输入和输出
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7.1
概述
7.2
CPU与外设数据传送的方式
7.3
DMA控制器
7.1 概述
地址总线 AB 输 入 设 备 输 出 设 备
存 储 器
I/O 接 口
I/O 接 口
CPU
数据总线 DB 控制总线 CB
输入和输出设备（外设）是计算机系统的重要组成部分。
输入设备:
输出设备：
输入、输出信号形式： 数字量：二进制信息；ASCII表示的数或字符 模拟量：电压、电流等经A/D转换送入计算机 开关量：状态量（1/0）
CPU与外设的信息交换称为通信 (Communication)。基本的通信方式有两种：
并行通信——数据的各位同时传送；
串行通信——数据一位一位顺序传送。 并行通信与串行通信方式，如图7-4所示。
7.2 CPU与外设数据传送的方式
当CPU与外设进行信息（数据、状态信号和 控制命令）传送时，为了保证传送的可靠性和提
Βιβλιοθήκη Baidu
7.1.1
输入输出的寻址方式
CPU对外设的访问实质是对外设接口电路中相应
的端口进行访问。
CPU寻址外设可以有两种方式：
存储器对应输入输出方式
端口寻址的输入输出方式。
1. 存储器对应输入输出方式
把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待， 把外设端口与存储器地址一起来编址。 （指令与内 存指令统一）。
高工作效率，有几种不同的传送控制方式。
无条件传送方式 程序控制的数据传送方式 DMA传送方式 查询式传送方式 中断传送方式
1. 直接传送方式（无条件传送方式、同步传送方式）
特点：1. 适用于外设动作时间固定且已知的情况，在CPU与 外设进行数据传送时，外设保证已准备好，如开关， 发光二极管等 2. 要求严格的时序配合。
；设置启动A/D转换的信号 ；存放输入数据缓冲区的地 址偏移量→DI ；使D4=0 ；停止A/D转换 ；等待停止A/D操作的完成 ；启动A/D，且选择模拟量A0 ；输入状态信息 ；若未READY，程序循环等待 ；否则，输入数据 ；存至内存 ；修改多路开关控制信号，指 向下一个模拟量 ；8个模拟量未输入完，循环 已完，执行别的程序段
1）数据信息：数字量、模拟量、开关量
2）状态信息：表示外设当前所处的工作状态
3）控制信息：由CPU发出的，用于控制I/O接口的 工作方式以及外设的启动和停止等。 三种信息性质不同，必须要分别传送。 由于只有通用的输入IN和输出OUT指令，从指令上无 法区分信息的类型，因此它们必须有自己不同的端 口地址。 如图7-2所示。
I/O系统：I/O设备和I/O接口合在一起总成I/O系统。
I/O接口：
将外设连接到系统总线上的一组逻辑电路的总称。用来 实现外设与主机之间的信息交换。
I/O接口功能：
1）信号的形式变换 3）锁存及缓冲 5）并行及串行转换 2）电平转换和放大 4）设备选择功能（译码）
I/O的内容分类
1）数据信息：数字量、模拟量、开关量 2）状态信息：表示外设当前所处的工作状态 3）控制信息：由CPU发出的，用于控制I/O接口的工作方 式以及外设的启动和停止等。
通常一个外设的数据端口是8位； 而状态与控制端口只用其中的1位或2位； 所以不同外设的状态或控制信息可以共用一个端口。
7.1.3
CPU的输入输出时序
在最大组态下，基本I/O操作由T1、T2、T3、TW、 T4组成，占用5个时钟周期，如图7-3所示。
7.1.4
CPU与接口电路之间 数据传送的形式
DATA_PORT是数据端口的符号地址；
STORE是存放数据单元的地址偏移量。
查询式输 出接口电路
1
1 1 0
0 0 1 1 0 0 0
3. 一个采用查询方式的数据采集系统
一个有8个模拟量输入的数据采集系统，用查询的方式读 入8路数据并存储在内存中DSTOR开始的存储区中，其电路如图 7-15所示。 端口2：状态端口，输入（D0位:状态位） 端口3：数据端口，输入（8位） 端口4：控制端口，输出（D4:启动/停止位 D2—D0:选择模拟量 000：第0路 001：第1路 … 111：第7路）
优点：软件比较简单
缺点：CPU花大量的时间进行状态查询，CPU效率较低，数据 传送的实时性差，速度较慢 适用场合：
