(xiàn)在引腳上，分成兩側(cè)信號面向CPU一側(cè)的信號：用于與CPU連接主要是數(shù)據(jù)、地址和控制信號面向外設(shè)一側(cè)的信號：用于與外設(shè)連接提供的信號五花八門功能定義、時序及有效電平等差異較大3.接口電路芯片的分類

接口電路核心部分往往是一塊或數(shù)塊大規(guī)模集成電路芯片（接口芯片）：通用接口芯片支持通用的數(shù)據(jù)輸入輸出和控制的接口芯片面向外設(shè)的專用接口芯片針對某種外設(shè)設(shè)計、與該種外設(shè)接口

面向微機系統(tǒng)的專用接口芯片與CPU和系統(tǒng)配套使用，以增強其總體功能6.1.2I/O端口的尋址方式存儲器的每個單元都分配有一個唯一的物理地址，對存儲器的訪問必須直接或間接地提供被訪問的存儲單元的地址。CPU與外部設(shè)備通訊，必須使每個設(shè)備具有地址。為與存儲單元地址區(qū)分，稱為端口地址，一個外部設(shè)備可能分配一個以上的端口地址，輸入(I)和輸出(O)端口是通過不可編程或可編程的芯片與CPU的有關(guān)管腳連接形成的。產(chǎn)生端口地址的方式與產(chǎn)生存儲單元地址的方式類似。6.1.2I/O端口的尋址方式I/O端口單獨編址I/O地址空間獨立于存儲地址空間如8086/8088I/O端口與存儲器統(tǒng)一編址它們共享一個地址空間如M6800I/O端口單獨編址

（I/O

映像的I/O

尋址）I/O端口地址和存貯器單元地址分開編址，各自有自己的地址，使用不同的指令。優(yōu)點：I/O端口的地址空間獨立控制和地址譯碼電路相對簡單專門的I/O指令（IN或OUT）使程序清晰易讀缺點：I/O指令沒有存儲器指令豐富內(nèi)存空間I/O空間FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口獨立編址6.1.3I/O端口地址的形成I/O地址的譯碼方法與存儲器地址的譯碼方法一樣，但有它的特點：常采用部分譯碼方式?？梢允侵虚g地址線不連接、也有最低地址線不連接的情況為了給系統(tǒng)一定的選擇余地，有些接口電路利用比較器、開關(guān)或跨接器等進行多組I/O地址的譯碼除采用譯碼器、門電路進行譯碼外，I/O地址譯碼還經(jīng)常采用可編程邏輯器件PLD一、存貯器映像的I/O尋址方式圖6.1(僅需一個譯碼器芯片)二、I/O映像的I/O尋址方式圖6.2（I/O端口地址需要單獨的一個譯碼器芯片）80x86的輸入輸出指令編號

指令功能注釋1INAL，PORTAL←（PORT）字節(jié)輸入（8位）2INAX，PORTAX←（PORT+1，PORT）字輸入（16位）3INEAX，PORTEAX←（PORT+3，PORT+2，PORT+1，PORT）雙字輸入（32位）4OUTPORT，AL（PORT）←AL字節(jié)輸出（8位）5OUTPORT，AX（PORT+1，PORT）←AX字輸出（16位）6OUTPORT，EAX（PORT+3，PORT+2，PORT+1，PORT）←EAX雙字輸出（32位）7INAL，DXAL←（DX）字節(jié)輸入（8位）8INAX，DXAX←（DX+1，DX）字輸入（16位）9INEAX，DXEAX←（DX+3，DX+2，DX+1，DX）雙字輸入（32位）10OUTDX，AL（DX）←AL字節(jié)輸出（8位）11OUTDX，AX（DX+1，DX）←AX字輸出（16位）12OUTDX，EAX（DX+3，DX+2，DX+1，DX）←EAX雙字輸出（32位）

IN——輸入指令，CPU從端口PORT讀入數(shù)據(jù)；OUT——輸出指令，CPU向端口PORT輸出數(shù)據(jù)；寄存器間接尋址直接尋址80x86的輸入輸出指令例1

指令I(lǐng)NAL，20H

若（20H）=29H，則指令執(zhí)行后，AL=29H。例2

指令OUTDX，EAX

若DX=2000H，EAX=2FAB3147H，則指令執(zhí)行后，地址為2003H、2002H、2001H、2000H的端口的內(nèi)容分別為2FH、ABH、31H和47H。6.2.1程序控制傳送方式操作完全在CPU的控制下完成，由CPU執(zhí)行啟動、控制、停止輸入輸出的程序?？梢苑譃閮煞N方式：無條件傳送（同步傳送）查詢傳送（異步傳送）一、無條件傳送(同步傳送)方式

