输入输出控制方式
微型计算机原理作业第五章 习题与思考题
第五章习题与思考题典型例题解析例5-1 计算机输入/输出控制方式有哪几种?各有什么特点?答：CPU与外设进行数据传送，系统中对数据传送的控制方式一般分为四种：①程序控制方式，程序控制方式是指CPU与外设间的数据传送是在程序的控制下完成的一种数据传送方式，这种方式又分为无条件传送和条件传送二种。
在这种I/O方式中，程序设计简单，硬件软件较省，但费时，CPU效率较低，实时性差，主要用于中低速外设和实时性要求不高的场合。
②中断控制方式，中断控制方式是指利用中断技术控制CPU与外设进行数据传送的一种方式。
这种方式实时性好，不需要反复查询等待，减少了CPU等待时间，CPU与外设可并行工作，但这种方式需要进行现场保护及恢复等工作，仍花费CPU时间。
③DMA方式，DMA方式是指由专门硬件控制，不需CPU介入，直接由存储器与外设进行数据传送的方式。
这种方式不需CPU介入，减少了CPU的开销，能实现高速的数据块传送，提高了效率。
但这种方式增加了硬件开销，提高了系统的成本。
④IOP方式，IOP方式是指由输入/输出协处理器IOP控制数据传送的方式。
这种控制方式由于输入/输出协处理器具有单独的指令系统，因此能在数据传送时，同时进行数据处理，数据传送支持DMA方式，因此传送速度快而且不须CPU介入，CPU与IOP可并行工作，效率高。
这四种方式中，程序控制方式和中断方式属于软件控制方式，DMA方式和IOP方式属于硬件方式。
例5-2 试述I/O端口两种编址方法的特点与区别。
..答：I/O端口的编址方法有二种：即I/O端口单独编址方式和I/O端口与存储器单元统一编址方式。
I/O端口与内存单元地址统一编址方式是将I/O端口地址与内存地址统一安排在内存的地址空间中，即把内存的一部分地址分配给I/O端口，由I/O端口来占用这部分地址。
这种方式控制逻辑较简单，I/O端口数目不受限制，所有访问存储器的指令都可用于I/O端口，指令丰富，功能强。
输入-输出控制方式
返回
虽然DMA方式比中断方式显著的减少了CPU的干预，即 由以字节为单位的干预减少到以数据块为单位的干预。但 是CPU每发出一条I/O指令，只能去读写一个连续的数据块， 而对于离散的数据块，则仍需CPU分别发出多条I/O指令及 进行多次中断处理才能完成，这样DMA方式仍不能满足复 杂的I/O操作要求。在现代的计算机系统中，普遍采用由 专门的I/O处理机来接受CPU的委托，独立执行自己的通道 程序来实现外围设备和内存之间的信息交换，这就是通道 技术。
返回
DMA方式即直接存取（Direct Memory Access）方式，其基 本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。
在DMA方式中，I/O控制器具有比中断方式和程序直接方式时更强的 功能。另外，除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，DMA控制器中 还包括传送字节计数器、内存地置寄存器等。DMA方式采用窃取总线控 制权的方法，不断的挪用CPU的工作周期把数据缓冲寄存器中的数据直 接送到内存地址寄存器所指向的内存区域。
常用的控制方式有四种：程序直接控制方式、中断控制 方式、DMA方式和通道方式。
程序直接控制方式（Programmed Direct Control）也称循环等待方式或 忙-等待方式，就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的 信息传送。
这种方式的控制者是用户进程。当 用户进程需要数据时，它通过CPU 发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测 试等待状态。在等待时间内，CPU 不断地用一条测试指令检查描述设 备的工作状态的控制状态寄存器。 而外围设备只有将数据传送的准备 工作做好之后，才将该寄存器置为 完成状态。
（4）在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了 数据的进程，该进程从约定的内存单元中取出数据继续工作。
5.3输入输出控制方式
CPU执行“启动I/O”指令，启动通道工作
通道向CPU发应答信号，通知“启动I/O”指 令完成，CPU可继续执行其他进程
通道取出通道程序的下一条指令，放 入CCW中，并执行之
