第六章输入输出控制第一讲

第六章 输入输出控制

第一讲

回顾：微机系统的层次结构，CPU、主机、接口电路及外部设备之间的结构关联，输入/输出的一般概念。

本讲重点：微机系统主机与外部设备之间的数据传送，包括I/O端口的寻址方式，输入/输出的传送控制方式。

讲授内容：

6.1输入/输出数据的传输控制方式

CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有三种：程序方式、中断方式和DMA 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。

①无条件传送方式

条件：利用程序来控制与外设交换信息时，如果可以确信外设总是处于“准备好”的状态，不需用任何状态查询，就可以直接利用输入/输出指令进行信息的输入/输出操作。

如图6-1，从硬件电路上来看：

输入：加三态缓冲器（控制端由地址译码信号和RD信号选中，CPU用IN指令）输出：加锁存器（控制端由地址译码信号和WR信号选中，CPU用OUT指令）

这种方式下的硬、软件设计都比较简单，但应用的局限性较大，因为很难保证外设在每次信息传送时都处于“准备好”状态，一般只用在一些简单外设的操作上，如开关控制，七段数码管的显示控制等。

图6-1

②条件传送方式（亦称为查询方式）

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。

一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输入设备来说，它能够提供“准备好”（“READY”）信号，“READY”＝1表示输入数据已准备好。输出设备则提供“忙”(“BUSY”)信号，“BUSY”＝1表示当前时刻不能接收CPU来的数据，只有当“BUSY”＝0时，才表明它可以接受来自于CPU的输出数据。

查询式传输，即用程序查询相应设备的状态，（对输入设备就是查询READY，对输出设备查询BUSY），若状态不符合要求则等待，只有当状态信号符合要求时，才进行相应的传输。

过程：

输入操作的程序流程如图6-2所示：

对READY的状态查询，是通过读状态端口的相应位来实现的，输出的情况亦大致相同，这种传送控制方式的最大优点是，能够保证输入/输出数据的正确性。输入接口

以输入设备将数据送入锁存，发选通信号开始，→READY＝1→CPU查询（读READY）→读数据→清除READY。见图5-3。

图6-3

输出接口

CPU送数据至锁存器，发选通信号，→a。通知外设取数据；→b。BUSY→输出设备取完数据→ACK→清BUSY→CPU查询。见图6－4

图6-4

例1：假设从某输入设备上输入一组数据送缓冲区，接口电路如图6-3，若缓冲区已满则输出一组信息“BOFFER OVERFLOW”，然后结束。设该设备的启动地址为0FCH，数据端口为0F8H，状态端口为FAH。

程序如下：　

DATA SEGMENT　

MESS1 DB “BUFFER OVERFLOW”，“$”　

BUFF DB 60 DUP(?)　

DATA ENDS　

CODE SEGMENT　

ASSUME CS：CODE，DS：DATA　

START：MOV AX，DATA　

MOV DS，AX　

MOV BX，OFFSET BUFF；送缓冲区指针　

MOV CX，60；送计数初值　

OUT 0FCH，AL；启动设备　

WAIT：IN AL，OFAH；查询状态，若为0，则等待　TEST AL，01H　

JZ WAIT　

IN AL，0F8H；输入数据　

MOV [BX]，AL　

INC BX　

LOOP WAIT；检测缓冲区是否满，不满再输入　

MOV DX，OFFSET MESS1；缓冲区满，输出标志字符串　

MOV AH，09H　

INT 21H　

MOV AH，4CH　

INT 21H　

CODE ENDS　

END START　

优先级问题

当CPU需对多个设备进行查询时，就出现了所谓的优先级问题，即究竟先为哪个设备服务，一般来讲，在这种情况下都是采用轮流查询的方式来解决，这时的优先级是很明显的，即先查询的设备具有较高的优先级。但这种优先级管理方式，也存在着一个问题，即某设备的优先级是变化的，如当为设备B服务以后，这时即使A已准备好，它也不理睬，而是继续查询C，也就是说A的优先地位并不巩固（即不能保证随时处于优先）。为了保证A随时具有较高的优先级，可采用加标志的方法，当CPU为B服务完以后，先查询A是否准备好，若此时发现A已准备好，立即转向对A的查询服务，而不是为C设备服务。

二.中断传送方式

⑴ 为什么要采用中断传送方式

从查询式的传输过程可以看出，它的优点是硬件开销小，使用起来比较简单。缺点是降低了CPU的工作效率。尤其是当系统中有多台设备时，对某些设备的响应就比较慢，也影响了整个系统响应的实时性。

为了解决这个矛盾，我们提出了中断传送方式，中断传送方式就是外设中断CPU 的工作，使CPU停止执行当前程序，而去执行一个为外设的数据输入/输出服务的程序，即中断服务子程序，中断服务子程序执行完以后，CPU又转回到原来的程序去继续执行，因而在这种方式下，CPU不需花大量的时间去查询外设的工作状态，因为当外设准备好时，它会主动向CPU发请求。CPU只需具有检测中断请求，进行中断响应，并能正确中断返回的功能就行了。

能够向CPU发出中断请求的设备或事件

称为中断源。

微机系统引入中断机制后，使CPU与外设

（甚至多个外设）处于并行工作状态，便

于实现信息的实时处理和系统的故障处

理，可以大大提高CPU的工作效率。

中断方式的原理示意图如图6-6所示。

图5-6

⑵ 中断方式下的接口电路

中断方式提高了CPU的工作效率，但是它同时也提高了系统的硬件开销。因为系统需增加含有中断功能接口电路，用来产生中断请求信号。以输入方式为例，接口电路如图6－7所示。