這種方式下，CPU直接與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)而不必預先檢查外設(shè)狀態(tài)，因為這種外設(shè)的時序是已知的及固定的，然而，適合于這種傳送方式的外設(shè)很少。CPU不查詢外設(shè)的工作狀態(tài)，默認外設(shè)始終處于“準備好”或“空閑”狀態(tài)，需要時可隨時與之交換數(shù)據(jù)。如：鈕子開關(guān)、發(fā)光二極管等。一、無條件傳送(同步傳送)方式不需要狀態(tài)端口信息：硬件較少程序設(shè)計簡單傳送不能太頻繁，以保證每次傳送時外設(shè)都能處于“準備好”狀態(tài),只能用于一些簡單的外設(shè)。流程二、查詢傳送（異步傳送）方式當慢速的外設(shè)與CPU交換數(shù)據(jù)時，常用這種方式。在這種方式下，CPU與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)之前，先檢查外設(shè)狀態(tài)，只有在狀態(tài)滿足條件的情況下才可以傳送數(shù)據(jù)。狀態(tài)的檢查是CPU執(zhí)行一段程序完成的。二、查詢傳送（異步傳送）方式傳送前，CPU先讀取并測試外設(shè)的狀態(tài)信息：若外設(shè)已準備就緒，CPU才執(zhí)行輸入指令或輸出指令與外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息；若外設(shè)未準備就緒，CPU就繼續(xù)查詢外設(shè)的狀態(tài)信息。對多個外設(shè)的情況，CPU按一定順序依次查詢（輪詢）。先查詢的外設(shè)將優(yōu)先進行數(shù)據(jù)交換查詢傳送的特點是：工作可靠，適用面寬，但傳送效率低流程查詢傳送流程返回6.2.2中斷控制傳送方式在異步查詢方式時，CPU要用大量時間去執(zhí)行狀態(tài)查詢程序，使CPU的效率大大降低。如果不要CPU主動去查詢外設(shè)的狀態(tài)，而是讓外設(shè)在準備好之后通知CPU。顯然，CPU在沒接到外設(shè)通知前只管做自己的事情，只有接到通知時才執(zhí)行與外設(shè)的數(shù)據(jù)傳送工作。這樣，可大大提高CPU的利用率，這種方式稱中斷方式。此方式將在第7章重點討論。但對于快速的外設(shè)，要不斷請求中斷，CPU同樣也要用大量時間去響應它。6.2.2中斷控制傳送方式CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段預先安排好的中斷服務程序；服務結(jié)束后，又返回原來的斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。程序斷點主程序中斷請求為外設(shè)繼續(xù)執(zhí)行返回斷點傳送流程提供服務中斷服務程序

入口中斷傳送流程返回1.中斷的概念CPU在正常運行程序時，由于內(nèi)、外部事件有中斷請求，CPU暫時中止正在運行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行有中斷請求的內(nèi)、外部事件的服務程序，執(zhí)行結(jié)束后又返回到被中止的程序的過程。斷點：響應中斷時的下一條指令的地址。正常程序（斷點）中斷響應中斷返回中斷服務2.中斷源能產(chǎn)生中斷請求的外部設(shè)備（輸入/輸出設(shè)備）、內(nèi)部事件（除0、溢出）及中斷指令。3.中斷過程（1）中斷請求—外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請求；（2）中斷判優(yōu)—將外設(shè)進行優(yōu)先級排隊；（3）中斷響應—CPU在條件允許下，響應最高優(yōu)先級別的中斷請求；（4）中斷處理—CPU服務中斷請求，進行中斷服務處理；（5）中斷返回—CPU服務完后，應返回原被中斷的程序，繼續(xù)執(zhí)行。中斷控制傳送方式特點

中斷傳送方式是指當外設(shè)需要與CPU進行信息交換時，由外設(shè)向CPU發(fā)出請求信號，使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出操作，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，CPU再繼續(xù)執(zhí)行被暫停的程序。

查詢傳送方式是由CPU來查詢外設(shè)的狀態(tài)，CPU處于主動地位，而外設(shè)處于被動地位。中斷傳送方式則是由外設(shè)主動向CPU發(fā)出請求，等候CPU處理，在沒有發(fā)出請求時，CPU和外設(shè)都可以獨立進行各自的工作。

6.2.3DMA傳送方式

—直接存貯器存取方式希望克服程序控制傳送的不足外設(shè)→CPU→存儲器外設(shè)←CPU←存儲器直接存儲器存取DMA外設(shè)→存儲器外設(shè)←存儲器CPU釋放總線，由DMA控制器管理總線DMA方式基本思想:在存儲器和外設(shè)之間建立起直接的數(shù)據(jù)傳送通路，即不經(jīng)由CPU，而由專門的DMA控制器實現(xiàn)存儲器和外設(shè)之間的操作。于是，傳送就不必進行保護現(xiàn)場等一系列額外操作，從而減輕了CPU的負擔，因此特別適合于高速度大批量數(shù)據(jù)傳送的場合。但是，這種方式要增設(shè)DMA控制器，硬件電路比前兩種方式更為復雜。6.2.3直接存儲器存取方式—DMA方式(1)由專用接口芯片DMA控制器(稱DMAC)控制傳送過程，(2)當外設(shè)需傳送數(shù)據(jù)時，通過

DMAC向CPU發(fā)出總線請求；(3)CPU發(fā)出總線響應信號后，釋放總線；(4)DMAC接管總線，控制外設(shè)、內(nèi)存之間的直接數(shù)據(jù)傳送。6.2.3直接存儲器存取方式——DMA方式CPUDMAC內(nèi)存外設(shè)總線響應總線請求內(nèi)存外設(shè)HOLDHLDADMA方式DMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