CPU响应中断
否
是最后一条指令吗？ 是 通道向CPU发中断
思考题：
1、磁盘设备的I/O控制方式主要是采用________方式；打印机 的I/O控制方式主要是采用________方式；
5.3 输入/输出控制方式
程序I/O控制方式 中断驱动I/O控制方式 直接存储器存取（DMA）方式 通道控制方式
5.3 输入/输出控制方式
一. 程序I/O方式 （或称循环测试I/O方式）
设备选中，CPU向设备控制器发I/O指令，启动设备
将控制器中的状态寄存器的值busy置为1
同 CPU循环测试busy的值，直到busy=0； 时 进 行 设备控制器控制设备执行I/O操作
A. 命令/状态寄存器
B.内存地址寄存器
C. 数据寄存器
D. 堆栈指针寄存器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
思考题：
5、本地用户通过键盘登录系统时，首先获得键盘输入信息的是 （ ）。
A. 命令解释程序
B.中断处理程序
C.系统调用服务程序
D.用户登录程序
6、I/O中断是CPU与通道协调工作的一种手段，所以在（ ）时 ，便要产生中断。
2. DMA传送过程：
（2）DMA控制器控制完成设备与主存间的数据传送
① 磁盘控制器将整块数据从磁盘读入DMA控制器的DR中；
② 磁盘控制器校验读入的数据；
③ 磁盘控制器向DMA控制器发DMA请求
④DMA控制器向CPU请求总线周期，获得总线控制权后：
1B或一个字
单片机指令的数字输入和输出控制
单片机指令的数字输入和输出控制单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器核心、存储器和输入输出设备等功能单元的微型计算机系统。
在单片机的开发过程中，数字输入和输出（Digital Input and Output, DIO）控制是其中一个重要的功能。
本文将探讨单片机指令下的数字输入和输出控制。
一、数字输入控制数字输入控制是指通过单片机实现从外部设备获取数字输入信号的过程。
这种输入信号可以来自于传感器、按键开关、鼠标等外部设备。
单片机通过相应的引脚（通常为输入引脚）接收外部信号，并将其转换为二进制形式，以供进一步处理。
为了实现数字输入控制，我们首先需要了解单片机对数字输入的标准。
以常用的51系列单片机为例，其引脚通常支持三种工作模式：输入模式、输出模式和双向模式。
在输入模式下，引脚能够读取外部信号。
通过相关的指令，我们可以对引脚进行配置，使其处于输入模式并能够正确地读取外部信号。
接下来，我们可以使用中断、轮询等方式来获取输入信号的状态，并进行相应的处理。
二、数字输出控制数字输出控制是指通过单片机将处理结果输出到外部设备的过程。
这种输出信号可以用于控制驱动器、控制模块、显示器等外部设备。
单片机通过相应的引脚（通常为输出引脚）发送二进制信号，控制外部设备的状态。
与数字输入类似，我们需要了解单片机对数字输出的标准。
在输出模式下，引脚可以向外部设备发送高电平或低电平信号，控制设备的状态。
通过相应的指令，我们可以对引脚进行配置，使其处于输出模式并能够正确地发送输出信号。
为了实现更多功能，单片机通常提供了多个输出引脚，我们可以通过设置引脚状态的方式实现对多个设备的控制。
三、数字输入和输出的实例为了更好地理解数字输入和输出控制，我们可以通过一个实例来说明。
假设我们需要使用单片机控制一个LED灯的亮灭。
我们可以将LED灯接在单片机的一个输出引脚上，并通过该引脚控制LED灯的状态。
首先，我们需要将该引脚设置为输出模式，并初始化引脚的状态，使LED灯处于关闭状态。
数字量的输入输出控制方式
一、输入/输出接口
2.I/O接口电路 • （1）输入设备的I/O 接口要起到三态门的作用 • 在总线结构的微机系统中,任一时刻只能有一个设备利用 总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过三态门与系 统相连.
一、输入/输出接口
• (2)输出设备的I/O 接口要起到锁存的作用 在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据以广播 的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传 送数据,总线上的数据变化快,如何使慢速设备有足 够的时间处理数据?