从状态端口读入状 态信息
外设并不总是准备好 对传送速率和效率要求不高
N
外设准备好？
对外设及接口的要求：
Y
从数据端口传送一 个数据
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
1）查询式输入
方法： CPU不查询外设工作状态，与外设速度的匹配通过 在软件上延时完成， 在程序中直接用I/O指令完成与 外设的数据传送。 优点：软件及接口硬件简单
缺点：CPU效率低，只适用于简单外设，适应范围较窄。
2. 查询方式（异步传送方式）
传送数据前先检查外设状态，在状态满足条件时才可传送数据， 否则等待。
2. 端口寻址的输入输出方式 外设端口地址单独编址，与内存分开；CPU有专 门的I/O指令（IN OUT)。 不同外设端口地址不同；一个外设往往由几个端 口地址。（数据、状态、控制）
优点：不占用内存空间；专用的I/O指令，效率高。 缺点：必须用IO#/M区分内存和I/O设备。
7.1.2
CPU与I/O设备之间的接口信息
2) 查询式输出
查询部分的程序为：
POLL: IN TEST JNE MOV OUT AL，STATUS_PORT AL，80H POLL AL，STORE DATA_PORT，AL ；从状态端口输入状态信息
；检查BUSY位 ；BUSY则循环等待 ；否则，从缓冲区取数据 ；从数据端口输出
STATUS_PORT是状态端口的符号地址；
如：某一外设，当其为CPU准备好 数据后，状态端口（2H)的D7位为 1；当数据未准备好时，该位为0。 WAIT: IN AL，2H TEST AL，80H JZ WAIT IN AL,PORT ；未准备好，CPU继续查询; 若准备好，CPU可读入数据
0
1 0 1
1 1
0
1 1 0
查询式输入接口电路
START: MOV LEA AGAIN： MOV AND OUT CALL MOV OUT POLL： IN SHR JNC IN STOSB INC JNE
DL，0F8H DI，DSTOR AL，DL AL，0EFH 4，AL DELAY AL，DL 4，AL AL，2 AL，1 POLL AL，3 DL AGAIN
概述
7.2
CPU与外设数据传送的方式
7.3
DMA控制器
7.1 概述
地址总线 AB 输 入 设 备 输 出 设 备
存 储 器
I/O 接 口
I/O 接 口
CPU
数据总线 DB 控制总线 CB
输入和输出设备（外设）是计算机系统的重要组成部分。
输入设备:
输出设备：
输入、输出信号形式： 数字量：二进制信息；ASCII表示的数或字符 模拟量：电压、电流等经A/D转换送入计算机 开关量：状态量（1/0）
CPU与外设的信息交换称为通信 (Communication)。基本的通信方式有两种：
并行通信——数据的各位同时传送；
串行通信——数据一位一位顺序传送。 并行通信与串行通信方式，如图7-4所示。
7.2 CPU与外设数据传送的方式
当CPU与外设进行信息（数据、状态信号和 控制命令）传送时，为了保证传送的可靠性和提
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7.1.1
输入输出的寻址方式
CPU对外设的访问实质是对外设接口电路中相应
的端口进行访问。
CPU寻址外设可以有两种方式：
存储器对应输入输出方式
端口寻址的输入输出方式。
1. 存储器对应输入输出方式
把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待， 把外设端口与存储器地址一起来编址。 （指令与内 存指令统一）。
高工作效率，有几种不同的传送控制方式。
无条件传送方式 程序控制的数据传送方式 DMA传送方式 查询式传送方式 中断传送方式
1. 直接传送方式（无条件传送方式、同步传送方式）
特点：1. 适用于外设动作时间固定且已知的情况，在CPU与 外设进行数据传送时，外设保证已准备好，如开关， 发光二极管等 2. 要求严格的时序配合。
；设置启动A/D转换的信号 ；存放输入数据缓冲区的地 址偏移量→DI ；使D4=0 ；停止A/D转换 ；等待停止A/D操作的完成 ；启动A/D，且选择模拟量A0 ；输入状态信息 ；若未READY，程序循环等待 ；否则，输入数据 ；存至内存 ；修改多路开关控制信号，指 向下一个模拟量 ；8个模拟量未输入完，循环 已完，执行别的程序段