DMA方式的工作過程（1）I/O經(jīng)DMAC控制器向CPU發(fā)出DMA請求（HOLD=1）；（2）CPU收到DMAC的HOLD=1請求信號后，如果允許，則使HLDA=1（總線響應信號）來響應DMAC的請求，并向DMAC的地址寄存器發(fā)送地址信息，向字節(jié)計數(shù)器發(fā)送傳送的字節(jié)數(shù)，同時讓出總線；（3）DMAC得到總線控制權(quán)后，完成存貯器到I/O的數(shù)據(jù)傳送（每傳送1字節(jié)數(shù)據(jù)，地址指針修改1次，字節(jié)計數(shù)器減1，直至減到0）；（4）DMA過程結(jié)束，DMAC向CPU發(fā)出結(jié)束信號HOLD=0，CPU收到此信號后，使HLDA=0，同時收回總線控制權(quán)。DMA傳送流程流程DMA傳送流程返回DMA方式的特點（1）CPU讓出總線，由存貯器（不經(jīng)過CPU）直接向外設(shè)傳送數(shù)據(jù)；（2）數(shù)據(jù)傳送用硬件DMAC（DMA控制器8237）實現(xiàn)，不需要程序（軟件）。1)DMAC的初始化

DMAC的初始化主要做如下幾方面工作：(1)指定數(shù)據(jù)的傳送方向。即指定外設(shè)對存儲器是做讀操作還是寫操作，這就要對控制/狀態(tài)寄存器中的相應控制位置數(shù)。(2)指定地址寄存器的初值。即給出存儲器中用于DMA傳送的數(shù)據(jù)區(qū)的首地址。(3)指定計數(shù)器的初值。即明確有多少數(shù)據(jù)需要傳送。

3．DMA操作的基本過程2)DMA數(shù)據(jù)傳送按以下步驟進行(以數(shù)據(jù)輸入為例)：(1)外圍設(shè)備發(fā)選通脈沖，把輸入數(shù)據(jù)送入緩沖寄存器，并使DMA請求觸發(fā)器置1。(2)DMA請求觸發(fā)器向控制/狀態(tài)端口發(fā)準備就緒信號，同時向DMA控制器發(fā)DMA請求信號。

(3)DMA控制器向CPU發(fā)出總線請求信號(HOLD)。(4)?CPU在完成了現(xiàn)行機器周期后，即響應DMA請求，發(fā)出總線允許信號(HLDA)，并由DMA控制器發(fā)出DMA響應信號，使DMA請求觸發(fā)器復位。此時，由DMA控制器接管系統(tǒng)總線。

(5)?DMA控制器發(fā)出存儲器地址，并在數(shù)據(jù)總線上給出數(shù)據(jù)，隨后在讀/寫控制信號線上發(fā)出寫的命令。

(6)來自外設(shè)的數(shù)據(jù)被寫入相應存儲單元。

(7)每傳送一個字節(jié)，DMA控制器的地址寄存器加1，從而得到下一個地址，字節(jié)計數(shù)器減1。返回(5)，傳送下一個數(shù)據(jù)。如此循環(huán)，直到計數(shù)器的值為0，數(shù)據(jù)傳送完畢。3)DMA結(jié)束

DMA傳送完畢，由DMAC撤消總線請求信號，從而結(jié)束DMA操作。CPU撤消總線允許信號，恢復對總線的控制。前面介紹的三種傳送方式各有利弊，在實際使用時，要根據(jù)具體情況選擇既能滿足要求，又盡可能簡單的方式。6.2.4I/O處理機方式引入DMA方式之后，數(shù)據(jù)的傳送，尤其是控制數(shù)據(jù)的輸入/輸出，數(shù)據(jù)的傳送速度和響應時間均有很大的提高，特別是DMA控制器分擔了數(shù)據(jù)輸入/輸出過程的部分操作，但是數(shù)據(jù)輸入滯后或輸出之前，有時要對數(shù)據(jù)進行運算和處理。如數(shù)據(jù)的交換、裝配、拆卸和數(shù)碼的校驗等，都要由CPU來完成。為了使CPU完全擺脫管理和控制輸入/輸出設(shè)備的負擔，又提出了I/O處理機的方式。主要由I/O處理機承擔輸入/輸出信息的操作與處理，I/O處理機可以是與主CPU不同的微處理器，有它自己的指令系統(tǒng)，可以執(zhí)行程序來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理。6.3CPU與外設(shè)通訊的接口1.同步傳送方式與接口2.異步查詢方式與接口3.查詢方式應用舉例6.3.1同步傳送方式與接口這種方式是所有傳送方式中最簡單的一種，所需的硬件和軟件也最少。但是使用的前提是外設(shè)具有固定的和已知的定時。1.同步輸入過程：（1）提供端口地址，以便CPU從指定的外設(shè)中取入數(shù)據(jù)。（2）執(zhí)行IN指令或存儲器讀出指令。（3)地址譯碼器輸出，同時產(chǎn)生M/IO和RD控制信號。（4）數(shù)據(jù)從端口中輸入至CPU寄存器。一、同步輸入方式2.同步輸入硬件接口電路CPU不查詢外設(shè)的工作狀態(tài)，默認外設(shè)始終處于“準備好”或“空閑”狀態(tài)，需要時可隨時與之交換數(shù)據(jù)。為防止CPU在取外設(shè)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)發(fā)生變化，往往在硬件上采用緩沖器或鎖存器，把外設(shè)數(shù)據(jù)保存起來，緩沖器或鎖存器是可編程或不可編程的芯片，根據(jù)它的用途稱它們?yōu)镮/O接口芯片。硬件接口電路必須保證同步輸入過程的正確執(zhí)行。無條件傳送方式：數(shù)據(jù)輸入3.不可編程輸入接口芯片74LS244如圖6.4(a)和6.4(b)所示。無條件傳送：輸入實例MOV DX,160H;DX指向數(shù)據(jù)端口IN AL,DX;從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài)74LS244+5V10Kx8G1G2數(shù)據(jù)總線CSRD不可編程輸入接口芯片74LS244二、同步輸出方式1.同步輸出過程（1）提供端口地址，以便CPU將數(shù)據(jù)送到指定的外設(shè)（2）執(zhí)行OUT指令或存儲器寫指令。（3）地址譯碼器輸出，同時產(chǎn)生M/IO和WR信號。（4）CPU將數(shù)據(jù)輸出到端口。2.同步輸出硬件接口電路由于CPU數(shù)據(jù)線上掛接的負載很多，為了將CPU數(shù)據(jù)線上的信息準確傳送，除了正確提供端口地址外，還需將數(shù)據(jù)鎖存或驅(qū)動后提供給外設(shè)。無條件傳送方式：數(shù)據(jù)輸出3.不可編程輸出接口芯片4LS273如圖6.6(a)和6.6(b)所示。無條件傳送：輸出實例MOVDX,160HMOVAL,[BX]OUTDX,AL+5V74LS373300

