2019/11/18 5.1概述 微机技术与仪器系统设计 5.11/0信号的形式 5.1.2/0接口 第五章数字量输入输出 5.1.3I/0编址 5.1.41/0控制方式 5.1.1/0信号的形式 5.1.2/0接口 号70接口是位子系航与外慢间、用来协功完减锁扬传适 开关量 和拉削任务的泛辨电路 克整的/0接口不收包括接口的电路，还包指接口电路 数字量 的管理驱动狂序 P心机纯板的可躺在接口芯片、1/0慈战撞的电路板 脉冲量 (造配得)都是楼口电路 模拟量 口 -1/0 CPU 设备
2019/11/18 1 微机技术与仪器系统设计 第五章 数字量输入输出 1 • 5.1.1 I/O信号的形式 • 5.1.2 I/O接口 • 5.1.3 I/O编址 • 5.1.4 I/O控制方式 5.1 概述 5.1.1 I/O信号的形式 • 开关量 • 数字量 • 脉冲量 • 模拟量 • I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送 和控制任务的逻辑电路 • 完整的I/O接口不仅包括接口的电路，还包括接口电路 的管理驱动程序 • PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板 （适配器）都是接口电路 •CPU •接口 •电路 •I/O •设备 5.1.2 I/O接口 1 2 3 4
2019/11/18 I/O的内容分类 I/O接口的构成 地 许码 0端口1 ·/O接口传送的信患种类 (状态端口) DB /0瑞口2 ·数据信息 冲 致抵端口) ·状态信息 I0瑞口3 ·拉制信息 ·盛巴：信息传情的通道，是构成/O的基本单元 -/0 -CPU ◆浸 端口的分类 电蹈 设备 数据端口 状态端口 拉制端口 5.1.31/0接口的编址 、 (2)1/0端口与存储器统一编址 )1/0端口单独编址 *FFFFF ·特点： FFFF可 1.1/0端口相当于内存的一部分， ·1.端口与存储器分别独立编址，端 内存 口不占用内存空间 内存 使内存容量减小 2.对1/0端口的读/写与对存储 ·部分 2.设有专门的1/0指全对端口进行 FFFFI/O 空间 存伸是空间 器的读/写湘周，所有可对内存 读写，内存操作的指令不能用于1/0 0空间 操作的指令对1/0端口灼可使用 端口 I/o 3.抛令系统中不专设1/0抛今 部分 -00000 80x86采用/0端口独立编址 ·51系列单片机采用统一编址 2
2019/11/18 2 I/O的内容分类 • I/O接口传送的信息种类 • 数据信息 • 状态信息 • 控制信息 •CPU •接口 •电路 •I/O •设备 I/O接口的构成 • 端口：信息传输的通道，是构成I/O的基本单元 • 端口的分类 数据端口 状态端口 控制端口 ⑴ I/O端口单独编址 • 特点： • 1.端口与存储器分别独立编址，端 口不占用内存空间 • 2.设有专门的 I/O指令对端口进行 读写，内存操作的指令不能用于I/O 端口 •内存 •空间 •I/O •空间 •FFFFF •0 •FFFF •80x86采用I/O端口独立编址 •5.1.3 I/O接口的编址 （2）I/O端口与存储器统一编址 特点： 1.I/O端口相当于内存的一部分, 使内存容量减小 2.对I/O端口的读/写与对存储 器的读/写相同，所有可对内存 操作的指令对I/O端口均可使用 3.指令系统中不专设I/O指令 •内存 •部分 •I/O •部分 •存储器空间 •00000 •FFFFF •51系列单片机采用统一编址 5 6 7 8
2019/11/18 意净5.1.31/0接口的编址 存情馨映象偏址 1/0草妆蝙址 5.1.41/0控制方式 属性 1/0端口与存情器统一址 单款墙址 如何发起和完成一次传送 0851系列 80X86 ·直接传送方式 特优燕： ： ·查询方式 不高要专门的0溜令 /0端口的地址空闲妆立 /0数据存取与存储器数括存 样灵活 拉制和地址评吗电路相对时筒草 ·中断方式 专门的1/0潮个使和序清晰品读 1/0端口要占去部分存储器地 ·直接存储器访问方式(DMA) 址变间 1/0抛今没有存储要靴冷平富 序不品阅读（不马分清访存 和诗问外 10 直接传送方式 沙、 查询方式 在CPU与慢地变化的设备变换散择时，可以认为它们总是处 CPU需要先了部（查询）外设的工作状态，然后在外 于“就情”快志，随时可以进杆数蒂传进，这就是无泰件 设可以交提信惠的情况下（就情）卖现数择输入或 传适，或称直楼传进、同步传送 输出 道合于简单设备，如LD数码管、接能成妆知如普 无泰件传延的楼口和操作均十分简单 ·对多个外设的情况，则©PU按一定瓶序依次查询（轮 动)。先查询的外设将化先进行散据交换 这种传送有前授：外泛必须威时就蜡 12 3
2019/11/18 3 存储器映象编址 I/O单独编址 属 性 I/O端口与存储器统一编址 单独编址 应 用 MCS51系列 80X86 特 点 优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数据存 取一样灵活 缺点： I/O端口要占去部分存储器地 址空间 程序不易阅读（不易分清访存 和访问外设） 优点： I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富 •5.1.3 I/O接口的编址 5.1.4 I/O 控制方式 • 直接传送方式 • 查询方式 • 中断方式 • 直接存储器访问方式（DMA） ——如何发起和完成一次传送 直接传送方式 • 在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处 于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件 传送，或称直接传送、同步传送 • 适合于简单设备，如LED数码管、按键或按纽等 • 无条件传送的接口和操作均十分简单 • 这种传送有前提：外设必须随时就绪 查询方式 • CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外 设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或 输出 • 对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮 询）。先查询的外设将优先进行数据交换 9 10 11 12
