微机原理课件第8章

4. 读/写控制部件
这是8255A内部完成读/写控制功能的部件，它能接收 CPU的控制命令，并根据它们向片内各功能部件发出 操作命令。可接收的控制命令如下： (1) CS——片选信号。由CPU输入，通常由端口的高位 地址码(A15～A2)译码得到，CS有效，表示该8255A被 选中。 (2) RD，WR——读、写控制信号。由CPU输入，RD有 效，表示CPU读8255A，应由8255A向CPU传送数据或 状态信息。WR有效，表示CPU写8255A，应由CPU将 控制字或数据写入8255A。 (3) RESET——复位信号。由CPU输入。RESET有效时， 清除8255A中所有控制字寄存器内容，并将各端口置成 输入方式。
(1) 无条件传送方式： 当外设已准备就绪，那就不必 查询外设的状态而进行信息传输，这就称为无条件 传送。这种信息传送方式只适用于简单的外设，如 开关和数码段显示器等。 当简单外设作为输入设备时，输入数据保持时间要 比CPU的处理速度慢得多，所以可直接使用三态缓 冲存储器与数据总线相连，如图8.1所示。CPU执 行输入指令时，读信号RD有效，选通信号M/IO＝ 0，因而三态缓冲存储器被选通，于是已准备好的 输入数据便可进入数据总线。
•典型的并行接口和外部设备连接如图8.4所示。图中 的并行接口用一个通道和输入设备相连，用另一个 通道和输出设备相连，每个通道中除数据线外均配 有一定的控制线和状态线。
图8.4
从图8.4中看到，并行接口中应该有一个控制寄存 器用来接收CPU对它的控制命令，有一个状态寄存 器提供各种状态位供CPU查询。为了实现输入和输 出，并行接口中还必定有相应的输入缓冲寄存器和 输出缓冲寄存器。 1. 并行接口的输入过程 外部设备首先将数据送给接口，并使状态线“数据 输入准备好”成为高电平。接口把数据接收到数据 输入缓冲寄存器的同时，使“数据输入回答”线变 为高电平，作为对外部设备的响应。外部设备接到 此信号，便撤除数据和“数据输入准备好”信号。 数据到达接口中后，接口会在状态寄存器中设置 “输入准备好”状态位，以便CPU对其进行查询， 接口也
图8.1
当简单外部设备作为输出设备时，一般都需要锁存 器。这是因为CPU送出的数据应在接口电路的输出 端保持一段时间。在图8.1中，当CPU执行输出指 令时，M/IO＝0及WR＝0，于是接口中的输出锁存 器被选中，CPU输出的信息经过数据总线送入输出 锁存器。 (2) 条件传送方式： CPU通过执行程序不断读取并测 试外部设备状态，如果输入外部设备处于已准备好 状态或输出外部设备为空闲状态时，则CPU执行传 送信息指令。由于条件传送方式是CPU在不断调查 外部设备的当前状态后才进行信息传送，所以也称 为“查询式传送”。因此，条件传送方式的接口电 路应包括：传送数据端口及传送状态端口。当输入 信
可以在此时向CPU发一个中断请求。所以，CPU 既可以用软件查询方式，也可以用中断方式来设法 读取接口中的数据。CPU从并行接口中读取数据后， 接口会自动清除状态寄存器中的“输入准备好”状 态位，并且使数据总线处于高阻状态。此后，又可 以开始下一个输入过程。 2. 并行接口的输出过程 每当外部设备从接口取走一个数据之后，接口就会 将状态寄存器中的“输出准备好”状态位置“1”， 以表示CPU当前可以往接口中输出数据，这个状态 位可供CPU进行查询。此时，接口也可以向CPU发 一个中断请求。所以，CPU既可以用软件查询方式， 也可以用中断方式设法往接口中输出一个数据。当
8.3.1 8255A芯片内部结构及其功能 • 由图8.5和图8.6可见，8255A由以下几部分组成：
图8.5
图8.6
1. 并行输入/输出端口A，B，C 8255A芯片内部包含3个8位端口，其中：端口A包 含一个8位数据输出锁存/缓冲存储器和一个8位数 据输入锁存器；端口B包含一个8位数据输入/输出、 锁存/缓冲存储器和一个8位数据输入缓冲存储器； 端口C包含一个输出锁存/缓冲存储器和一个输入缓 冲存储器。必要时端口C可分成两个4位端口，分 别与端口A和端口B配合工作，通常将端口A和端口 B定义为输入/输出的数据端口，而端口C可作为状 态或控制信息的传送端口。 2. A组和B组控制部件 端口A与端口C的高4位(PC7～PC4)构成A组，由A 组控制部件实现控制功能，端口B与端口C的低4位
IOP后，86系列CPU必须工作在最大工作模式。当 CPU需要进行输入或输出操作时，只需在存储器中 建立一个规定格式的信息块，设置好需要执行的操 作和有关参数，然后把这些参数送入8089，IOP即 会执行输入/输出操作。如果在数据传送过程出现 差错，8089会进行重复传送或做必要的处理。在整 个数据块的传送过程中，CPU可去完成其他作业。 在微型计算机系统中，通常是用各种类型的输入/ 输出接口芯片来完成CPU与其外部设备之间的信息 交换。下面介绍几种常用接口芯片及号。 当A1A0＝00，选择端口A； 当A1A0＝01，选择端口B； 当A1A0＝10，选择端口C； 当A1A0＝11，选择控制字寄存器。
8.3 可编程并行通信接口芯片8255A