x8LEOE數(shù)據(jù)總線CSWR不可編程輸出接口芯片74LS273無條件傳送：輸入輸出接口K7K1K0+5VD0～D7A0～A15CPLS06反相驅(qū)動器LS2738D鎖存器LS244三態(tài)緩沖器8000H譯碼+5VLED0LED7……CE-IOW-IOR輸入輸出從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài)反相后送輸出端口顯示無條件傳送：輸入輸出接口next: movdx,8000h ;dx指向數(shù)據(jù)端口

inal,dx

;從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài)

notal ;反相

outdx,al

;送輸出端口顯示

calldelay ;調(diào)子程序延時

jmpnext ;重復從輸入端口讀開關(guān)狀態(tài)反相后送輸出端口顯示鎖存器：由D觸發(fā)器構(gòu)成通常一個器件包含8個D觸發(fā)器常用芯片：(教材圖6.4、圖6.6)74LS27374LS374(具有三態(tài)輸出的鎖存器)應用例子：發(fā)光二極管接口簡單的輸出接口舉例譯碼器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15IOW#74LS273R輸入/輸出接口綜合應用例子根據(jù)開關(guān)狀態(tài)在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字或符號共陽極7段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)用74LS273作為輸出接口，把數(shù)據(jù)送到7段數(shù)碼管74LS273的地址假設(shè)為F0H用74LS244作為輸入口，讀入開關(guān)K0～K3的狀態(tài)74LS244的地址假設(shè)為F1H當開關(guān)的狀態(tài)分別為0000～1111時，在7段數(shù)碼管上對應顯示’0’～’F’7段碼表(見下頁)

符號形狀7段碼.gfedcba符號形狀7段碼.gfedcba’0’’8’’1’’9’’2’’A’’3’’B’’4’’C’’5’’D’’6’’E’’7’’F’O1I1O2I2O3I3O4I4#E1

K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7

abcdefgDP74068個反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOW#IOR#Y0Y1F0H=0000000011110000F1H=0000000011110001&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0D0D1D2D3譯碼電路相應程序段如下：

……Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H …… LEA BX,Seg7 ；取7段碼表基地址

MOV AH,0GO: MOV DX,0F1H ；開關(guān)接口的地址為F1H IN AL,DX ；讀入開關(guān)狀態(tài)

AND AL,0FH ；保留低4位

MOV SI,AX ；作為7段碼表的表內(nèi)位移量

（開關(guān)的狀態(tài)分別為0000～1111）

MOV AL,［BX+SI］；取7段碼

MOV DX,0F0H ；7段數(shù)碼管接口的地址為F0H OUT DX,AL JMP GO6.3.2異步查詢傳送方式及其接口查詢傳送的兩個環(huán)節(jié)⑴查詢環(huán)節(jié)尋址狀態(tài)口讀取狀態(tài)寄存器的標志位若不就緒就繼續(xù)查詢，直至就緒⑵傳送環(huán)節(jié)尋址數(shù)據(jù)口是輸入，通過輸入指令從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù)是輸出，通過輸出指令向數(shù)據(jù)端口輸出數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)就緒？數(shù)據(jù)交換YN流程一、查詢輸入接口（157頁）IOR+5V8D鎖存器8位三態(tài)緩沖器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D0D輸入設(shè)備IORSTB movdx,8000h ;DX指向狀態(tài)端口status: inal,dx ;讀狀態(tài)端口

testal,01h ;測試標志位D0 jzstatus ;D0＝0，未就緒，繼續(xù)查詢

movdx,8001h ;D0＝1，就緒，DX數(shù)據(jù)端口 inal,dx ;從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)二、異步查詢輸出方式與接口當CPU將數(shù)據(jù)送給外部設(shè)備時，由于CPU執(zhí)行速度很快，外設(shè)能否及時地把數(shù)據(jù)取走？若外設(shè)沒有取走前一個數(shù)據(jù)，CPU不能立即再輸出下一個數(shù)據(jù)，否則，數(shù)據(jù)就會丟失（覆蓋）。因此，外設(shè)取走一個數(shù)據(jù)就要發(fā)出一個狀態(tài)信息，告訴CPU現(xiàn)在緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取走了，緩沖區(qū)內(nèi)空著，可以再輸出下一個數(shù)據(jù)。二、查詢輸出接口8D鎖存器譯碼1位三態(tài)緩沖器RQ

