第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)

第6章：IN指令实例（从20H端口输入一个字）
；方法3：直接寻址，字节量输入
in al,21h mov ah,al in al,20h
；方法4：间接寻址，字节量输入
பைடு நூலகம்
mov dx,21h
in al,dx mov ah,al dec dx in al,dx
；方法1：直接寻址，字量输入
in ax,20h
§6.1 接口的基本概念
微机的外部设备多种多样
工作原理不同 机械、电子、机电、电磁……
传送信息类型多样 数字量、模拟量、开关量
传送速度差别极大 传送方式不尽相同 串行、并行 编码方式不同 二进制、BCD码、ASCII码……
§6.1 接口的基本概念
它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路
锁存器：功能是把来自设备的输入信息锁存起来，并一直 稳定地保持它，直到微处理器取走信息。如图所示：
EN o
DQ 1 CP
o
DQ
8
.……….
CP 锁存信号 D 数据输入 Q数据输出 功能： CP有效，Q＝D CP无效，Q保持不变
三态缓冲器是微处理器并行总线接口中必须要使用的一种 接口部件。如图所示：
EN
o
输入
其中EN开门： 输入为1时
输出为1
输入为0时
输出为0
其中EN关门： 输入为1/0，输出为高阻
§6.1 接口的基本概念
(3)数据转换功能：对信号的形式和数据的格式进行 变换；
(4)联络功能：与CPU和I/O设备进行联络就绪信号， 忙信号等；
⑸中断管理：发出中斯请求信号、接收中断响应信 号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理 功能；
下图是一个典型的I/O接口和外部电路的连接 图
联络信号：读/写信号，以便决定数据传输方 向。
地址译码器，片选信号：地址译码器除了接收 地址信号外，还用来区分I/0地址空间和内存 地址空间的信号(M/)用于译码过程。
注：
⑴一个接口通常有若干个寄存器可读/写，
⑵一般用1-2位低位地址结合读/写信号来实现
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
1、无条件传送方式
条件：利用程控方式与外设交换信息时， 如果输入/输出的时刻，都可以保证外设总 是处于“准备好”状态，则可以直接利用 输入/输出指令进行信息的输入/输出操作。
适合于简单设备，如LED数码管、按键或按 纽等
无条件传送的接口和操作均十分简单
这种传送有前提：外设必须随时就绪
工作原理图
无条件传送流程
5、接口的分类
接口电路按功能可分为两类：
是使微处理器正常工作所需要的辅助电路：时 钟信号或中断请求等；
是输入/输出接口电路：CPU与外部设备信息的 传送（接收、发送）。
最常用的外部设备：如键盘、显示装置、打印 机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线 相连的，完成检测和控制的仪表装置也属于外 部设备之列，也是通过接口电路和主机相连。 辅助电路接口
IN AX,DX
;字输入
输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设）
OUT 8,AL
;字节输出
演示
OUT DX,AL
;字节输出
OUT 8,AX
;字输出
OUT DX,AX
;字输出
IN AL, 21H
返回
OUT 43H, AL
返回
第6章：8088/8086的I/O端口
8088只能通过输入输出指令与外设进行数 据交换；呈现给程序员的外设是端口 （Port），即I/O地址 8086用于寻址外设端口的地址线为16条， 端口最多为216＝65536（64K）个，端口 号为0000H ~ FFFFH 每个端口用于传送一个字节的外设数据
对于8086，M和IO的不同之处： 地址线的条数：20、16 地址的范围：220、216、 指令不同产生的信号不同：M/IO
8088/8086的输入输出指令
输入输出指令举例
输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX）
IN AL,8
;字节输入
IN AL,DX
;字节输入
演示
IN AX,8
;字输入
第6章：6.3 查询传送方式及其接口
2、条件传送方式 又称查询方式，即通过程序查询相应设备 的状态，若状态不符合，则CPU不能进行输 入/输出操作，需要等待；只有当状态信号 符合要求时，CPU才能进行相应的输入/输 出操作。
CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在 外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入 或输出 对 多 个 外 设 的 情 况 ， 则 CPU 按 一 定 顺 序 依 次 查 询 （轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送 效率低
⑹复位：接收复位信号，从而使接口本身以及所连 的外设进行重新启动；
⑺可编程：用软件来决定其工作方式，用软件来设 置有关的控制信号；
§6.1 接口的基本概念
⑻错误检测：一类是传输错误,比如奇偶校验。 另—类是覆盖错误，数据还没有被取走之 前就被新的数据覆盖掉了。通过在相应的 状态端口的某一位来控制实现。 注：一些接口还可根据具体情况设置其它 的检测信息。
第6章：I/O寻址方式
8088/8086的端口有64K个，无需分段，设 计有两种寻址方式 直接寻址：只用于寻址00H ~ FFH前256个 端口，操作数8表示端口号 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口， DX寄存器的值就是端口号 对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式
第6章：数据交换方式
如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入 两个字节，分别送AL（对应低地址端口） 和AH（对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应低地址 端口）和AH（对应高地址端口）两个字节 的内容输出给连续两个端口
