计算机和外设的数据传输

1、计算机和外设的数据传输精选ppt本章重点难点：1.接口的功能2.CPU和外设之间的数据传输方式中断方式和DMA方式精选ppt本章需掌握的内容：1.外部设备为什么通过接口电路和主机总线相连？2.CPU和输入输出设备之间有几类信号？3.接口和端口的区别？4.接口的功能？5.CPU和外设之间的数据传输方式程序方式、中断方式、DMA方式的简单工作原理精选ppt一、接口的根本概念u接口：CPU与外设之间的连接部件u分类：u使CPU正常工作的辅助电路u提供时钟信号：8253/8254u接收中断请求：8259Au输入/输出接口电路u完成CPU与外设之间的信息传送u例如键盘、显示器、磁盘及打印机等精选ppt存储器存储器 ROM存储器存储器 RAM微处微处理器理器CPU I/O接口接口 I/O设备设备ABDBCB一、接口的根本概念u存储器与总线直接相连的原因u品种(ROMRAM)和功能(保存信息)单一u存取速度根本与CPU的工作速度匹配精选ppt一、接口的根本概念u外设通过接口与总线相连的必要性：u种类繁多：输入设备/输出设备/输入输出设备u传输信息多种多样：数字量/模拟量u信息传输方式不同：串行数据/

2、并行数据uCPU与外设的速度不匹配问题：u利用接口提供缓冲与联络u多个外设共享总线：u同一时刻，只有一个外设与CPU传送信息精选ppt一、接口的根本概念u接口的根本组成：假设干端口+控制逻辑端口控制逻辑数据口控制口状态口精选ppt二、CPU与I/O设备之间的接口信息u数据信息u数字量：二进制数据和ASCII码字符u模拟量：温度、压力和流量等，需要经过A/D转换输入计算机u开关量：2态信息，只需用1位2进制数表示u状态信息外设CPUuReady：提示输入设备是否准备好数据uBusy：提示输出设备是否空闲，已经准备好接收数据u控制信息CPU外设u控制输入输出设备的操作：如外设的启动/停止信号精选ppt三、端口的根本概念u端口：接口电路中的一个/一组可通过输入输出指令进行读/写操作的存放器uCPU通过接口中不同端口传送不同信息u每个端口在I/O地址空间中都有唯一的地址u端口分类：u数据端口：暂存来自/送往CPU的数据u状态端口：存放外设/接口部件本身的状态信息u控制端口：存CPU发出的控制接口/外设的命令精选ppt三、端口的根本概念u端口组成以双向工作接口芯片为例：u数据输入口u数据输出口u

3、状态端口u控制端口u其中：数据输入口 状态口 数据输出口 控制口“只写”口“只读”口精选ppt三、端口的根本概念u端口组成以双向工作接口芯片为例：u系统为了节省地址空间，一般：u分配给数据输入口和数据输出口一个地址u分配给状态端口和控制端口一个地址u当对一个端口进行读/写操作时，实际是对不同的端口存放器进行操作精选ppt四、简单I/O接口框图数据口状态口控制口译码电路外 部 设 备CPUDBABCB状态信号控制信号数据信号u假设实现接口电路功能，还需有一些控制逻辑u地址译码电路u中断控制逻辑u过失检测逻辑精选ppt五、I/O接口编址方式u与存储器统一编址uI/O接口中的端口存放器与内存单元统一编址，共享同1个地址空间。u优点：操作方式灵活，不用专门的I/O指令u缺点：需占用局部内存的地址空间。uI/O 端口单独编址u有独立的I/O地址空间，使用专用I/O指令访问该区域uI/O 与内存分时共享1组地址总线。u优点：不占用内存的地址空间；u缺点：需使用专门的I/O指令，寻址方式简单，编程灵活性稍差。uIntel系列微处理器使用后一种I/O端口编址方式精选ppt六、接口的功能u寻址功能u识别

