计算机组成原理输入输出接口
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
➢ 把内存的一部分地址分配给I/O端口，一个8位端口
占用一个内存单元地址；
➢ 不设置专门的I/O指令；
➢优点：使用方便，降低CPU电路的复杂性；
➢缺点：减少了内存可用范围；难以区分访问内存和
I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性；
精品医学ppt
6
8.1.2 输入/输出端口寻址 输入指令
指令格式: IN 累加器, PORT 功 能：把外设端口（PORT）的内容传送给累加器。
若为写操作，CPU在向外设送出数据的同时发出输出就绪信 号，用来通知外设已送来数据，外设接收数据后，向CPU发出 数据已收到状态信息。
⑤ 在一次数据传送结束后，与数据长度计数器值的比较来判 断数据是否传送完毕。若没有结束，则重复以上各步骤。
精品医学ppt
12
教学进程
8.2.1 程序查询方式
CPU不断地询问外设是否准备好： 如果准备好，CPU执行IO操作；否则，CPU一直等待。 CPU大部分时间处于等待状态，利用率不高。
中断响应和处理过程
CPU在执行程 序中，被内部 或外部的事件 所打断，转去 执行一段预先 安排好的中断 服务程序；服 务结束后，又 返回原来的断 点，继续执行 原来的程序。
主程序 中断请求 断点
继续执行
精品医学ppt
中断服务程序 对外设 进行处理
返回断点
流程
16
8.2.3 DMA方式的数据传输
基本思想
分别以端口地址标识。
➢数据的输入/输出是通过I/O端口实现的。
➢80x86系统通过I/O指令实现对I/O端口的读写。
精品医学ppt
5
8.1.2 输入/输出端口寻址
I/O端口独立编址
➢内存储器和I/O端口各自有自己独立的地址空间； ➢访问I/O端口需要专门的I/O指令（如8086 CPU）
I/O端口与存储器统一编址
格式
功能
1 OUT PORT，AL （AL）→PORT
2 OUT DX，AL （AL）→[DX]
3 OUT PORT，AX （AX）→ PORT+1；PORT
4 OUT DX，AX （AX）→[DX]+1；[DX]
精品医学ppt
8
教学进程
第 8.2节
精品医学ppt
9
8.2 主机与外设的数据传送方式 8.2.1程序查询方式
根据外部设备性质的不同，程序控制方式可分为:
无条件传送方式 在程序执行输入/输出指 令时，无条件地执行指令 相应的操作。
查询工作方式
程序不断地询间外部设备的 状态，并根据它们当前的状 态来实现数据的输入和输出。
精品医学ppt
10
教学进程
8.2.1 程序查询方式 查询方式下的系统构成示意图
状态
系统总线
➢利用中断进行信息传送，可以大大提高CPU的利用率，但是 其传送过程必须由CPU进行监控。每次中断,额外的操作会占 用CPU时间。 ➢如果需要在内存的不同区域之间，或者在内存与外设端口之 间进行大量信息快速传送的话，用查询或中断方式均不能满 足速度上的要求，
DMA（Direct Memory Access）直接数据传送:它是在在内 存与高速外设之间直接进行成组的数据传送，而不经过CPU中 转的一种数据传送方式，可以大大提高信息的传送速度。
接 数据
外
CPU
口
设
控制
精品医学ppt
11
教学进程
8.2.1 程序查询方式 工作过程
① 查询外部设备的状态( 利用输入指令 )
② 检测相应的状态位读入的状态字（视机器字长而定）。
③ 如没准备好，则等待，重复① ②步骤；否则CPU就执行预定 的数据传送。
④ 若为读操作，则在数据读入后，CPU向外设发响应信号，表 示数据已被接收，外设收到信号后开始准备下一数据;
8.4 模拟量输入/输出接口 8.4.1 Intel8253 基本工作原理 8.4.2 数模（D/A）转换器 8.4.3 模数（A/D）转换器
精品医学ppt
1
教学要求
❖掌握几种数据传送方式的工作过程; ❖掌握8253和8255的内部结构及初始化编程; ❖掌握8237的内部结构和工作方式; ❖了解模拟量输入和输出的一些基本概念.
