第五章数字量输入输出5.1概述5.1.1接口的必要性和接口的功能5.1.2CPU与外设之间交换信息的种类5.1.3接口的构成5.1.4I/O端口的编址方式5.1.5CPU与外设之间的信息交换的控制方式5.1.1接口的必要性和接口的功能(1)信号的形式变换(2)电平转换和放大(3)锁存及缓冲(4)I/O定向(地址译码)(5)并行及串行数据的转换(1)输入设备的I/O接口要起到三态门的作用在总线结构的微机系统中,任一时刻只能有一个设备利用总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过三态门与系统相连.(2)输出设备的I/O接口要起到锁存的作用在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据以广播的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传送数据,总线上的数据变化快,如何使慢速设备有足够的时间处理数据?CPU5.1.2CPU与外设之间交换信息的种类5.1.3接口的构成简单输入接口举例(P247)简单输出接口举例(P247)5.1.4I/O端口的编址方式5.1.5CPU与外设之间的信息交换的控制方式1、直接传送方式指CPU在需要和数据端口进行传送时,直接对其执行I/O指令(先要确保外设准备好否则传送失败).2、查询传送方式传送前,先查询外设状态,准备好才传送,否则CPU处于等待状态.3、中断传送方式外设与CPU处于并行工作,一旦外设准备好,外设向CPU发中断申请,条件具备,CPU暂停原程序执行,响应中断,外设与CPU串行工作.4、DMA传送方式CPU不干予,由硬件实现存储器与外设之间交换数据,称直接存取存储器.1、直接传送方式简单输入接口举例MOVDX,219HOUTDX,AL2、查询传送方式例子查询方式输入从21CH状态端口读入外设状态信息……MOVAX,SEGbuffer;取缓冲区首地址MOVDS,AXLEADI,bufferMOVCX,50H;传送个数next:MOVDX,21CHask：INAL,DX;从状态端口读入状态信息TESTAL,00010000B;检测D4位JZask;D4=0,继续查询MOVDX,218HINAL,DX;从数据端口读入数据MOV[DI],AL;送缓冲区INCDI;修改缓冲区指针LOOPnext;传送下一个………实现方法:当某个外设需与CPU交换数据并已做好了准备时,就通过硬件电路向CPU发出可屏蔽中断申请,在CPU允许中断的情况下(IF=1),CPU在执行完当前指令后,可立即响应外设的中断请求,进行一次数据交换.然后,又返回原来的程序,去执行断点处的下一条指令.特点:(1)中断方式传送是由I/O设备主动请求发起的,免除了CPU重复的查询工作,提高了效率,CPU对I/O设备的请求也响应较快,因此中断方式得到广泛的应用.(2)响应过程将花费CPU时间,影响程序运行速度.响应后数据的传送还是依靠CPU执行中断服务程序来完成,其速度仍受到软件的限制.4、DMA传送方式实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器(DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打断的指令.DMA传送方式的特点:(1)外设和内存之间,直接进行数据传送,不通过CPU,传送效率高.适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间进行大批量数据传送.(2)电路结构复杂,硬件开销较大.四种传送方式的比较5.2系统总线及接口(接口与系统的连接)5.2.1总线概述5.2.2系统总线标准IBMPC/XT总线插槽引脚信号IBMPC/XT总线插槽引脚信号2、总线周期最大模式下存储器读总线周期最大模式下存储器写总线周期IBMPC/XT总线上I/O端口的读、写周期与读、写存储器的过程相似,不同之处:(1)IOR*、IOW*变低,CPU操作I/O端口.(2)端口的地址信号出现在A15~A0上,不用A19~A16.(3)增加了一个TW等待周期.D7~D0最大模式下I/O端口写总线周期5.3中断控制系统5.3.1中断的基本概念1、中断源的分类内部中断和外部中断2、中断的优先级多个中断源同时申请时:当发生多个中断源同时申请中断的情况时,CPU按各中断源的优先级顺序,先处理优先级高的中断源的中断服务程序,后处理优先级低的中断源的中断申请.中断嵌套:微机系统允许中断级别高的中断源打断正在执行的中断优先级低的中断的服务程序,先执行中断级别高的中断源的服