第八章输入输出接口8255A8183
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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。
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。
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：
A组控制电路用来控制A口及C口的高4位； 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。
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.
§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
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
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。
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：
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。
CPU通过状态端口输入R外S设-23的2C状标态准信（号协定）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
不同的外设需要不同、的信接号口功能电及路传送过程。RS-232C接口最大传输速率
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
超时?
N 读入并测试外设状态
N 复位计时器
READY?
Y 与外设进 行数据交换
N
传送完？
Y
防止死循环
Y
超时错
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
TEST AL，40H JNZ POLL MOV AL，STORE OUT D-PORT，AL
……..
；读入状态 ；检查忙标志
；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
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 中断服务程序结束，返回原来程序
第八章 输入/输出接口
8-1 微型计算机的输入/输出接口 8-2 并行通信与并行接口 8-3 可编程并行通信接口芯片8255A 8-4 串行通信与串行接口 8-5 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
独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。
A端口引脚 ，连外设
端口选择 信号
C端口引脚 ，连外设或 作为控制
B端口引脚 ，连外设
控制信号 ，与CPU
相连
与CPU相 连的双向
数据线
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。
直接寻址（0～FFH）：
IN
AL ， 80H
OUT
83H， AL
间接寻址（0000H ～ FFFFH）
IN
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
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。
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
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。
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
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
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 – 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： 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
&
M/IO
读信号 WR
RD
&
图8-1、无条件传送
输入端口
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 将80H端口的内容送AL。
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。
1、 I/O端口寻址方式
微机接口基本概念---接口功能
DB 数据
端口
CPU 8088
IOR IOW
接口
状态 端口
控制
端口
A9-A0
地址译码
外设
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：
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
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）。
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； 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
同一外设中存在不同为的20端Kb口ps，线缆最长为15米。RS-232C接口通常被用
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与外设的信息编需码使用方少式数不几同根，信如号七线段。数码管
CPU与外设的数据宽度不同，如并-串转换
推荐标准；232表示标识符；C表示修改次数），
CPU利用缓冲器从外它设描输述入了数计据算机及相关设备间较低速率的串行数
CPU利用锁存器向外据设通输信出的数物据理接口及协议。它是由一个工业贸易
控制外设：
组电子工业联合会（EIA）定义的，最初是为电
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
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?
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。
Fra Baidu bibliotek
选中地址
数据
D7-D0
输出端口
写信号
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。
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。
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：
A组控制电路用来控制A口及C口的高4位； 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。
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.
§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
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
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。
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：
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。
CPU通过状态端口输入R外S设-23的2C状标态准信（号协定）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
不同的外设需要不同、的信接号口功能电及路传送过程。RS-232C接口最大传输速率
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
超时?
N 读入并测试外设状态
N 复位计时器
READY?
Y 与外设进 行数据交换
N
传送完？
Y
防止死循环
Y
超时错
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
TEST AL，40H JNZ POLL MOV AL，STORE OUT D-PORT，AL
……..
；读入状态 ；检查忙标志
；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
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 中断服务程序结束，返回原来程序
第八章 输入/输出接口
8-1 微型计算机的输入/输出接口 8-2 并行通信与并行接口 8-3 可编程并行通信接口芯片8255A 8-4 串行通信与串行接口 8-5 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
独立的4位I/O口。也是仅对输出数据进行锁存。
A端口引脚 ，连外设
端口选择 信号
C端口引脚 ，连外设或 作为控制
B端口引脚 ，连外设
控制信号 ，与CPU
相连
与CPU相 连的双向
数据线
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。
直接寻址（0～FFH）：
IN
AL ， 80H
OUT
83H， AL
间接寻址（0000H ～ FFFFH）
IN
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
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。
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
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。
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
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
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 – 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： 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
&
M/IO
读信号 WR
RD
&
图8-1、无条件传送
输入端口
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 将80H端口的内容送AL。
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。
1、 I/O端口寻址方式
微机接口基本概念---接口功能
DB 数据
端口
CPU 8088
IOR IOW
接口
状态 端口
控制
端口
A9-A0
地址译码
外设
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：
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
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）。
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； 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
同一外设中存在不同为的20端Kb口ps，线缆最长为15米。RS-232C接口通常被用
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与外设的信息编需码使用方少式数不几同根，信如号七线段。数码管
CPU与外设的数据宽度不同，如并-串转换
推荐标准；232表示标识符；C表示修改次数），
CPU利用缓冲器从外它设描输述入了数计据算机及相关设备间较低速率的串行数
CPU利用锁存器向外据设通输信出的数物据理接口及协议。它是由一个工业贸易
控制外设：
组电子工业联合会（EIA）定义的，最初是为电
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
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?
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。
Fra Baidu bibliotek
选中地址
数据
D7-D0
输出端口
写信号