第八章 输入输出接口8255A(8.1-8.3)

查询方式传送数据：
查询时占用CPU时间

中断方式传数据：
比查询方式传送数据效率要高，但执行中 断服务程序，CPU要保护断点、保护一些寄存 器等操作，使CPU花费时间。

DMA方式
用专用接口电路直接和存储器进行数据传 送。
(二)、DMA的传送原理
1、DMA控制器与其它接口电路的不同点： 具有接管和控制系统总线的功能，但在取 得总线控制权之前，与其它接口芯片一样，受 CPU的控制。 在DMA方式，DMA管理总线，控制传送数据 的开始与结束，传送的字节数，传送的方向及 地址。
还CPU；
四、输入/输出处理机的控制方式

适合具有大量输入/输出设备的微机系统； 利用专门的I/O协处理器（或通用机）来接管主 CPU的I/O功能，如8089I/O协处理器：与8088配 合

此模式的CPU必须在最大工作模式下。
思考题


1.接口应该具备那些端口?其功能? 2.CPU与外设传送数据,主要有哪些方式? 特点是什么? 3.简述无条件传送方式的原理. 4.简述查询式输入接口原理.
写信号
M/IO
&
输入端口
读信号
WR
RD
&
图8-1、无条件传送
1、执行输入指令时,例:IN AL，80H, RD信号有,M/IO=0,输入三态缓冲 器,被选通,已准备好的数据进入数据总线,送到AL. 2.执行输入指令时,
M/IO有效(8086)
&
读信号有效 80H
&
例1：输入：IN
AL，80H；（80H）=10H
它接收片选信号及系统读信号 、写信号、复位信号 RESET，还有来自系统地址总线的端口地址选择信号A0 和A1。
将80H端口的内容送AL。
M/IO=1（此为8088引脚），RD=0， AL=10H
例2：输出：OUT 82H，AL；AL=10H 将AL中的内容送82H端口。 M/IO=1，WR=0，（82H）=10H
无条件传送方式小结：

适用于总是处于准备好状态的外设 以下外设可采用无条件传送方式： – 开关
§8-2 并行通信和并行接口

并行通信就是把一个字符的各数位用几条线进行传输。 和串行通信相比，在同样的传输率下，并行通信的信 息实际传输速度快，信息率高。 实现并行通信的接口就是并行接口。 一个并行接口可以设计为只用来作为输出接口，也可 以只用来作为输入接口，此外，还可以将它设计成既 作为输入又作为输出的接口。
RS-232C标准（协定）的全称是EIA-RS-232C标 准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美 寻址外设： 国电子工业协会，它规定连接电缆和机械、电气特性 、信号功能及传送过程。RS-232C接口最大传输速率 不同的外设需要不同的接口电路 为20Kbps，线缆最长为15米。RS-232C接口通常被用 同一外设中存在不同的端口 于将电脑信号输入控制，当通信距离较近时，可不需 信息变换： 要Modem，通信双方可以直接连接，这种情况下，只 CPU与外设的信息编码方式不同，如七段数码管 需使用少数几根信号线。
①能接受外设的请求，并能向CPU发DMA请求信号；
②CPU接到DMA请求信号，如果允许，CPU发DMA响应信号，
DMA控制器接管总线，进入DMA方式； ③能寻址存储器，并修改地址； ④能向外设发读/写信号； ⑤能控制传诵的字节数，判断DMA是否结束；
⑥DMA结束时，能向CPU发出结束信号，将总线控制权交

优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内 存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可 达几MB/秒）
三、直接存储器存取方式（DMA） (Direct Memory Access)

为什么要用DMA方式传送数据 什么是DMA方式 DMA传送原理 DMA控制器的工作特点
(一)、为什么要用DMA方式传送数据

常用的三 种传送控 制方式
一、程序传送方式
由程序控制CPU与外设之间的数据交换。
1)、无条件传送方式
外设已准备好，不查询外设的状态。CPU 不关心外设的状态，直接进行I/O操作 输入时，外设的数据已送到三态缓冲器。 输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器 的输入端。
数据
D7-D0
输出端口
选中地址

缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速 度（约为几十KB/秒）—解决：DMA传输

DMA传输:
外设
内存
– 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担 当数据传输的中介者； – 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU 要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写 控制信号均由DMAC提供。


推荐标准；232表示标识符；C表示修改次数）， 它描述了计算机及相关设备间较低速率的串行数 CPU利用缓冲器从外设输入数据 据通信的物理接口及协议。它是由一个工业贸易 CPU利用锁存器向外设输出数据 组电子工业联合会（EIA）定义的，最初是为电 控制外设： 传打印机设备而制定。 CPU通过控制端口输出对外设的控制信号



③ DMA控制器接收到HLDA引脚的高电平后，掌握系统总线控制权。由 DMA控制器发出I／O数据的存贮地址，并决定传送数据块的长度；
④ 执行DMA传送； ⑤ DMA操作结束，并将控制权交还给CPU。撤销发向HOLD引脚的总线 请求信号，CPU重新获得对系统总线的控制权。

2、DMA的功能：
1、
I/O端口寻址方式
直接寻址（0～FFH）： I N AL ， 80H OUT 83H， AL 间接寻址（0000H ～ FFFFH） I N AL， DX OUT DX， AL
2、端口
1)、数据端口 2)、状态端口 3)、控制端口
8-1-2、输入/输出的控制方式

程序传送方式(又称查询传送方式） 中断传送方式 DMA方式 输入/输出处理机控制方式
DMA 的传送原理
实现DMA传送的基本操作如下：

DMA方式的主要优点是速度快，数据传送速度只受存贮器存取时间的限 制，其缺点是需要一个专用的芯片——DMA控制器来加以控制、管理， 硬件连接也稍为复杂些。一般微处理器都设有用于DMA传送请求的应答 联络线。实现DMA传送的基本操作如下： ① 外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求；如DMA控制器通过向 8086/8088的HOLD引脚发送一个高电平信号。 ② CPU响应DMA请求，把总线控制权交给DMA控制器，使系统转变为 DMA工作方式；如8086/8088CPU在现行总线周期完成后作出响应，使 HLDA引脚变成高电平，通知DMA控制器可以使用系统总线。
– 发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等)
– 继电器 – 步进电机


优点：软件及接口硬件简单
缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄
2、条件（查询）传送方式 程序测试外 设的状态，若满足，传送。不满足，等待。
即CPU在I/O操作前，必须首先查询外设的状态；

若外设未准备好，则继续查询等待； 若外设准备好，则直接I/O； 需增加状态端口。 数据传送过程：
A端口引脚 ，连外设 控制信号 ，与CPU 相连
端口选择 信号
C端口引脚 ，连外设或 作为控制
与CPU相 连的双向 数据线
B端口引脚 ，连外设
图8-6 8255A 的芯片引脚图
2、 A组和B组控制部件
这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式的电路，这
些控制电路内部设有控制寄存器，可以根据CPU送来的编程 命令来控制8255A的工作方式，也可以根据编程命令来对C口 的指定位进行置/复位的操作。 A组控制电路用来控制A口及C口的高4位；

一个控制寄存器 ，用来接收CPU对它的控制命令。 一个状态寄存器，提供各种状态位供CPU查询。 输入缓冲寄存器和输出寄存器，实现输入和输出。
1.输入过程
输入缓冲寄存器
图8-4（P199）
2.输出过程
§8-3 可编程并行通信接口8255A
8255A是INTEL系列的并行接口芯片。它是可编程 的，可以通过软件来设置芯片的工作方式。


CPU通过状态端口输入外设的状态信号


CPU与外设的数据宽度不同，如并-串转换
CPU与外设的电平逻辑不同，如RS-232C
8-1、微型计算机的输入输出方式
接口就是CPU与外界的连接部件，是CPU与外界交换 信息的中转站。

