數(shù)字量的輸入輸出控制方式

數(shù)字量的輸入輸出控制方式一、輸入/輸出接口1.I/O接口的作用（1）實(shí)現(xiàn)信號(hào)的交換一是實(shí)現(xiàn)信息性質(zhì)的交換，因計(jì)算機(jī)使用的是數(shù)字信號(hào)，而又些外圍設(shè)備需要提供的是模擬信號(hào)，兩者必須通過(guò)接口進(jìn)行交換；二是實(shí)現(xiàn)傳輸方式的交換，因計(jì)算機(jī)內(nèi)部的信息都是以并行方式進(jìn)行傳送的，而進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信時(shí)，信號(hào)常以串行方式傳送，因此，I/O接口電路必須具有把串行數(shù)據(jù)變換成并行傳送的功能。一、輸入/輸出接口（2）實(shí)現(xiàn)CPU和不同外設(shè)的速度匹配。不同外設(shè)的工作速度差別很大，且大多數(shù)外設(shè)的速度與微妙級(jí)的CPU速度相比顯得很慢，故在數(shù)據(jù)的傳送過(guò)程中常常需要等待。這就要求在I/O接口電路中設(shè)置緩沖器，用以管存數(shù)據(jù)。（3）實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換通常情況下，CPU輸入/輸出的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)是TTL電平，而外部設(shè)備的信號(hào)電平類(lèi)型較多，為實(shí)現(xiàn)CPU和外設(shè)之間的信號(hào)傳送，I/O接口電路要具備信號(hào)電平的這種自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。一、輸入/輸出接口2.I/O接口電路（1）輸入設(shè)備的I/O接口要起到三態(tài)門(mén)的作用在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,任一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備利用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)線應(yīng)通過(guò)三態(tài)門(mén)與系統(tǒng)相連.一、輸入/輸出接口(2)輸出設(shè)備的I/O接口要起到鎖存的作用

在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,CPU送出的數(shù)據(jù)以廣播的形式在數(shù)據(jù)線上傳出.CPU要利用總線不停的傳送數(shù)據(jù),總線上的數(shù)據(jù)變化快,如何使慢速設(shè)備有足夠的時(shí)間處理數(shù)據(jù)?