存储器都是用来保存信息的，功能单一，传送方 式单一（一次必定是传送1个字节或者1个字）， 品种很有限(只有只读类型和可读/可写类型)， 存取速度基本上和CPU的工作速度匹配。 外部设备的功能多种多样的（输入设备，输出设 备，输入设备/输出设备），信息多样（数字式 的，模拟式的），信息传输的方式（并行的，串 行的），外设的工作速度通常比CPU的速度低得 多，而且各种外设的工作速度互不相同，这也要 求通过接口电路对输入/输出过程起一个缓冲和 联络的作用。
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
§6.1 接口的基本概念
接口电路芯片的分类 接口电路核心部分往往是一块或数块大规 模集成电路芯片（接口芯片）： 通用接口芯片
支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片
面向外设的专用接口芯片
针对某种外设设计、与该种外设接口
就绪（Ready）
就绪：满，空、闲、不忙 在输入场合
“就绪”说明输入接口已准备好送往CPU的数据， 正等着CPU来读取 该状态也可用接口中数据缓冲器已“满”来描述
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
返回
注意：
⑴ 输入还是输出，所用到的地址总是对端口而言
的，不是对接口部件而言的。
⑵ 为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输
出端口对应同一个端口地址。同样，状态端口和 控制端口也常用同一个端口地址。
⑶ CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯
片各端口的读/写操作。
§6.1 接口的基本概念
3、输入输出的寻址方式（端口的编址方式） 接口电路占用的I/O端口有两类编排形式
面向微机系统的专用接口芯片
与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能
§6.1 接口的基本概念
接口电路的可编程性 许多接口电路具有多种功能和工作方式， 可以通过编程的方法选定其中一种 接口需进行物理连接，还需编写接口软件 接口软件有两类：
初始化程序段——设定芯片工作方式等 数据交换程序段——管理、控制、驱动外设， 负责外设和系统间信息交换
；方法2：间接寻址，字量输入
mov dx,20h
in ax,dx
第6章：OUT指令实例（向300H端口输出一个字节）
；唯一的方法：间接寻址，字节量输出
mov al,bvar mov dx,300h out dx,al
；bvar是字节变量
4、接口与系统的连接
接口电路位于CPU与外设之间，从结构上看， 可以把一个接口分为两个部分： ⑴ 用来和I/O设备相连； ⑵ 用来和系统总线相连，这部分接口电路结 构类似，连在同一总线上。
第六章 输入输出接口基 础（CPU与外设之间的
数据传输）
把数据 给我吧
Sorry, I can’t understand.
哇…
……
第六章微机与外设之间的数据传输
主要内容
接口的基本概念 CPU与端口（外设）之间的数据传送 方式 简单接口电路的扩展
§6.1 接口的基本概念
一、基本问题
1、什么是I/O接口（电路）？
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
专门的I/O指令使程序清晰易读
缺点：
空间 0
I/O指令没有存储器指令丰富
80x86采用I/O端口独立编址
§6.1 接口的基本概念
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完 成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽 的电路板（适配器）都是接口电路
CPU
接口 电路
I/O 设备
§6.1 接口的基本概念
2、为什么需要I/O接口（电路）？
需要分析一下外部设备的输入/输出操作和
存储器读/写操作的不同之处:
三、接口与系统的连接
1、接口部件的典型结构
数据总线DB
I/O接口电路 数据寄存器
CPU 地址总线AB
状态寄存器
控制总线CB
控制寄存器
数据 状态
外设
控制
接口芯片的典型结构
§6.1 接口的基本概念
接口电路的内部结构 CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需 要相互交换，于是从应用角度看内部： ⑴ 数据寄存器
二、CPU与输入输出设备之间的信号（三类）
数据信息：
• 包括三种形式：数字量、模拟量 、开关量。
状态信息：是外设通过接口往CPU传送的 如：“准备好”(READY)信号、“忙”（BUSY） 信号。 控制信息：是CPU通过接口传送给外设的 如：外设的启动信号、停止信号就是常见的 控制信息。
§6.1 接口的基本概念
端口（PORT）
2、接口部件的I/O端口
CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中 进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端 口，每个端口有一个端口地址。 一个接口电路可以具有多个I/O端口（寄存器）， 每个端口用来保存和交换不同的信息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的 I/O地址常依次被称为数据端口、状态端口和控 制端口，用于保存数据、状态和控制信息
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间 如M6800
I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
§6.1 接口的基本概念
统一编址方式
优点：
不需要专门的I/O指令
FFFFF
I/O数据存取与存储器数
内存
据存取一样灵活（多种
部分
寻址方式）
存储器空间
缺点：
I/O端口要占去部分存储 器地址空间