A0～A158000H8001HD0～D7D7D+5V輸出設(shè)備ACKIOWIOR movdx,8000h ;DX指向狀態(tài)端口status: inal,dx ;讀取狀態(tài)端口的狀態(tài)數(shù)據(jù)

testal,80h ;測試標志位D7 jnzstatus ;D7＝1，未就緒，繼續(xù)查詢

movdx,8001h ;D7＝0，就緒，DX數(shù)據(jù)端口

moval,buf ;變量buf送AL

outdx,al ;將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)端口6.3.3查詢方式應用舉例輸出設(shè)備：打印機。接收數(shù)據(jù)線：DB0~DB7：單向、由計算機輸入打印機聯(lián)絡信號STB：輸入，數(shù)據(jù)選通信號BUSY：”忙”信號，由打印機輸出，有效表示打印機正忙于處理上一個數(shù)據(jù)ACK：”應答”信號，打印機輸出信號，有效表示打印機已取走數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)ERR：”出錯”信號，當送入打印機的命令格式有錯時，打印機立即打印一行出錯信息例1：CPU用程序查詢方式向打印機傳送BUFF緩沖區(qū)中的100個字符。設(shè)數(shù)據(jù)口的地址為01H，狀態(tài)口的地址為00H，狀態(tài)信息接于D0，當D0=1時指示忙，D0=0時指示閑。硬件電路DB打印機數(shù)據(jù)口RDY01H00H狀態(tài)口D0START循環(huán)準備讀狀態(tài)輸出數(shù)據(jù)準備好

修改循環(huán)LOPYN流程圖PRNT PROC FAR MOV CX，LENGTHBUFF；

MOVSI，OFFSETBUFF；

LOP： IN AL，00H；讀狀態(tài)

TEST AL，01H；測試D0位

JNZ LOP；為1，繼續(xù)測試

MOVAL，[SI]；為0，傳送數(shù)據(jù)

OUT 01H，AL；

INC SI；

LOOP LOP；

RET；

PRNT ENDP程序段6.4可用于輸入/輸出接口的8212芯片74LS244和74LS273芯片只能作為輸入接口或輸出接口。INTEL公司的8212芯片，是一個8位的輸入輸出接口（既可用于輸入又可用于輸出），它包括8位鎖存器、三態(tài)輸出緩沖器，控制和選擇邏輯電路和中斷請求邏輯等部分。。輸入/輸出接口芯片8212引腳圖8212芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖MD：選擇方式信號MD=1：輸出方式MD=0：輸入方式8212芯片的兩種工作方式6.4.18212芯片用于輸入接口（1）直通式MD=06.4.18212芯片用于輸入接口（2）選通輸入選通信號MD=06.4.28212芯片用于輸出接口MD=16.4.28212芯片作為雙向總線驅(qū)動器將兩片8212組成雙向總線驅(qū)動器。方向控制信號D控制工作：當D=0時，上面一片8212被選中，數(shù)據(jù)直通緩沖器輸出，而下面一片8212的輸出緩沖器處于高阻態(tài)，數(shù)據(jù)從A端——B端。當D=1時，下面一片8212被選中，上面一片處于高阻態(tài)，數(shù)據(jù)從B端——A端。圖6.166.5CPU的輸入/輸出(8088/8086)8088只能通過輸入輸出指令與外設(shè)進行數(shù)據(jù)交換；呈現(xiàn)給程序員的外設(shè)是端口（Port）地址8086用于尋址外設(shè)端口的地址線為16條，端口最多為216（64K）個，端口號為0000H~FFFFH每個端口用于傳送一個字節(jié)的外設(shè)數(shù)據(jù)I/O端口尋址包括直接尋址和DX寄存器間接尋址I/O尋址方式64K個端口無需分段，設(shè)計有兩種尋址方式直接尋址：僅用地址線A0~A7譯碼產(chǎn)生I/O端口地址，尋址00H~FFH（256個端口），操作數(shù)i8表示端口號間接尋址：用A0~A15地址線譯碼產(chǎn)生I/O端口地址，可尋址全部64K個端口，DX寄存器的值就是端口號大于FFH的端口只能采用間接尋址方式6.5.1CPU的輸入/輸出指令輸入指令I(lǐng)NAL,i8 ;字節(jié)輸入，直接尋址INAL,DX ;字節(jié)輸入，間接尋址INAX,i8 ;字輸入，直接尋址INAX,DX ;字輸入，間接尋址輸出指令OUTi8,AL ;字節(jié)輸出，直接尋址OUTDX,AL ;字節(jié)輸出，間接尋址OUTi8,AX ;字輸出，直接尋址OUTDX,AX ;字輸出，間接尋址演示演示INAL,21H返回OUT43H,AL返回數(shù)據(jù)交換方式輸入輸出一個字節(jié)，利用AL寄存器輸入輸出一個字，利用AX寄存器輸入一個字，實際上是從連續(xù)兩個端口輸入兩個字節(jié)，分別送AL（對應低地址端口）和AH（對應高地址端口）輸出一個字，實際上是將AL（對應低地址端口）和AH（對應高地址端口）兩個字節(jié)的內(nèi)容輸出給連續(xù)兩個端口IN指令（從20H端口輸入一個字）；方法1：字量輸入，直接尋址