8255A是Intel86系列微处理机的配套并行 接口芯片，它可为86系列CPU与外部设备之间 提供并行输入/输出的通道。由于它是可编程的， 可以通过软件来设置芯片的工作方式，所以， 用8255A连接外部设备时，通常不用再附加外 部电路，给使用者带来很大方便。
8.1 微型计算机的输入/输出接口 8.1.1 输入/输出接口的交换信号
计算机I/O接口电路与外部设备间交换的信号， 通常有以下4种类型： (1) 数字量: 二进制形式的数据，或是已经过编码的 二进制形式的数据。最小单位为“位”(bit)，8位 称为一个字节(BYTE)。 (2) 模拟量: 用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的 物理量。模拟量信号不能直接进入计算机，必须 经过A/D(模拟/数字)转换器，把模拟量转换成某种 形式的数字量，才能输入计算机。当外部设备需 要模拟量信号控制时，I/O接口电路D/A(数字/模拟) 转换器又能把数字量转换成模拟量信号。
(3) 开关量: 开关量信号只有两种状态，即“开”或 “闭”。这样，只要用一位二进制数就可表示。 (4) 脉冲量: 在计算机控制系统中还经常用到计数脉 冲、定时脉冲或控制脉冲。脉冲量信号是以脉冲形 式表示的一种信号。
8.1.2 输入/输出的控制方式
在微机系统中，可采用的输入/输出控制 方式一般有4种：程序控制方式、中断控制方 式、直接存储器存取方式(DMA方式)和输入/ 输出处理机方法。 1. 程序控制方式 这是指在程序控制下进行信息传送。
向CPU发出总线请求；若CPU响应DMA的请求把 总线使用权赋给DMA控制器，数据不通过CPU， 可直接在DMA控制器操纵下进行。当这批数据传 送完毕后，DMA控制器再向CPU发出“结束中断 请求”，CPU响应这一中断请求，即可收回总线使 用权。因此，采用DMA控制方式，CPU只需在数 据传送结束时响应一次中断，减轻了CPU的负担， 但DMA控制器一般只能对一台或几台同类型的外 部设备完成控制功能。 4. 输入/输出处理机控制方式 对于有大量输入/输出设备的微机系统，DMA控制 方式已不能满足这种需要。Intel公司生产与86系列 配套的输入/输出处理机(IOP)8089。系统中设置了
(PC3～PC0)构成B组，由B组控制部件实现控制功 能。它们各有一个控制单元，可接收来自读/写控 制部件的命令和CPU通过数据总线(D7～D0)送来 的控制字，并根据它们来定义各个端口的操作方式。 3. 数据总线缓冲存储器 这是一个三态双向8位数据缓冲存储器，它是 8255A与8086CPU之间的数据接口。CPU执行输出 指令时，可将控制字或数据通过数据总线缓冲存储 器传送给8255A。CPU执行输入指令时，8255A可 将状态信息或数据通过总线缓冲存储器向CPU输入。 因此它是CPU与8255A之间交换信息的必经之路。
存器的对应标志位置“1”，告诉CPU；当前外部 设备处于“忙”状态，从而阻止CPU输出新的数据。 当外部设备从接口中取走数据后，通常也会送出一 个应答信号ACK，ACK使接口中的D触发器置“0”， 从而使状态寄存器中的对应标志位置“0”，这样便 可开始下一个数据的输出过程。
图8.3
2. 中断控制方式 中断控制方式一般用来传送低速外部设备与CPU之 间的信息交换。当外部设备需要与CPU进行数据交 换时，由接口部件的CPU发出一个中断请求信号， CPU响应这一中断请求，便可在中断服务程序中完 成一个字节或一个字的信息交换。这样每操作一次， CPU要打断原来执行的程序去执行一般中断服务程 序，对速度较高的外部设备会产生信息丢失，因此 不能采用。 3. DMA控制方式 DMA控制方式是一种成块传送数据的方式。当某 一外部设备需要输入/输出一批数据时，向DMA控 制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，
息时，查询到外部设备准备好后，则使接口的 “准备好”标志位置1。当输出信息时，外部设备 取走一个数据后，传送状态端口使标志为“空闲” 状态，可以接收下一个数据。 图8.2为查询式输入的接口电路。输入设备在数据 准备好后便往接口发出一个选通信号。
图8.2
这个选通信号起两个作用，一是把外部设备的数据 送到接口的锁存器中；另一方面，它使接口中的一 个D触发器置1，从而使三态缓冲存储器的READY ＝1。在查询输入过程中，CPU先从外部设备输入 数据中读取状态字，检查“准备好”标志位是否为 “1”。若已准备好，这时数据已进入接口锁存器， 则执行输入传送指令。同时把“准备好”标志位清 “0”，接着便可开始下一个数据传输过程。 图8.3为查询式输出接口电路。CPU执行输出指令 时，由选择信号M/IO及写信号WR产生的选通信号 把数据送入数据锁存器，同时使D触发器输出“1”。 此信号一方面告诉外部设备在接口中已有数据要输 出，另一方面D触发器的输出信号使状态寄
8.2 并行通信与并行接口 8.2.1 并行通信 并行通信是把一个字符的各数位用几条线 同时进行传输，传输速度快，信息率高。但它 比串行通信所用的电缆多，因此，并行通信常 用在传输距离较短(几米至几十米)和数据传输 率较高的场合。