二、CPU对输入/输出数据控制 的方式
• 4、DMA传送方式 • 实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器 (DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的 当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问 的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备 的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直 接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和 字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然 后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打 断的指令。 • DMA传送方式的特点: • (1)外设和内存之间,直接进行数据传送,不通过CPU,传送 效率高.适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间 进行大批量数据传送。 • (2)电路结构复杂,硬件开销较大。
数字量的输入输出控 制方式
一、输入/输出接口
• 1.I/O接口的作用 • （1）实现信号的交换 • 一是实现信息性质的交换，因计算机使用的是数 字信号，而又些外围设备需要提供的是模拟信号， 两者必须通过接口进行交换；二是实现传输方式 的交换，因计算机内部的信息都是以并行方式进 行传送的，而进行计算机通信时，信号常以串行 方式传送，因此，I/O接口电路必须具有把串行数 据变换成并行传送的功能。
输入输出控制方式
1.3 DMA方式
• 1．DMA传送方式的提出 • 与程序查询方式相比，利用中断方式进行数据传送可以大大提高CPU的工作效率。
但在中断方式中，仍然是通过CPU执行程序来实现数据传送的，每传送一个字节 （或一个字）CPU都必须把主程序停下来，转去执行中断服务程序。而每进入一次 中断服务程序，CPU都要保护断点和转入中断服务程序，上述几方面的因素造成中 断方式下的传输效率仍然不是很高。 • 如果I/O设备的数据传输率较高，那么CPU和这样的外部设备进行数据传输时，即使 尽量压缩程序查询方式和中断方式中的非数据传输时间，也仍然不能满足要求。这 是因为在这两种方式下，还存在另外一个影响传输速度的原因，即它们都是按字节 或字来进行传输的。为了解决这个问题，实现按数据块传输，就需要改变传输方式， 为此，提出了在外设和内存之间直接传送数据的方式，这就是直接存储器传输方式， 即DMA方式。
• I/O处理机有自己的指令系统，也能独立地执行程序，能承担原来由CPU处理的全部 输入/输出操作。如对外设进行控制、对输入/输出过程进行管理，并能完成字与字 之间的装配和拆卸、码制的转换、数据块的错误检测和纠错，以及格式变换等操作。 同时它还可以向CPU报告外设和外设控制器的状态，对状态进行分析，并对输入/输 出系统出现的各种情况进行处理。上述操作都是同CPU程序并行执行的。为了使 CPU的操作与输入/输出操作并行进行，必须使外设工作所需要的各种控制命令和定 时信号与CPU无关，由I/O处理机独立形成。
3
1．无条件传送方式
4
2．查询输入传送方式7
8
1.2 程序中断方式
• 无条件传送方式和查询传送方式的缺点是CPU和外设只能串行工作，各外设之间也 只能串行工作。为了使CPU和外设以及外设和外设之间能并行工作，提高系统的工 作效率，充分发挥CPU高速运算的能力，在微机系统中引入了中断技术，利用中断 来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是程序中断传送方式。
第九课 输入输出控制方式
第九课输入输出控制方式[课题] 输入输出控制方式[课型] 新课[授课课时][教学目标]理解输入输出控制方式的基本概念，理解中断的执行过程[教学重点]中断的执行过程[教学难点]中断的执行过程[教学过程]一、输入输出控制方式CPU控制输入输出设备工作的方式有三种：程序查询方式、中断方式和直接存储器访问方式。
二、程序查询方式程序查询方式是在程序控制下CPU与外设之间交换数据。
其工作过程首先是用程序向外设发出进行数据传送的控制信号，然后从外设读取外设状态，检查是否可以进行数据传送，若外设准备就绪，则进行数据传送；否则反复读外设状态并检查，直到外设准备就绪再进行数据传送。
程序查询方式主要用软件方式实现，它的特点是CPU工作效率低。
三、中断方式中断是主机在执行程序过程、中，遇到突发事件而中断程序的政党执行，转去对突发事件的处理，待处理完成后返回原程序继续执行。
计算机中使用中断方式由软件和硬件共同实现。
软件部分指中断处理程序。
硬件部分指中断控制电路，其作用是负责对中断请求、中断响应等进行相应的处理，保证中断过程的政党进行。
中断过程包括中断请求、中断响应、中断处理、中断返回等步骤。
（1）中断请求。
中断源向CPU中的控制器发出中断请求。
（2）中断响应。
中断响应过程中把被中断的程序的断点地址保存起来，把中断处理程序入口地址送入指令指针寄存器，开始执行中断处理程序。
（3）中断处理。
根据不同的中断原因，中断处理程序执行相应的处理，中断处理程序运行结束后转入中断返回。
（4）中断返回。
中断返回就是恢复断点。
四、直接存储器访问方式直接存储器访问方式（DMA）指高速外设与内存之间直接进行数据交换，不通过CPU，并且CPU不参加数据交换的控制。
DMA方式下高速外设和内存之间进行数据传输需要使用总线，所以DMA方式下要解决的问题主要是总线使用权的转移。
总线使用权一般情况下由CPU掌握，在DMA期间总线使用权交给DMA控制器。
DMA方式由硬件实现。
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
数字量的输入输出控制方式.