inax,20h；方法2：字量輸入，間接尋址

movdx,20h inax,dx；方法3：字節(jié)輸入，直接尋址

inal,21h movah,al

inal,20h；方法4：字節(jié)輸入，間接尋址

movdx,21h

inal,dx movah,al decdx

inal,dxOUT指令（向300H端口輸出一個字節(jié)）

唯一的方法：間接尋址，字節(jié)量輸出

moval,bvar ；bvar是字節(jié)變量

movdx,300h

outdx,al6.5.28086CPU的輸入/輸出特點CPU和I/O接口電路之間的數(shù)據(jù)通路是分時多路復用的地址/數(shù)據(jù)總線

8086有兩種工作模式：最小模式、最大模式工作在不同模式時，輸入輸出的控制信號會發(fā)生變化最小模式：輸入輸出信號由CPU直接提供。最大模式：輸入輸出控制信號由CPU的狀態(tài)線S0,S1,S2經(jīng)譯碼產(chǎn)生6.5.380286和80386/486支持I/O端口

直接與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳送輸入

MOVDX，PORTLESDI，BUFFERININSB（8位傳送）或INSW（16位傳送）輸出

MOVDX，PORTLDSSI，BUFFEROUTOUTSB（8位傳送）

或OUTSW（16位傳送）輸入時，用ES:DI指向RAM中的目標緩沖區(qū)BUFFERIN；輸出時，用DS:SI指向RAM中的目標緩沖區(qū)BUFFEROUT。若在INS或OUTS前加重復前綴REP，則可以實現(xiàn)端口與內(nèi)存之間成批的數(shù)據(jù)傳送6.6DMA傳送方式與DMA控制器8237A直接存儲器存取DMA：外設(shè)→存儲器外設(shè)←存儲器CPU釋放總線，由DMA控制器管理DMA方式必須由DMAC硬件完成，Intel8237A是一種高性能的可編程DMA控制器DMA傳送流程流程6.6.18237A的基本功能和結(jié)構(gòu)一、基本功能（圖6.18）4個獨立的DMA通道；每個通道的DMA請求可分別允許或禁止；每個通道的DMA請求有不同優(yōu)先權(quán)；每個通道一次最多傳送64K字節(jié)；支持4種傳送方式：

單字方式、數(shù)據(jù)塊方式、請求方式、級連方式允許用輸入信號結(jié)束DMA傳送或重新初始化；可以級連以增加通道數(shù)。8237A的外部引腳

主機接口外設(shè)接口其它電源線VCC、GNDCLK、RESETNC請求線DREQ0~DREQ3響應線DACK0~DACK3過程結(jié)束信號EOP地址線A0~A3、A4~A7數(shù)據(jù)線DB0~DB7復用控制線CS、MEMR、MEMW、IOR、IOW、AEN、READY、HLDA、HRQ、ADSTB二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)8237A的結(jié)構(gòu)

有三個基本控制邏輯塊、一個內(nèi)部寄存器組和一個數(shù)據(jù)與地址緩沖器組

時序控制邏輯塊根據(jù)編程規(guī)定的DMAC工作模式，產(chǎn)生DMA請求、DMA傳送及DAM結(jié)束所需的內(nèi)部時序和外部信號。

程序命令控制塊

對CPU編程給定的命令字和模式控制字進行譯碼，確定DMA服務的類型。優(yōu)先權(quán)編碼邏輯

對同時有請求的通道進行優(yōu)先權(quán)編碼，確定哪個通道的優(yōu)先權(quán)最高。（164頁說明）基本控制邏輯塊作為DMAC，8237A是可控制總線的主模塊作為I/O芯片，8237A可被處理器讀寫

運行時注意8237A主---從地址的變化8237A的主從兩面性DB7-DB0：雙向數(shù)據(jù)總線。8237A為從模塊時被處理器編程或讀狀態(tài)，DB7-DB0作為數(shù)據(jù)線，傳輸數(shù)據(jù)或命令字。8237A為主模塊時DB7-DB0輸出地址A15-A8，在