精品医学ppt
18
教学进程
DMA传送流程
HLDA
精品医学ppt
2
第 8.1节
精品医学ppt
3
8.1概述
8.1.1 基本概念
精品医学ppt
4
教学进程பைடு நூலகம்
8.1概述
8.1.1 基本概念
1.外部设备的信号 ➢数据信息 ➢状态信息 ➢控制信息
状态
CPU
系统 总线
系统接总线
数据
外外
口 控制 设设
2.接口与端口的关系
➢I/O接口包含多个存放数据、状态和控制信息的寄存器，
第8章
输入/输出接口
8.1 概述 8.1.1 基本概念 8.1.2 输入/输出端口寻址
8.2 主机与外设的数据传送方式
8.3 可编程接口芯片 8.3.1 计数器和定时器Intel8253 8.3.2 并行接口芯片8255 8.3.3 串行接口标准RS-232C
8.2.1 程序查询方式 8.2.2 程序中断方式 8.2.3 DMA方式的数据传输
⑴ 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪 N
⑵ 传送环节 寻址数据口 通过输入指令从数据端口读入数据 通过输出指令向数据端口输出数据
精品医学ppt
输入状态
就绪？ Y
数据交换
流 1程3
8.2.2 程序中断方式
中断响应和处理过程
●中断响应——系统中某些突发的或异常的情况发生，强 迫CPU暂停（或中断）正在执行的程序而转去进行相应的服 务，并在服务结束后回到原来被中断的地方继续执行原来 的程序。
●处理过程——CPU并不主动介入外设的数据传输工作， 而是由外部设备在需要进行数据传送时向CPU发出中断请求， CPU在接到请求后，若条件允许，则暂停（或中断）正在进 行的工作而转去对该外设服务，并在服务结束后回到原来 被中断的地方继续原来的工作。
精品医学ppt
15
教学进程
8.2.2 程序中断方式
格式 1 IN AL，PORT 2 IN AL，DX 3 IN AX，PORT 4 IN AX，DX
功能 （PORT）→AL （[DX]）→AL （PORT+1; PORT ）→AX （[DX]+1; [DX] ）→AX
精品医学ppt
7
教学进程
8.1.2 输入/输出端口寻址 输出指令
指令格式：OUT PORT,累加器 功 能：把累加器的内容传送给外设端口。
占用一个内存单元地址；
➢ 不设置专门的I/O指令；
➢优点：使用方便，降低CPU电路的复杂性；
➢缺点：减少了内存可用范围；难以区分访问内存和
I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性；
精品医学ppt
6
8.1.2 输入/输出端口寻址 输入指令
指令格式: IN 累加器, PORT 功 能：把外设端口（PORT）的内容传送给累加器。
若为写操作，CPU在向外设送出数据的同时发出输出就绪信 号，用来通知外设已送来数据，外设接收数据后，向CPU发出 数据已收到状态信息。
⑤ 在一次数据传送结束后，与数据长度计数器值的比较来判 断数据是否传送完毕。若没有结束，则重复以上各步骤。
精品医学ppt
12
教学进程
8.2.1 程序查询方式
CPU不断地询问外设是否准备好： 如果准备好，CPU执行IO操作；否则，CPU一直等待。 CPU大部分时间处于等待状态，利用率不高。
中断响应和处理过程
CPU在执行程 序中，被内部 或外部的事件 所打断，转去 执行一段预先 安排好的中断 服务程序；服 务结束后，又 返回原来的断 点，继续执行 原来的程序。
主程序 中断请求 断点
继续执行
精品医学ppt
中断服务程序 对外设 进行处理
返回断点
流程
16
8.2.3 DMA方式的数据传输
基本思想
分别以端口地址标识。
➢数据的输入/输出是通过I/O端口实现的。
➢80x86系统通过I/O指令实现对I/O端口的读写。
精品医学ppt
5
8.1.2 输入/输出端口寻址
I/O端口独立编址
➢内存储器和I/O端口各自有自己独立的地址空间； ➢访问I/O端口需要专门的I/O指令（如8086 CPU）
I/O端口与存储器统一编址
格式
功能
1 OUT PORT，AL （AL）→PORT
2 OUT DX，AL （AL）→[DX]
3 OUT PORT，AX （AX）→ PORT+1；PORT