数字量的输入输出控制方式
上述的四种控制方式在一个微机系 统中可能全被选用在不同的信息传送 过程中，也可能只选用其中的二、三 种。这需根据不同的硬件结构及接口 功能来选择，应具体问题具体分析。
输入/输出接口
I/O接口电路 从I/O接口电路完成的工作看，CPU和 外设间交换的信息有三类：数据信息、 状态信息和控制信息。
锁存器的作用是接收和保护来自数据总 线的数据
输入/输出接口
输入输出信息的组成 数据信息 状态信息 控制信息
输入/输出接口
输入输出信息的传送方式 CPU的数据总线都是并行的，但由于输 入/输出设备的并行和串行之分。或为了 远距离传输的需要，输入/输出数据的出 送出了由并行传送方式外，还有串行传 送方式，这两种方式各有各的特点和不 同的应用场合。
译 码 器
地址 总线 AB
busy去地址Leabharlann 线DB0查询式输出接口电路
数字量的输入输出控制方式
PO 准备输出数据 AWAIT 读状态端口 D7 D0 busy busy？ 输出数据 busy=1，外设忙 busy=0,外设已空
查询式输出程序流图
数字量的输入输出控制方式
（3）中断控制方式
能提高CPU工作效率和及时处理外设 的请求，可与多个外设同时工作。 中断：指CPU暂时中止其正在执行的 程序，转至执行请求中断的某个外部 设备或事件的服务、程序，待处理完 毕后再返回原来中止的程序顺序进行 （程序在执行过程中由于外界的原因 而中间打断的情况）称中断。
数字量的输入输出控制方式
选通不同端口 选择某个外 设
DB CPU AB CB 译 码 器
数据端口 状态端口 控制端口
FANUC 0i系统的输入输出信号控制有两种形式
FANUC 0i系统的输入输出信号控制有两种形式FANUC 0i系统的输入/输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号，其地址是固定的;另一种是来自外装I/O卡(I/O Link)的输入/输出信号，其地址是有数控厂家在编制顺序程序时设定的，连同顺序程序存储到系统的FROM中，写入FROM中的地址是不能更改的。
如果内装I/O卡控制信号与I/O Link控制信号同时作用，内装I/O卡信号有效。
FANUC 0iA系统的PMC多采用SA3型。
1、机床到PMC的输入信号地址(MT?PMC)如果采用I/O Link时机床到PMC的输入信号的地址号为X0~X127;如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的信号输入地址为X1000~X1011(96点输入)。
有些输入信号不需要通过PMC而直接由CNC监控。
这些信号的输入地址是固定的，CNC运行时直接引用这些地址信号。
FANUC 0i系统的固定输入地址及信号功能见表4-4。
2、 PMC到机床的输出信号地址(PMC?MT)如果采用I/O Link时PMC到机床的输出信号地址号为Y0~Y127,如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的输出信号地址为Y1000~Y1008(72点输出)。
3、 PMC到CNC的信号地址(PMC?CNC)PMC到CNC的信号的地址号为G0~G255这些信号的功能是固定的，用户通过程序(梯形图)实现CNC各种功能的控制。
如系统急停控制信号为G8.4启动信号为G7.2暂停信号为G8.5、空运转信号为G46.7、外部复位信号为G8.7、程序保钥匙信号为G46.3~G46.6、CNC系统状态信号为G43.0、G43.1、G43.2 G43.5、G43.7等。
4、 CNC到PMC的信号地址(CNC?PMC)CNC到PMC的信号的地址号为F0~F255，些信号的功能也是固定的，用户通过顺序程序(梯形图)确定CNC系统的状态。
多输入单输出系统的控制方法
多输入单输出系统的控制方法多输入单输出系统的控制方法可以通过以下几种方式实现：1. 比例控制（Proportional Control）：根据输入信号和输出信号之间的偏差（误差），按一定的比例关系调节控制输出。
例如，采用比例控制器时，控制输出可以表示为输出=Kp * (输入 - 输出)。
2. 积分控制（Integral Control）：积分控制通过处理偏差信号的累积量来消除稳态误差。
控制输出与偏差信号的积分有关。
例如，采用积分控制器时，控制输出可以表示为输出=Kp * (输入 - 输出) + Ki * ∫(输入 - 输出)dt。
3. 微分控制（Derivative Control）：微分控制通过处理偏差信号的变化率来提前调节输出。
控制输出与偏差信号的微分有关。
例如，采用微分控制器时，控制输出可以表示为输出=Kp * (输入 - 输出) + Kd * d(输入 - 输出)/dt。
