微机原理与接口技术第08章.ppt

8.1概述
8.2CPU与外设数据传送的方式
8.3DMA控制器8.1概述 这种方式的优点是：
（1）CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便。如可以对外设中的数据（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等。
（2）内存和外设的地址分布图是同一个。
（3）不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还是I/O操作的控制信号。
缺点是：
外设占用了内存单元，使内存容量减小。2．端口寻址的输入输出方式
在这种工作方式中：CPU有专门的I/O指令，用地址来区分不同的外设。但要注意实际上是以端口（Port）作为地址的单元，因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制命令寄存器，它们各需要一个端口才能加以区分，故一个外设往往需要数个端口地址。CPU用地址来选择外设。
要寻址的外设的端口地址，显然比内存单元的地址要少得多。所以，在用直接寻址方式寻址外设时，它的地址字节，通常总要比寻址内存单元的地址少一个字节，因而节省了指令的存储空间，缩短了指令的执行时间。8.1.2CPU与I/O设备之间的接口信息
1．数据（Data）
在微型机中，数据通常为8位、16位或32位。它大致可以分为三种基本类型：
（1）数字量
（2）模拟量
（3）开关量
2．状态信息（Status）
在输入时，有输入设备是否准备好（Ready）的状态信息；在输出时，有输出设备是否有空（Empty）的状态信息，若输出设备正在输出，则以忙（Busy）指示等等。3．控制信息（Control）
控制输入输出设备启动或停止等等。
状态信息和控制信息与数据是不同性质的信息，必须要分别传送。但在大部分微型机中（8086也如此），只有通用的IN和OUT指令，因此，外设的状态也必须作为一种数据输入；而CPU的控制命令也必须作为一种数据输出。所以，一个外设往往要几个端口地址，CPU寻址的是端口，而不是笼统的外设。 8.1.3CPU的输入输出时序
通常I/O接口电路的工作速度较慢，往往要插入等待状态。
8.1.4CPU与接口电路间数据传送的形式
CPU与外设的信息交换称为通信（Communication）。基本的通信方式有两种：
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。8.2CPU与外设数据传送的方式1．查询式输入
在输入时，CPU必须了解外设的状态，看外设是否准备好。
当输入设备的数据已准备好后，发出一个选通信号，一边把数据送入锁存器，一边使D触发器为“1”，给出“准备好”Ready的状态信号。而数据与状态必须由不同的端口输至CPU数据总线。当CPU要由外设输入信息时，先输入状态信息，检查数据是否已准备好，当数据已经准备好后，才输入数据。读入数据的指令，使状态信息清“0”。
这种查询输入方式的程序流程图，如图8-11所示。
2．查询式输出
同样的，在输出时CPU也必须了解外设的状态，看外设是否有空（即外设不是正处在输出状态，或外设的数据寄存器是空的，可以接收CPU输出的信息），若有空，则CPU执行输出指令，否则就等待。
查询式输出的程序流程图如图8-14所示。8.2.2中断传送方式
在上述的查询传送方式中，CPU要不断地询问外设，当外设没有准备好时，CPU要等待，不能进行别的操作，这样就浪费了CPU的时间。而且许多外设的速度是较低的，如键盘、打印机等等，它们输入或输出一个数据的速度是很慢的，在这个过程中，CPU可以执行大量的指令。为了提高CPU的效率，可采用中断的传送方式：在输入时，若外设的输入数据已存入寄存器；在输出时，若外设已把上一个数据输出，输出寄存器已空，由外设向CPU发出中断请求，CPU就暂停原执行的程序（即实现中断），转去执行输入或输出操作（中断服务），待输入输出操作完成后即返回，CPU再继续执行原来的程序。这样就可以大大提高CPU的效率，而且允许CPU与外设（甚至多个外设）同时工作。8.2.3直接数据通道传送（DMA）
中断传送仍是由CPU通过程序来传送，每次要保护断点，保护现场需用多条指令，每条指令要有取指和执行时间。这对于一个高速I/O设备，以及成组交换数据的情况，例如磁盘与内存间的信息交换，就显得速度太慢了。
所以希望用硬件在外设与内存间直接进行数据交换（DMA），而不通过CPU，这样数据传送的速度的上限就取决于存储器的工作速度。但是，通常系统的地址和数据总线以及一些控制信号线（例如IO/、、等）是由CPU管理的。在DMA方式时，就希望CPU把这些总线让出来（即CPU连到这些总线上的线处于第三态——高阻状态），而由DMA控制器接管，控制传送的字节数，判断DMA是否结束，以及发出DMA结束等信号。