MM傳送操作時經(jīng)DB7-DB0，將M數(shù)據(jù)送8237A暫存器。A3-A4：地址線，從模塊時為輸入，處理器尋址8237A；主模塊時輸出低位地址。8237A引線A7-A4：地址線，主模塊時輸出A7-A4。CS：片選，從模塊時處理器用來尋址8237A。IOR，IOW：I/O讀寫控制，雙向。8237A在從模塊時為輸入，在主模塊時為輸出。AEN，ADSTB輸出：8位地址鎖存允許及選通。在主模塊時允許外部鎖存器鎖存8237A的高8位地址。MEMR，MEMW：輸出，存儲器讀寫控制，主模塊時送存儲器。READY：輸入，準備就緒，主模塊時控制總線周期的長度，與慢速設(shè)備同步。RESET：輸入，復位信號，復位時屏蔽寄存器置1，其它寄存器置0。EOP：雙向。輸出時，表明內(nèi)部通道傳送結(jié)束；輸入時，表明外部強迫DMA傳送停止。DREQ0-DREQ3：I/O設(shè)備DMA請求輸入信號。DACK0-DACK3：輸出DMA請求的響應。HRQ：8237A向處理器發(fā)出的總線請求信號。HLDA：處理器發(fā)給8237A的總線請求響應信號。8237A的內(nèi)部寄存器命令寄存器請求寄存器屏蔽寄存器先/后觸發(fā)器數(shù)據(jù)暫存寄存器狀態(tài)寄存器寄存囂通道共用寄存囂X4通道獨立基地址寄存器當前地址寄存器基字節(jié)數(shù)計數(shù)器當前字節(jié)數(shù)計數(shù)器方式寄存器16位，寄存相應通道當前地址寄存器的初始值16位，寄存DMA傳送期間的地址值，每次傳送后，地址值自動改變16位，寄存通道當前字節(jié)數(shù)計數(shù)器的初始值（初始值比實際傳送的字節(jié)數(shù)少1），與當前字節(jié)數(shù)計數(shù)器同時被寫入16位，寄存當前字節(jié)數(shù)，每傳送一個字節(jié)后自動減1，當該計數(shù)器的值減到0時，產(chǎn)生計數(shù)結(jié)束信號8位，配合16位的寄存器的寫入/讀出，為0時，進行低字節(jié)操作，然后自動變?yōu)?，再進行高字節(jié)操作8位，暫存從源單元讀出的數(shù)據(jù)，再從它寫入到目的單元8237A有四個獨立通道：每個通道有16位地址REG，16位字節(jié)數(shù)計數(shù)器，6位模式REG。四個通道公用控制寄存器，狀態(tài)寄存器，屏蔽寄存器，請求標志寄存器及暫存器?；刂芳拇嫫鳎悍臘MA傳送RAM地址初值。當前地址寄存器：DMA傳送時內(nèi)容變化,可讀?；止?jié)數(shù)寄存器：DMA傳送的總字節(jié)數(shù)。當前字節(jié)數(shù)寄存器：DMA傳送時內(nèi)容變化,可讀。8237A寄存器組成說明6.6.28237A的工作方式

8237A的內(nèi)部操作可分為7個狀態(tài)，這7個狀態(tài)可分為四類（167頁）一、空閑狀態(tài)SI二、請求應答狀態(tài)S0三、數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)S1~S4四、等待狀態(tài)Sw

8237A有兩個工作周期（168頁）1.空閑周期2.有效周期(工作周期)8237A的工作時序狀態(tài)

SIS0初始態(tài)S1操作態(tài)S2讀出S3寫入Sw延長等待S4判別（傳送狀態(tài)）操作周期（非傳送狀態(tài)）空閑周期1)單字節(jié)傳輸方式

DMAC每次控制總線后只傳輸一個字節(jié)，傳輸完后即釋放總線控制權(quán)。這樣CPU至少可以得到一個總線周期，并進行有關(guān)操作。

2)成組傳輸方式(塊傳輸方式)DMAC每次控制總線后都連續(xù)傳送一組數(shù)據(jù)，待所有數(shù)據(jù)全部傳送完后再釋放總線控制權(quán)。顯然，成組傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸率要比單字節(jié)傳輸方式高。但是，成組傳輸期間CPU無法進行任何需要使用系統(tǒng)總線的操作。

8237A處于有效周期時，可在4種方式下工作

3)請求傳輸方式每傳輸完一個字節(jié)，DMAC都要檢測I/O接口發(fā)來的DMA請求信號是否有效。若有效，則繼續(xù)進行DMA傳輸；否則就暫停傳輸，將總線控制權(quán)交還給CPU，直至DMA請求信號再次變?yōu)橛行?，再從剛才暫停的那一點繼續(xù)傳輸。

4)級聯(lián)方式利用這種方式可以把多個8237連接在一起，以便擴充系統(tǒng)的DMA通道數(shù)。如上圖6.6.38237A的寄存器組與編程一、8237A的寄存器組1．基地址寄存器用以存放16位地址，只可寫入而不能讀出。2．基字節(jié)數(shù)寄存器用以存放相應通道需要傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，只可寫入而不能讀出。3．當前地址寄存器存放DMA傳送期間的地址值。每次傳送后自動加l或減l。4．當前字節(jié)數(shù)寄存器存放當前的字節(jié)數(shù)。每傳送一個字節(jié)，該寄存器的內(nèi)容減1。5．地址暫存寄存器和字節(jié)數(shù)暫存寄存器這兩個16位的寄存器和CPU不直接發(fā)生關(guān)系，我們也不必對其進行讀/寫操作，因而對如何使用8237沒有影響。6．方式寄存器:每個通道有一個8位的方式寄存器，但是它們占用同一個端口地址，用來存放方式字，依靠方式控制字本身的特征位來區(qū)分寫入不同的通道，用來規(guī)定通道的工作方式