4. 模糊控制（Fuzzy Control）：模糊控制根据输入信号的模糊化程度和规则库进行推理，确定输出信号的模糊化程度。
根据推理结果，确定输出的控制信号。
模糊控制可以实现对非线性系统的精确控制。
5. 自适应控制（Adaptive Control）：自适应控制根据系统的变化和不确定性，调整控制器的参数或结构，以实现对系统的自适应控制。
自适应控制可以在系统参数变化或未知扰动的情况下，保持系统的稳定性和性能。
以上是多输入单输出系统的一些常见控制方法，具体选择哪种方法要根据系统的特点、控制目标和应用需求来确定。
同时，在实际应用中，常常会将多种控制方法组合起来，形成复合控制系统，以获得更好的控制性能。
单片机的输入输出方式及应用案例
单片机的输入输出方式及应用案例单片机（Microcontroller，简称MCU）是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器和各种输入输出设备接口的微型计算机系统。
它被广泛应用于电子设备、自动化控制、嵌入式系统等领域。
本文将介绍单片机的输入输出方式及应用案例。
一、单片机的输入方式单片机通过输入方式接受外部信号，常见的输入方式有以下几种：1. 按键输入：通过连接按键开关与单片机的IO口实现输入。
按键可以是矩阵键盘、触摸按键等。
单片机可以通过读取IO口的电平状态来判断按键是否按下，从而触发相应的事件或功能。
2. ADC输入：ADC（Analog-to-Digital Converter）用于将模拟信号转换为数字信号供单片机处理。
通过ADC接口，单片机可以读取各种类型的模拟信号，如温度、光强、电压等。
常见的应用包括温度测量、光强检测等。
3. 串口输入：单片机可以通过串口接收器（UART）实现串行数据的输入。
串口输入广泛应用于与其他设备通信的场景中，如与电脑、传感器、无线模块等进行数据交互。
二、单片机的输出方式单片机通过输出方式控制外部设备，常见的输出方式有以下几种：1. 数字IO口输出：单片机的数字IO口可以输出高或低电平来控制外部设备。
例如，通过控制IO口输出高电平，可以点亮LED灯，驱动蜂鸣器等。
2. PWM输出：PWM（Pulse Width Modulation）脉宽调制是一种周期性变化占空比的信号。
单片机可以通过PWM输出口生成特定频率、特定占空比的PWM信号，广泛应用于电机控制、LED亮度调节等场景中。
3. DAC输出：DAC（Digital-to-Analog Converter）将数字信号转换为模拟信号输出。
通过DAC接口，单片机可以输出模拟信号，如音频信号、电压信号等。
三、单片机输入输出应用案例1. 温度监测系统：利用单片机的ADC输入功能，连接温度传感器，实时监测环境温度并将结果显示在LCD屏幕上。
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
数字量的输入输出控制方式
输入/ 输出接口
I/O 接口电路
从I/O 接口电路完成的工作看，CPU 和 外设间交换的信息有三类：数据信息、 状态信息和控制信息。
锁存器的作用是接收和保护来自数据总 线的数据
输入/ 输出接口
? 输入输出信息的组成
? 数据信息 ? 状态信息 ? 控制信息
输入/ 输出接口
? 输入输出信息的传送方式
出
器
设
备
outport
WD 译
数据总线
码
DB
器
inport
RD
地址
总线 AB
三
态
busy
缓
冲
器
去地址总线 DB0
? 查询式输出接口电路
数字量的输入输出控制方式
PO 准备输出数据
AWAIT 读状态端口
busy？
输出数据
D7
D0
busy
busy=1，外设忙 busy=0,外设已空
查询式输出程序流图
数字量的输入输出控制方式
（3）中断控制方式
? 能提高CPU工作效率和及时处理外设 的请求，可与多个外设同时工作。
? 中断：指CPU暂时中止其正在执行的 程序，转至执行请求中断的某个外部 设备或事件的服务、程序，待处理完 毕后再返回原来中止的程序顺序进行 （程序在执行过程中由于外界的原因 而中间打断的情况）称中断。
数字量的输入输出控制方式
数字量的输入输出 控制方式
数字量的输入输出控制方式
? 输入/ 输出接口 ? CPU对数字量输入/输出的控制方式1
数字量的输入输出控制方式
一、输入/输出接口
外部设备与 CPU交换信息必须通过输入 /输出接 口电路。输入 /输出的信息有 数据、状态和 控制 三类不同的信息，为了区别不同类型的 信息需设置不同的端口。 因此一个典型的数字量输入 /输出接口电 路必须包括 数据端口、状态端口和控制端口 , 如图 2-27 所示。
简述io四种控制方式