4、M/IO#，片选信号和端口地址u输入/输出功能u识别W/R#u输入：将数据/状态信息送上数据总线u输出：从数据总线接收CPU的数据/控制信息u数据转换功能u将CPU送出的并行数据转换成外设的数据格式u将外设输入的信息转换成CPU的并行数据精选ppt六、接口的功能u联络功能u发就绪信号，通知CPU数据传输已完成u中断管理功能中断控制器的接口u能发送中断请求和接收中断响应信号u能向CPU发送中断类型号u优先级管理u复位功能u能接收复位信号u使接口及所连设备重新启动精选ppt六、接口的功能u可编程功能u设置工作方式u设置控制信号u错误检测功能u检测传输错误u利用奇/偶校验位检测数据传输错误u利用程序检测状态存放器的内容u检测覆盖错误u输入：CPU还没取走数据，该数据被另一数据覆盖u输出：外设还没取走输出缓冲器的数据，CPU又送出一数据将其覆盖精选ppt七、接口与系统的连接精选ppt七、接口与系统的连接u与外部设备相连：因设备不同差异很大u与总线相连：各设备连接类似u总线收发器和逻辑电路u例如：能接收CPU的W/R#信号，确定数据传输方向u地址译码器u将M/IO#和地址总线信号转换为对接口的片

5、选信号u端口存放器u用W/R#和12位低位地址线对端口存放器寻址精选ppt七、接口与系统连接应用举例u用读信号、写信号和地址A0区分4个存放器精选ppt八、CPU与外设数据传送方式u程序方式u无条件传送u查询式传送u中断传送方式u存储器直接存取(DMA)方式精选ppt无条件传送u功能：CPU与外设直接进行数据传送u条件：外设处于就绪状态u例：开关；七段显示管uCPU执行输入指令时uM/IO#和RD#低，选通输入缓冲器，将其中的数据通过数据总线送CPUuCPU执行输出指令时uM/IO#和WR#低，选通接口的输出锁存器，CPU将数据通过数据总线送输出锁存器精选ppt查询式传输条件传送u功能：CPU通过执行程序不断读取并测试外设状态u如外设处于准备好状态输入设备u或外设处于空闲状态输出设备u那么CPU通过输入/输出指令与外设传送数据u查询式传输过程的三个环节uCPU从接口中读取状态字uCPU检测状态字对应位，判断外设是否“就绪。假设未“就绪，回到u如状态字说明外设已“就绪，那么传送数据精选ppt查询式输入u输入设备在数据准备好后向接口发选通信号u作用1：将外设的数据送接口锁存器u作用2：使接

6、口D触发器置1，从而使三态缓冲器READY位置1uCPU取状态字，检查数据是否已经进入接口锁存器u假设数据准备就绪，执行输入指令读数据u将状态位清0，以便开始下一个数据的传输过程精选ppt查询式输入uCPU先输入状态信息“Readyu状态信息用1位二进制数表示，不同外设的状态信息可共享1个端口D7LOP:IN AL,STATUS_PORT TEST AL,80H JE LOP ;未准备好 IN AL,DATA_PORT ;准备好,输入数据NYREADY输入状态信息输入数据精选ppt查询式输出uCPU执行输出指令时，由M/IO#和WR#产生选通信号u作用1：将数据总线上的数据送接口的数据锁存器u作用2：使接口D触发器置1uD触发器输出的信号为外设提供联络信号，通知数据已到接口uD触发器使状态存放器的BUSY位置1，阻止CPU输出新数据u输出设备取走数据后，发应答信号ACK#将D触发器清0，使状态存放器的BUSY位置0，以便开始下一输出过程精选ppt查询式输出uCPU需先检测外设发出的状态信息BUSY=0D7LOP:IN AL,STATUS_PORT TEST AL,80H JNE LOP

7、 ;外设正忙 MOV AL,STORE ;可以输出数据 OUT DATA_PORT,AL;从数据口输出YNBUSY输入状态信息输出数据精选ppt查询式传输应用举例u从键盘向内存缓冲区输入1行字符，输入回车符(0DH)或字符行超过80个字符时结束输入，并自动加1个换行符(0AH)。u假设在输入的81个字符中未见回车符，那么显示输出信息“BUFFER OVERFLOW。u对键盘输入的ASCII码进行偶校验，假设出错，显示出错信息；无错，先清校验位D7，再将其送内存缓冲区u数据输入口：52H；数据输出口：54H；状态口：56Hu设状态存放器D1=1时，输入缓冲器已有一字节准备好u设状态存放器D0=1时，输出缓冲器“空闲精选pptDAT SEGMENTMESSAGE DB BUFFER OVERFLOW,0DH,0AHDAT ENDSCOM SEGMENTBUFFER DB 82 DUP(?)；接收缓冲区COUNT DW?；计数器COM ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DAT,ES:COM,CS:CODESTART:MOV AX,DAT MOV DS,AX MOV AX,