原始数据通过接口由输入设备送进去； 运算结果通过接口由输出设备送出来； 控制命令通过接口发出去；




优点：软件比较简单
缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差， 速度较慢
二 中断控制传送方式（P198）
1).中断传送方式的原理

启动外设 外设准备好数据,发一个选通信号 外设向CPU发中断请求 CPU受到中断请求信号，暂停现行程序


CPU执行中断服务程序，执行输入输出操作
8-3-1、8255A的内部结构及其功能
1．数据端口A、B、C


这三个端口均可看作是I/O口，但它们的结构和功能也稍有不 同。 · A口：是一个独立的8位I/O口，它的内部有对数据输入/输出
的锁存功能。

· B口：也是一个独立的8位I/O口，仅对输出数据的锁存功能。 · C口：可以看作是一个独立的8位I/O口；也可以看作是两个 独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。

现场数据通过接口从输入设备送进去。
8-1-1、CPU和I/O设备之间的信号
一)、数据信息(详细见书本P196） 1、数字量 2、模拟量 3、开关量 4、脉冲量 二)、状态信息 反映当前外设所处的工作状态。 三)、控制信息 CPU 通过接口向外设传送控制信息。
接口部件的I/O端口
一个接口有几个寄存器，不同类型的信息进 入不同的寄存器，一般称这些寄存器为端口。
中断服务程序结束，返回原来程序
源自文库
思考题
1、查询式传送方式有什么优缺点？ 中断方式为什么能弥补查询式传送方式 的缺点？ 2、解决中断优先级的方法有哪些？各有什 么优缺点？
小结：

前面三种I/O方式都需要CPU作为中介： 外设 CPU 内存 两个含义：
1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU 执行程序来完成的（PIO方式）； 2）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址 信号都是由CPU发出的（总线由CPU控制）。
微机接口基本概念---接口功能
DB 数据 端口 IOR
CPU 8088
A9-A0
接口
IOW
状态 端口 控制 端口
外设
地址译码
基本概念 1、什么是接口？什么是端口？ 接口：CPU与外设间的缓冲电路 端口：接口电路中的寄存器
2、I/O接口的功能 RS-232C是一个已制定很久的标准（RS表示

数据缓冲：
B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。

3、 数据总线缓冲器 8位的双向的三态缓冲器。作为8255A与系统总线连 接的界面，输入/输出的数据，CPU的编程命令以及外设 通过8255A传送的工作状态等信息，都是通过它来传输的。 4、 读/写控制部件

读 / 写控制逻辑电路负责管理 8255A 的数据传输过程。
1）、CPU从接口读取状态字;
2）、CPU检测状态字的对应位是否满足“就绪” 条件，如果 不满足，回到第一步读取状态字； 3）、如状态字表明外设已处于“就绪”状态，则传送数据。
查询方式的流程图
防止死循环
超时? N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y 与外设进 行数据交换
复位计时器
N
传送完？ Y
第八章
8-1 8-2 8-3 8-4 8-5
输入/输出接口
微型计算机的输入/输出接口 并行通信与并行接口 可编程并行通信接口芯片8255A 串行通信与串行接口 可编程串行通信接口芯片8251A
第八章 小结
学习内容
1. 微机的输入/输出接口
2. 并行通信与并行接口
3. 串行通信与串行接口
输入输出接口技术 的基本要领
注：相应的查询式输 入输出接口电路见书 本图8-2与图8-3，见 P197-198
查询部分的程序： POLL：IN AL，S-PORT ；读入状态
TEST AL，40H
JNZ POLL
；检查忙标志
MOV AL，STORE
OUT D-PORT，AL …….. ；输出数据
条件传送方式小结：

适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率 要求不高的场合。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“你准备 好没有？” 对外设的要求：应提供设备状态信息 对接口的要求：需要提供状态端口