简述io四种控制方式IO（Input/Output）是计算机系统中负责与外部设备进行数据输入和输出的模块。
在计算机系统中，IO的控制方式主要有四种，分别是程序控制IO、中断驱动IO、DMA（Direct Memory Access）控制IO和通道控制IO。
本文将对这四种控制方式进行简要的介绍和比较。
程序控制IO是最基本的控制方式，它通过程序的指令来控制IO设备的输入和输出。
在程序中，通过调用相应的IO函数或指令，将数据从内存传送到IO设备，或从IO设备传送到内存。
由于程序控制IO需要消耗CPU资源进行IO操作，因此它的效率较低。
此外，程序控制IO需要程序员编写大量的IO控制代码，导致程序复杂，可维护性较差。
中断驱动IO是一种基于中断机制的IO控制方式。
在中断驱动IO 中，当IO设备完成数据的输入或输出时，会触发相应的中断信号，通知CPU进行相应的处理。
CPU在接收到中断信号后，暂停当前的任务，转而处理IO设备的输入或输出请求。
中断驱动IO相比程序控制IO，可以提高CPU的利用率，减少了CPU的等待时间。
但是，中断驱动IO仍然需要CPU介入IO操作，因此效率相对较低。
DMA控制IO是一种通过DMA控制器来实现IO数据传输的方式。
DMA（Direct Memory Access）是一种独立的硬件设备，它可以绕过CPU，直接从内存读取或写入数据。
在DMA控制IO中，CPU只需进行简单的配置和初始化操作，然后将IO任务交给DMA 控制器处理。
DMA控制IO相比程序控制IO和中断驱动IO，具有更高的数据传输速度和更低的CPU占用率。
因此，在需要高速数据传输的场景下，DMA控制IO是一种较为常用的方式。
通道控制IO是一种更高级别的IO控制方式，它通过专门的IO通道来实现数据的输入和输出。
通道是一个独立的硬件设备，具有自己的控制逻辑和存储器。
在通道控制IO中，CPU只需进行简单的初始化和配置操作，然后将IO任务交给通道处理。
微机原理第六章 输入输出和中断技术 part 2 (2)
中断处理的一般过程
6.4.3 8088/8086中断系统
8086/8088为每个中断源分配 一个中断类型码（中断向量码），其取值范围为 0~255，实际可处理56种中断。其中包括软件中断，系统占用的中断，已经开放 给用户使用的中断。所有中断又可分为两大类：内部中断和外部中断。
内部中断
6.4.2 中断处理的一般过程
1. 中断请求 2. 中断源识别及中断判优 3. 中断响应 4. 中断处理（服务） 5. 中断返回
1. 中断请求 ➢ INTR中断请求信号应保持到中断被处理为止 ➢ CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销
2. 中断源识别 ➢ 软件判优：由软件来安排中断源的优先级别。顺序查询中断请求，先查询的
➢ （4）能向存储器或外设发出读/写命令。 ➢ （5）能决定传送的字节数，并判断DMA传送是否结束。 ➢ （6）在DMA过程结束后，能向CPU发出DMA结束信号，将总线控制权交
还给CPU。
2. DMA控制器的工作过程 ➢ （1）当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出
“DMA传送请求”信号DRQ ➢ （2）DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD ➢ （3）CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA信号，对HOLD信号进
➢ （2）单步中断——1型中断，标志寄存器中有一位陷阱标志TF。 ➢ （3）断点中断——3型中断，专用于设置断点的指令INT 3，用于程序中设
置断点来调试程序。
➢ （4）溢出中断——4型中断，在算数指令的执行过程发出溢出 ➢ （5）用户自定义的软件中断——n型中断，执行中断指令INT n引起内部中
断。
需要时，CPU回到原来被中断的地方继续执行自己的程序。 优点： ➢ CPU效率高，实时性好 缺点 ➢ 程序编制相对较为复杂
输入输出数据传送控制方式判断题所有的数据传送方式都必须由
输入输出数据传送控制方式一、判断题1．所有的数据传送方式都必须由CPU控制实现。
答：错误。
2．屏蔽所有的中断源，即为关中断。
答：错误。
3．一旦中断请求出现，CPU立即停止当前指令的执行，转去受理中断请求。
答：错误。
4．CPU响应中断时，暂停运行当前程序，自动转移到中断服务程序。
答：正确。
5．中断方式一般适合于随机出现的服务。
答：正确。
6．DMA设备的中断级别比其他外设高，否则可能引起数据丢失。
答：正确。
7．CPU在响应中断后可立即响应更高优先级的中断请求（不考虑中断优先级的动态分配）。
答：错误。
8．DMA控制器和CPU可同时使用总线。