CPU

總線輸出設(shè)備1輸出設(shè)備2輸出設(shè)備3輸出設(shè)備4一、輸入/輸出接口3.輸入/輸出信息的組成(1)數(shù)據(jù)信息:外設(shè)和CPU之間交換信息的主體.按其信號(hào)類(lèi)型可分以下三類(lèi):數(shù)字量:以八位或十六位二進(jìn)制形式傳送的數(shù)據(jù)或是以ASCII碼表示的數(shù)據(jù)及字符.如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)的輸入信息,或者主機(jī)送給打印機(jī)或顯示器的輸出信息.模擬量:連續(xù)變化的電壓、電流、頻率等電信號(hào).開(kāi)關(guān)量(脈沖量):用一位二進(jìn)別形式數(shù)或一串脈沖信號(hào)表示的外設(shè)數(shù)據(jù).如開(kāi)關(guān)的閉合和斷開(kāi)、電機(jī)的運(yùn)行和停止、閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉.(2)狀態(tài)信息:反映外設(shè)當(dāng)前所處工作狀態(tài)的信息,例如常用的忙或閑信號(hào)、準(zhǔn)備好信號(hào)等.(3)控制信息:CPU發(fā)送給外設(shè)用于控制外設(shè)的狀態(tài),工作方式等用途的信息.一、輸入/輸出接口4.輸入/輸出信息的傳送方式（1）串行傳送方式所謂串行傳送方式，是將要傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)拆開(kāi)，然后以位為單位，一位一位地進(jìn)行傳送?，F(xiàn)在的PC機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口COM1和COM2。（2）并行傳送方式所謂并行傳送方式，是以字節(jié)或字為點(diǎn)位同時(shí)進(jìn)行傳送。這種傳送方式要求輸入/輸出接口的數(shù)據(jù)通道為8或16位，各位數(shù)據(jù)同步收、發(fā)。二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式1、直接傳送方式指CPU在需要和數(shù)據(jù)端口進(jìn)行傳送時(shí),直接對(duì)其執(zhí)行I/O指令(先要確保外設(shè)準(zhǔn)備好否則傳送失敗)。2、查詢傳送方式傳送前,先查詢外設(shè)狀態(tài),準(zhǔn)備好才傳送,否則CPU處于等待狀態(tài)。3、中斷傳送方式外設(shè)與CPU處于并行工作,一旦外設(shè)準(zhǔn)備好,外設(shè)向CPU發(fā)中斷申請(qǐng),條件具備,CPU暫停原程序執(zhí)行,響應(yīng)中斷,外設(shè)與CPU串行工作。4、DMA傳送方式CPU不干予,由硬件實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù),稱直接存取存儲(chǔ)器。二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式1、直接傳送方式例如用輸出接口驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED:輸出“0”LED熄滅;輸出“1”LED發(fā)光.以上傳送過(guò)程沒(méi)有不協(xié)調(diào)的可能,所以也稱為同步傳送或無(wú)條件傳送.二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式簡(jiǎn)單輸入接口舉例MOVDX,218HIN AL,DX二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式簡(jiǎn)單輸出接口舉例MOV DX,219HOUT DX,AL二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式2、查詢傳送方式實(shí)現(xiàn)方法:在CPU要與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí),先查詢外設(shè)(I/O端口)的狀態(tài).對(duì)于輸入設(shè)備,當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好,或者對(duì)于輸出設(shè)備,當(dāng)外設(shè)空閑時(shí),CPU才從外設(shè)輸入數(shù)據(jù)或者向外設(shè)輸出數(shù)據(jù).如果外設(shè)未準(zhǔn)備好或正忙,CPU要繼續(xù)查詢等待或者隔一段時(shí)間后再來(lái)查詢.如此反復(fù)進(jìn)行,直至能夠傳送數(shù)據(jù).特點(diǎn):(1)CPU通過(guò)不斷查詢外設(shè)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)與外設(shè)的速度匹配(2)CPU的工作效率低.二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式外設(shè)的狀態(tài)端口為21CH,其中D4=1時(shí),表示外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好;外設(shè)的數(shù)據(jù)端口為218H.實(shí)現(xiàn)從外設(shè)讀入50H個(gè)字節(jié)到內(nèi)存緩沖區(qū)buffer中。21CH端口狀態(tài)端口218H端口數(shù)據(jù)端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖控制電路輸入外備CPU地址線數(shù)據(jù)線控制線MOVDX,218HINAL,DXMOVDX,21CHINAL,DX二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式3、中斷傳送方式實(shí)現(xiàn)方法:當(dāng)某個(gè)外設(shè)需與CPU交換數(shù)據(jù)并已做好了準(zhǔn)備時(shí),就通過(guò)硬件電路向CPU發(fā)出可屏蔽中斷申請(qǐng),在CPU允許中斷的情況下(IF=1),CPU在執(zhí)行完當(dāng)前指令后,可立即響應(yīng)外設(shè)的中斷請(qǐng)求,進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交換.然后,又返回原來(lái)的程序,去執(zhí)行斷點(diǎn)處的下一條指令.特點(diǎn):(1)中斷方式傳送是由I/O設(shè)備主動(dòng)請(qǐng)求發(fā)起的,免除了CPU重復(fù)的查詢工作,提高了效率,CPU對(duì)I/O設(shè)備的請(qǐng)求也響應(yīng)較快,因此中斷方式得到廣泛的應(yīng)用.(2)響應(yīng)過(guò)程將花費(fèi)CPU時(shí)間,影響程序運(yùn)行速度.響應(yīng)后數(shù)據(jù)的傳送還是依靠CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序來(lái)完成,其速度仍受到軟件的限制.二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式4、DMA傳送方式實(shí)現(xiàn)方法:某個(gè)I/O設(shè)備需要傳送時(shí),經(jīng)過(guò)DMA控制器(DMAC)發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào),CPU響應(yīng)后暫停正在執(zhí)行的當(dāng)前指令,交出總線控制權(quán),DMAC接管總線,發(fā)出要訪問(wèn)的存儲(chǔ)器的地址及讀(寫(xiě))控制信號(hào),同時(shí)也對(duì)該I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)端口發(fā)出讀(寫(xiě))控制信號(hào),使存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備直接通過(guò)數(shù)據(jù)總線完成傳送.DMAC還可以進(jìn)行地址修改和字節(jié)計(jì)數(shù),在一次請(qǐng)求得到響應(yīng)后完成一批數(shù)據(jù)的傳送,然后撤銷(xiāo)總線請(qǐng)求信號(hào),CPU收回總線控制權(quán),繼續(xù)完成被打斷的指令。DMA傳送方式的特點(diǎn):(1)外設(shè)和內(nèi)存之間,直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,不通過(guò)CPU,傳送效率高.適用于在內(nèi)存與高速外設(shè)、或兩個(gè)高速外設(shè)之間進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)傳送。(2)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,硬件開(kāi)銷(xiāo)較大。二、CPU對(duì)輸入/輸出數(shù)據(jù)控制的方式四種傳送方式的比較直接傳送方式:簡(jiǎn)單不實(shí)用,效率較低。