8、COM MOV ES,AX ；装入DS，ES 精选ppt MOV DI,OFFSET BUFFER ；目的串指针 MOV COUNT,DI ；保存目的串指针 MOV CX,81 ；字符行长度 CLD ；清方向标志NEXT_IN：IN AL,56H ；读状态字 TEST AL,02H ；测试输入字符 JZ NEXT_IN ；未准备好,再测 IN AL,52H ；输入字符 OR AL,0 ；校验，置PF JPE NO_ERROR ；偶数个1，转移 JMP ERROR ；校验出错NO_ERROR:AND AL,7FH ；去除校验位 STOSB ；AL存入(ES:DI)CMP AL,0DH ；是否输入回车符 LOOPNE NEXT_IN ；不是，再输入 精选ppt JNE OVERFLOW ；字符行超长，转移 MOV AL,0AH STOSB ；换行符存入缓冲区 SUB DI,COUNT ；计算输入的字符数 MOV COUNT,DIOVERFLOW:MOV SI,OFFSET MESSAGE ；SI指向字符串 MOV CX,17 ；MESSAGE的长度NEXT_OUT:IN AL,56H ；读

9、状态字 TEST AL,01H ；测试输出缓冲器空闲 JZ NEXT_OUT ；忙，再测试 LODSB ；(DS:SI)取入AL OUT 54H,AL ；字符送数据输出端口 LOOP NEXT_OUT ；输出下1个字符 精选ppt中断传送方式u是一种使CPU中止正在执行的程序例行程序，转去处理特殊事件中断效劳程序的操作。例行程序第n+1条指令第n条指令断点中断服务程序精选ppt中断方式输入接口的工作原理精选ppt中断方式输入接口的工作原理u输入设备准备好1个数据，发选通信号u数据送输入锁存器；中断请求触发器置1u假设中断屏蔽触发器未屏蔽，Q#=1，发INT#u假设IF=1，CPU在执行完当前指令后从INTA#向接口发中断响应信号u接口收到INTA#后，将中断类型号送数据总线uCPU根据中断向量确定中断处理程序入口地址uCPU执行中断处理程序精选ppt可屏蔽中断的响应和执行精选ppt中断优先级问题的解决精选ppt中断优先级u作用：解决系统中同时有多个设备以中断方式与CPU传输数据的问题u接口部件：可编程的中断控制器u中断排优及响应过程uCPU通过INTR和INTA#引线与中断控制器相连u

10、输入输出接口的中断请求信号并行送至中断优先级管理电路u中断优先级管理电路为各级中断请求信号分配优先级精选ppt中断优先级u确定优先级最高的中断请求后，将中断类型存放器低3位对应中断请求序号送中断效劳存放器u中断控制器向CPU发中断请求，假设IF=1，CPU发中断响应信号INTA#u中断控制器将中断类型号送CPUu说明：u上述过程中，优先级较低的中断请求受到阻塞u中断处理完成，中断效劳存放器对应位清0后，优先级较低的中断请求才有可能得到响应精选pptCPU内存内存外设外设数据通道数据通道数据通道数据通道非非DMA方式方式(包括程序控制方式和中断方式包括程序控制方式和中断方式)DMA方式方式DMAC内存内存外设外设数据通道数据通道DMA方式u存储器直接存取(Direct Memory Access，DMA)方式uDMA接管总线，直接在内存和外设之间传送数据精选pptDMA控制器的功能u接到外设DMA请求时向CPU发总线请求信号HOLDuCPU发总线请求响应信号HLDA，DMA接管总线uDMA将地址送地址总线，设置存储器地址指针u在DMA传送期间能发读/写控制信号u能设置需传送的字节数，传送

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