答：错误。
9．DMA是主存与外设之间交换数据的方式，也可用于主存与主存之间的数据交换。
答：错误。
10．为保证中断服务程序执行完毕以后，能正确返回到被中断的断点继续执行程序，必须进行现场保存操作。
答：正确。
二、选择题1．主机、外设不能并行工作的方式。
A．程序查询方式 B．中断方式 C．通道方式解：答案为A2．在单独（独立）编址下，下面的说法是是对的。
A．一个具体地址只能对应输入输出设备B．一个具体地址只能对应内存单元C．一个具体地址既可对应输入输出设备，也可对应内存单元D．只对应内存单元或只对应I/O设备解：答案为C3．在关中断状态，不可响应的中断是。
A．硬件中断 B．软件中断C．可屏蔽中断 D．不可屏蔽中断解：答案为C4．禁止中断的功能可由来完成。
A．中断触发器 B．中断允许触发器C．中断屏蔽触发器 D．中断禁止触发器解：答案为B5．在微机系统中，主机与高速硬盘进行数据交换一般用方式。
A．程序中断控制 B．DMAC．程序直接控制 D．通道方式解：答案为B6．常用于大型计算机的控制方式是。
A．程序中断控制 B．DMAC．程序直接控制 D．通道方式解：答案为D7．有关中断的论述不正确的是。
A．CPU和I/O设备可并行工作，但设备间不可并行工作B．可实现多道程序、分时操作、实时操作C．对硬盘采用中断可能引起数据丢失D．计算机的中断源可来自主机，也可来自外设解：答案为A8．中断系统是由实现的A．仅用硬件 B．仅用软件C．软、硬件结合 D．以上都不对解：答案为D9．DMA数据的传送是以为单位进行的。
单片机指令的比较器输入和输出控制
单片机指令的比较器输入和输出控制单片机是一种集成电路，具有处理和控制数据的能力。
在单片机应用中，比较器是一种非常重要的功能模块，它用于比较两个输入信号的大小，并根据比较结果产生相应的输出信号。
本文将探讨单片机指令中的比较器输入和输出控制。
一、比较器输入控制比较器通常具有两个输入端，分别是正向输入端和反向输入端。
单片机指令可用于设置比较器的输入端的电平状态，从而实现对比较器的输入控制。
在单片机指令中，常用的比较器输入控制指令包括设置正向输入端和反向输入端的电平状态。
通过设置这两个输入端的电平状态，可以实现对比较器的输入控制，从而满足不同的应用需求。
1. 正向输入端控制正向输入端通常与一个固定电压源相连，比较器会将这个输入端的电平与另一输入端的电平进行比较。
单片机指令可用于设置正向输入端的电平状态，以控制比较器的输入行为。
例如，可以使用单片机指令将正向输入端设置为高电平状态，使得比较器始终将正向输入端的电压与反向输入端的电压进行比较。
这种配置适用于需要比较两个电压大小的应用场景。
2. 反向输入端控制反向输入端通常与一个可变电压源相连，比较器会将这个输入端的电平与正向输入端的电平进行比较。
单片机指令可用于设置反向输入端的电平状态，以控制比较器的输入行为。
例如，可以使用单片机指令将反向输入端设置为某个特定的电压值，这样比较器将会将反向输入端的电压与正向输入端的电压进行比较。
这种配置适用于需要在特定电压点上进行比较的应用场景。
二、比较器输出控制比较器的输出通常用于控制其他电路或设备。
单片机指令可用于对比较器输出的控制，以实现相应的输出行为。
在单片机指令中，常见的比较器输出控制指令包括设置输出电平状态和配置输出触发方式。
通过设置比较器输出的电平状态和触发方式，可以实现对比较器输出的控制。
1. 输出电平状态控制比较器的输出可以是一个电平信号，通常为高电平或低电平。
单片机指令可用于设置比较器输出的电平状态。
例如，可以使用单片机指令将比较器输出设置为高电平状态，从而控制其他电路或设备的工作状态。
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既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率
数 组主选要连择接通以道字（节b为lo单ck位s的e低lec速to设r备channel）
数 组主通多要道用利路于用通连率道接低磁，盘输，入磁、带输等出高的速效输率入不/高输出设备
以一组数据为单位，每次传送一批数据，因此传送速度更高 主要用于连接高速设备
可以启动多台磁盘机同时执行移臂定位操作，按序交叉地传输 多批数据。
管理，实现外部设备与处理器的并行操作
通道方式：Channel
类型
字节多路通道（byte multiplexer channel）
主要连接以字节为单位的低速设备 通道利用率低，输入、输出的效率不高
通道方式：Channel
类型
字节多路通道（byte multiplexer channel）
优点：每次DMA传送数据时，不必进入中断系统，即不 必通知处理器，处理器可以继续运算，这样提高了处理 器的利用率。