2019/11/18 查询传送的两个环节 查询输入接口 输入状态 仙)查询环节 一寻址状态口 mov dx.8000h:DX指向状态端口 N 就绪？ status:in al,dx ：读状态端口 一读取状志寄存罪的标志位 TY test al,01h :测试标志位D0 一若不就墙就娘续查询，直亚就情 ②以传递环节 数据交换 jz status :D0=0,未就绪，继续查询 incdx :D0=1,就绪，DX指向数据端口 一寻址数振口 in al.dx 从数据端口输入数据 一是输入，通过情入指令从数据端口读入数据 一是输出，通过输出湘令南数据端口输出数据 3.中断传送方式 主程序 注意： ,中断服务程序 中嘶传送是一种效率更高的程序传送方式 ,CPU在执行接序中，被内部 ·对外设 进行传送的中断服务程序是顶先设计好的 成外亦的率件所打嘶，黄去 进行处理 ·中断请求是外设随机向CPU提出的 执行一段预先变排好的中所 ·CPU对请求的检测是有规獐的：一鞭是在每条指个 服务程序；服务站来后，又 返回断点 的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 运园原来的前点，感续执行 原来的覆序 16 4
2019/11/18 4 查询传送的两个环节 ⑴ 查询环节 –寻址状态口 –读取状态寄存器的标志位 –若不就绪就继续查询，直至就绪 ⑵ 传送环节 –寻址数据口 –是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 –是输出，通过输出指令向数据端口输出数据 •输入状态 •就绪？ •数据交换•Y •N 查询输入接口 mov dx,8000h ；DX指向状态端口 status: in al,dx ；读状态端口 test al,01h ；测试标志位D0 jz status ；D0＝0，未就绪，继续查询 inc dx ；D0＝1，就绪，DX指向数据端口 in al,dx ；从数据端口输入数据 • 查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率 低 3.中断传送方式 •断点 •主程序 •中断服务程序 •中断请求 •对外设 •进行处理 •继续执行 •返回断点 • CPU在执行程序中，被内部 或外部的事件所打断，转去 执行一段预先安排好的中断 服务程序；服务结束后，又 返回原来的断点，继续执行 原来的程序 • 中断传送是一种效率更高的程序传送方式 • 进行传送的中断服务程序是预先设计好的 • 中断请求是外设随机向CPU提出的 • CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令 的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚 • 注意： 13 14 15 16
2019/11/18 4.直接存储器访问DMA方式 DMA传送的工作过程 ·外设访问存馈器： (作)CPU对DA拉制幕进行和始化设置 外设→CPU-一存情器 外设CPU存德器 2)外设、DAC和CPU三者通过应答信号建立联系： GPU将总线交给DAC控制 ·直接存情器存取DLA: 外设一存储器 (3)DA传送选 外设存储最 一D队读存情器：存储器+外设 ,CPL弄放总线，由DMA控制器管理 -D队写存储是：存储是←外设 4④)自动增减地址和计数，判断传递完成否 传送方式的比较 5.2系统总线与接口 ·无条件传送：慢速外设需与CPU保#同步 ·数据信号的连接 ·查询传遂：简单可靠，效率较低 ·拉制信号的连接(IOR、IOW和AN) 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但 ·地址信号的连接 每次传送需要大量颤外时间开销 ·1/0地址空间采用分片管理的方法 ·DMA传送：DMAC拉制，外设直接和存情器进 芯片地址和片内地址合起来决定工/口空间的物理地址 行数据传送，违合大量、快追数据传送 ·地址译码乘用部分诉码的方法 一表只用A9~A0,共20个物理地址 19 20 5
2019/11/18 5 4. 直接存储器访问DMA方式 • 外设访问存储器： 外设→CPU→存储器 外设←CPU←存储器 • 直接存储器存取DMA： 外设→存储器 外设←存储器 • CPU释放总线，由DMA控制器管理 DMA传送的工作过程 ⑴ CPU对DMA控制器进行初始化设置 ⑵ 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系： CPU将总线交给DMAC控制 ⑶ DMA传送 –DMA读存储器：存储器 → 外设 –DMA写存储器：存储器 ← 外设 ⑷ 自动增减地址和计数，判断传送完成否 传送方式的比较 • 无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步 • 查询传送： 简单可靠，效率较低 • 中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但 每次传送需要大量额外时间开销 • DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进 行数据传送，适合大量、快速数据传送 5.2 系统总线与接口 • 数据信号的连接 • 控制信号的连接（IOR、IOW和AEN） • 地址信号的连接 • I/O地址空间采用分片管理的方法 芯片地址和片内地址合起来决定I/O空间的物理地址 • 地址译码采用部分译码的方法 一般只用A9～A0，共210个物理地址 17 18 19 20