自動預置就是當某一通道按要求將數(shù)據(jù)傳送完后，又能自動預置初始地址和傳送的字節(jié)數(shù)，而后重復進行前面已進行過的過程。校驗傳送就是實際并不進行傳送，只產(chǎn)生地址并響應信號，不產(chǎn)生讀寫控制信號，用以校驗8237的功能是否正常。7．命令寄存器:8237的命令寄存器存放編程的命令字

D1＝0會把源地址同一個數(shù)據(jù)寫入到整個目的存儲器區(qū)域中。

D3位用于選擇總線周期中寫信號的定時,PC機選擇D3＝0。

D5=1使和信號擴展2個時鐘周期提前到來。

8．屏蔽寄存器

(1)單個通道屏蔽字這種屏蔽字每次只能選擇一個通道。其中D0D1的編碼指示所選的通道，D2＝l表示禁止該通道接收DREQ請求，當D2＝0時允許DREQ請求。(2)四通道屏蔽字這個屏蔽字同時對8237的4個通道的屏蔽字進行操作，故又稱為主屏蔽字。它與單通道屏蔽字占用不同的I/O接口地址，以此加以區(qū)分。9．狀態(tài)寄存器

狀態(tài)寄存器存放各通道的狀態(tài)，CPU讀出其內(nèi)容后，可得知8237的工作狀況。主要有：哪個通道計數(shù)已達到計數(shù)終點——對應位為1；哪個通道的DMA請求尚未處理——對應位為1。

10．暫存寄存器用于存儲器到存儲器傳送過程中對數(shù)據(jù)的暫時存放。

11．字節(jié)指針觸發(fā)器這是一個特殊的觸發(fā)器，用于對前述各16位寄存器的尋址。由于前述各16位寄存器的讀或?qū)懕仨毞謨纱芜M行，先低字節(jié)后高字節(jié)。為此，要利用字節(jié)指針觸發(fā)器，當此觸發(fā)器狀態(tài)為0時，進行低字節(jié)操作。一旦低字節(jié)讀/寫操作完成后，字節(jié)指針觸發(fā)器會自動置l，再操作一次又會清零。利用這種機制，就可以進行雙字節(jié)讀寫操作，這樣16位寄存器可以僅占用一個外設(shè)端口地址，高、低字節(jié)共用。二、8237A各寄存器的端口地址8237A4個通道中的寄存器及其它各種寄存器的尋址編碼如下

8237各通道寄存器的尋址通道寄存器操作CSIORIOWA3A2A1A0字節(jié)指針觸發(fā)器D0~D70基和當前地址寫01000000A0~A71A8~A15當前地址讀00100000A0~A71A8~A15基和當前字節(jié)數(shù)寫01000010W0~W71W8~W15當前字節(jié)數(shù)讀00100010W0~W71W8~W158237A其它寄存器的地址（表6.3）CSA3A2A1A0IORIOW功能0100001讀狀態(tài)寄存器0100010寫狀態(tài)寄存器0100101非法0100110寫請求寄存器0101001非法0101010寫單通道屏蔽寄存器0101101非法0101110寫方式寄存器0110001非法0110010字節(jié)指針觸發(fā)器清00110101讀暫存寄存器0110110總清0111001非法0111010清屏蔽寄存器0111101非法0111110寫4通道屏蔽寄存器8237A的編程命令是通過對內(nèi)部寄存器的寫操作來進行的，而狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)字和暫存器中的內(nèi)容是通過讀操作來進行的。四.8237A的初始化編程1、編程步驟（1）輸出主清除命令（2）寫入基與現(xiàn)行地址寄存器（3）寫入基與現(xiàn)行字節(jié)數(shù)寄存器（4）寫入方式寄存器（5）寫入屏蔽寄存器（6）寫入命令寄存器（7）寫入請求寄存器（軟件啟動）硬件啟動：用DREQ（外設(shè)請求）地址低字節(jié)總清地址高字節(jié)字數(shù)低字節(jié)字數(shù)高字節(jié)方式字屏蔽字命令字其他通道參數(shù)2.編程舉例

編寫8237A初始化程序

要求：用通道0，由外設(shè)（磁盤）輸入32K字節(jié)的一個數(shù)據(jù)塊，傳送至內(nèi)存8000H開始的區(qū)域（增量傳送），采用塊連續(xù)傳送方式，傳送完不自動初始化，外設(shè)的DREQ和DACK都為高電平有效。假設(shè)高4位地址為5。各控制字如下所示：方式控制字(84H)屏蔽字(00H)命令字(A0H)程序如下：OUT5DH，AL；輸出主清除命令（復位）MOVAL，00HOUT50H，AL

；輸出基和現(xiàn)行地址的低8位MOVAL，80HOUT50H，AL

；輸出基和現(xiàn)行地址的高8位MOVAL，00HOUT51H，ALMOVAL，80HOUT51H，AL

；給基和現(xiàn)行字節(jié)數(shù)賦值MOVAL，84HOUT5BH，AL；輸出方式字 MOVAL，00HOUT5AH，AL