缺点：如果需要传送多个数据块到不同的内存区，则系 统需要发送多个指令，从而使得DMA方式的实现代价高 并容易发生内存地址冲突。
通道方式：Channel
• 概念
– 通道是一种与处理器独立的输入/输出处理器 – 用于代替处理器实现外部设备的输入/输出操作和
结果：处理器运行程序和设备控制器向设备输出数据或 从设备输入数据到设备控制器的过程并行运行，提高了 系统的运行效率。
方式评价：缺点在于如果计算机系统有较多输入/输出设
备，则处理器处理中断的频率增高，从而影响了系统性能
7
DMA方式：Direct Memory Access 8
• 原理描述
在内存和输入/输出设备之间设置一条数据通路，让内存和输入 /输出设备之间的数据交换在DMA控制器的控制下进行，不需 要处理器的干预。
如果没有，处理器继续执行现有程序。
如果有，则处理器暂停现有程序执行，保存当前的指 令指针和正在处理程序的断点信息，并转向中断处理。
6
中断控制：Interrupt
与Polling的比较
中断控制方式是处理器主动接收设备控制器的中断请求
轮流测试方式是处理器被动测试设备控制器的忙闲标志
中断控制方式使得处理器能够和输入/输出设备的操作 并行执行，处理器有更多的时间来运行程序。
需要等待；如果为“闲”，则表示已经完成。此时输入数据已
经方到式数评据价寄存：器处中理。器和输入/输出设备不能并行工作，处理器
不能充分发挥效率，计算机系统的效率非常低。
5
中断控制：Interrupts-原理描述
在处理器和设备控制器之间增加了中断请求线
每当处理器的指令周期结束后，处理器中断现有程序 的执行去检测是否有设备控制器发来的中断请求信号。
处理器和设备控制器之间的交互借助于设备控制器中的控制 /状态寄存器进行
如果控制/状态寄存器中的值为“1”，表示设备控制器 “闲”，可以接受处理器的指令
如果控制/状态寄存器中的值为“0”，则表示设备控制器处 于“忙”，不能接受处理器的指令
轮流测试是指处理器以循环方式不断测试设备控制器的控制 /状态寄存器中的忙闲标志
DMA方式：Direct Memory Access 9
• DMA控制器
1.MAR：内存地址寄存器，用于存放内存和输入/输出设备之间交
换的数据在内存中的地址。
2.DR： 数据寄存器，用于匹配内存与输入/输出设备之间的数据
传输，起到中间暂存数据的作用，使得两者传输数据相匹配。
3.CR： 命令/状态寄存器，用于接收从处理器发来的输入/输出命
4
轮流测试：Polling
工作过程
1.如果处理器运行的现有程序需要从输入/输出设备输入一批数据，
处理器检测设备控制器的控制/状态寄存器值是否为1，为1表示
2.设此备时控设制备器控中制的器状可态以标接志收为处“理闲器”的，指则令处；理否器则向处设理备器控一制直器检发测出 3.设该需备值要控，“制直读器到”控为数制“据输1指”入令为/，输止给出. 出设输备入完数成据数在据主从存输中入的设起备始到地设址备；控同制 4.在器时这的，个数设输据置入寄设过存备程器控中，制处如器理果中器完的一成状直则态在设标轮备志流控为检制“测器忙设将”备状。控态制“器忙的”状标态志寄设存 5.处置 器理为 字器“ 节把闲是数”否据。为寄“存忙器”中。的如数果据为读“入忙处”理，器表或示主没存有单完元成。，处理器
主要连接以字节为单位的低速设备 通道利用率低，输入、输出的效率不高
数组选择通道（block selector channel）
主要用于连接磁盘，磁带等高速输入/输出设备 以一组数据为单位，每次传送一批数据，因此传送速度更高
通道方式：Channel
类型
字节多路通道（byte multiplexer channel）
Windows 操作系统
输入/输出控制方式
大型机输入/输出系统
通过网络应用进行扩展
在通道和设备控 制单元之间增加 交换机，将一个 系统连接到多个 系统
2
输入/输出控制方式
轮流测试（polling）
方式
通道方式（channel）
中断方式（interrupts）
DMA方式
3
轮流测试：Polling原理描述
2.DMA控制器获取内存总线控制并给出内存地址，将DMA应 答信号发回给设备控制器
3.设备控制器接收到DMA应答信号后，清除DMA请求信号， 传送数据到内存。
4.当整个数据传送完成后，DMA控制器向处理器发中断信号， 表示数据已经传到内存。
DMA方式：Direct Memory Access11
方式评价
令及设备的状态信息。
4.DC： 数据计数器，用于对传输数据进行计数。
5.输入/输出控制逻辑，用于向处理器提出输入/输出中断请求并保
存处理器发来的输入/输出命令，控制DMA的传送过程。
DMA方式：Direct Memory Access10
•DMA控制器发送DMA请求信号