1）数据信息：数字量、模拟量、开关量
2）状态信息：表示外设当前所处的工作状态
3）控制信息：由CPU发出的，用于控制I/O接口的 工作方式以及外设的启动和停止等。 三种信息性质不同，必须要分别传送。 由于只有通用的输入IN和输出OUT指令，从指令上无 法区分信息的类型，因此它们必须有自己不同的端 口地址。 如图7-2所示。
I/O系统：I/O设备和I/O接口合在一起总成I/O系统。
I/O接口：
将外设连接到系统总线上的一组逻辑电路的总称。用来 实现外设与主机之间的信息交换。
I/O接口功能：
1）信号的形式变换 3）锁存及缓冲 5）并行及串行转换 2）电平转换和放大 4）设备选择功能（译码）
I/O的内容分类
1）数据信息：数字量、模拟量、开关量 2）状态信息：表示外设当前所处的工作状态 3）控制信息：由CPU发出的，用于控制I/O接口的工作方 式以及外设的启动和停止等。
通常一个外设的数据端口是8位； 而状态与控制端口只用其中的1位或2位； 所以不同外设的状态或控制信息可以共用一个端口。
7.1.3
CPU的输入输出时序
在最大组态下，基本I/O操作由T1、T2、T3、TW、 T4组成，占用5个时钟周期，如图7-3所示。
7.1.4
CPU与接口电路之间 数据传送的形式
DATA_PORT是数据端口的符号地址；
STORE是存放数据单元的地址偏移量。
查询式输 出接口电路
1
1 1 0
0 0 1 1 0 0 0
3. 一个采用查询方式的数据采集系统
一个有8个模拟量输入的数据采集系统，用查询的方式读 入8路数据并存储在内存中DSTOR开始的存储区中，其电路如图 7-15所示。 端口2：状态端口，输入（D0位:状态位） 端口3：数据端口，输入（8位） 端口4：控制端口，输出（D4:启动/停止位 D2—D0:选择模拟量 000：第0路 001：第1路 … 111：第7路）
优点：软件比较简单
缺点：CPU花大量的时间进行状态查询，CPU效率较低，数据 传送的实时性差，速度较慢 适用场合：
从状态端口读入状 态信息
外设并不总是准备好 对传送速率和效率要求不高
N
外设准备好？
对外设及接口的要求：
Y
从数据端口传送一 个数据
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
1）查询式输入
方法： CPU不查询外设工作状态，与外设速度的匹配通过 在软件上延时完成， 在程序中直接用I/O指令完成与 外设的数据传送。 优点：软件及接口硬件简单
缺点：CPU效率低，只适用于简单外设，适应范围较窄。
2. 查询方式（异步传送方式）
传送数据前先检查外设状态，在状态满足条件时才可传送数据， 否则等待。
2. 端口寻址的输入输出方式 外设端口地址单独编址，与内存分开；CPU有专 门的I/O指令（IN OUT)。 不同外设端口地址不同；一个外设往往由几个端 口地址。（数据、状态、控制）
优点：不占用内存空间；专用的I/O指令，效率高。 缺点：必须用IO#/M区分内存和I/O设备。
7.1.2
CPU与I/O设备之间的接口信息
2) 查询式输出
查询部分的程序为：
POLL: IN TEST JNE MOV OUT AL，STATUS_PORT AL，80H POLL AL，STORE DATA_PORT，AL ；从状态端口输入状态信息
；检查BUSY位 ；BUSY则循环等待 ；否则，从缓冲区取数据 ；从数据端口输出
STATUS_PORT是状态端口的符号地址；
如：某一外设，当其为CPU准备好 数据后，状态端口（2H)的D7位为 1；当数据未准备好时，该位为0。 WAIT: IN AL，2H TEST AL，80H JZ WAIT IN AL,PORT ；未准备好，CPU继续查询; 若准备好，CPU可读入数据
0
1 0 1
1 1
0
1 1 0
查询式输入接口电路
START: MOV LEA AGAIN： MOV AND OUT CALL MOV OUT POLL： IN SHR JNC IN STOSB INC JNE
DL，0F8H DI，DSTOR AL，DL AL，0EFH 4，AL DELAY AL，DL 4，AL AL，2 AL，1 POLL AL，3 DL AGAIN