4 OUT DX，AX （AX）→[DX]+1；[DX]
精品医学ppt
8
教学进程
第 8.2节
精品医学ppt
9
8.2 主机与外设的数据传送方式 8.2.1程序查询方式
根据外部设备性质的不同，程序控制方式可分为:
无条件传送方式 在程序执行输入/输出指 令时，无条件地执行指令 相应的操作。
查询工作方式
程序不断地询间外部设备的 状态，并根据它们当前的状 态来实现数据的输入和输出。
精品医学ppt
10
教学进程
8.2.1 程序查询方式 查询方式下的系统构成示意图
状态
系统总线
➢利用中断进行信息传送，可以大大提高CPU的利用率，但是 其传送过程必须由CPU进行监控。每次中断,额外的操作会占 用CPU时间。 ➢如果需要在内存的不同区域之间，或者在内存与外设端口之 间进行大量信息快速传送的话，用查询或中断方式均不能满 足速度上的要求，
DMA（Direct Memory Access）直接数据传送:它是在在内 存与高速外设之间直接进行成组的数据传送，而不经过CPU中 转的一种数据传送方式，可以大大提高信息的传送速度。
接 数据
外
CPU
口
设
控制
精品医学ppt
11
教学进程
8.2.1 程序查询方式 工作过程
① 查询外部设备的状态( 利用输入指令 )
② 检测相应的状态位读入的状态字（视机器字长而定）。
③ 如没准备好，则等待，重复① ②步骤；否则CPU就执行预定 的数据传送。
④ 若为读操作，则在数据读入后，CPU向外设发响应信号，表 示数据已被接收，外设收到信号后开始准备下一数据;
8.4 模拟量输入/输出接口 8.4.1 Intel8253 基本工作原理 8.4.2 数模（D/A）转换器 8.4.3 模数（A/D）转换器
精品医学ppt
1
教学要求
❖掌握几种数据传送方式的工作过程; ❖掌握8253和8255的内部结构及初始化编程; ❖掌握8237的内部结构和工作方式; ❖了解模拟量输入和输出的一些基本概念.
精品医学ppt
18
教学进程
DMA传送流程
HLDA
精品医学ppt
2
第 8.1节
精品医学ppt
3
8.1概述
8.1.1 基本概念
精品医学ppt
4
教学进程பைடு நூலகம்
8.1概述
8.1.1 基本概念
1.外部设备的信号 ➢数据信息 ➢状态信息 ➢控制信息
状态
CPU
系统 总线
系统接总线
数据
外外
口 控制 设设
2.接口与端口的关系
➢I/O接口包含多个存放数据、状态和控制信息的寄存器，
第8章
输入/输出接口
8.1 概述 8.1.1 基本概念 8.1.2 输入/输出端口寻址
8.2 主机与外设的数据传送方式
8.3 可编程接口芯片 8.3.1 计数器和定时器Intel8253 8.3.2 并行接口芯片8255 8.3.3 串行接口标准RS-232C
8.2.1 程序查询方式 8.2.2 程序中断方式 8.2.3 DMA方式的数据传输
⑴ 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪 N
⑵ 传送环节 寻址数据口 通过输入指令从数据端口读入数据 通过输出指令向数据端口输出数据
精品医学ppt
输入状态
就绪？ Y
数据交换
流 1程3
8.2.2 程序中断方式
中断响应和处理过程
●中断响应——系统中某些突发的或异常的情况发生，强 迫CPU暂停（或中断）正在执行的程序而转去进行相应的服 务，并在服务结束后回到原来被中断的地方继续执行原来 的程序。
●处理过程——CPU并不主动介入外设的数据传输工作， 而是由外部设备在需要进行数据传送时向CPU发出中断请求， CPU在接到请求后，若条件允许，则暂停（或中断）正在进 行的工作而转去对该外设服务，并在服务结束后回到原来 被中断的地方继续原来的工作。
精品医学ppt
15
教学进程
8.2.2 程序中断方式
格式 1 IN AL，PORT 2 IN AL，DX 3 IN AX，PORT 4 IN AX，DX
功能 （PORT）→AL （[DX]）→AL （PORT+1; PORT ）→AX （[DX]+1; [DX] ）→AX
精品医学ppt
7
教学进程
8.1.2 输入/输出端口寻址 输出指令
指令格式：OUT PORT,累加器 功 能：把累加器的内容传送给外设端口。