微機原理7第六章.ppt

1. 假設(shè) (AL)= 73H, (DX)=21CH, (端口21CH)= 95H,執(zhí)行 MOV DX, 21CH,作業(yè): 6-3, 6-6, 6-10,IN AL, DX,(1) 根據(jù)8088CPU在最小模式下的I/O、存儲器讀/寫時序，,描述執(zhí)行IN指令時8088CPU有關(guān)引腳的具體變化過程。,(2) 根據(jù)IBM PC/XT總線的I/O讀、寫周期時序，,描述執(zhí)行 IN指令時， IBM PC/XT總線上有關(guān)引腳的具體過程,如果執(zhí)行的是 MOV DX, 21CH,OUT DX, AL,有關(guān)引腳的具體變化過程?,編寫程序，采用無條件傳送方式，從端口256h,讀入100h個字節(jié)數(shù)據(jù),3. 某I/O接口的狀態(tài)寄存器D0位存放外設(shè)BUSY的,狀態(tài), 其地址為2A3h,D0=1表示外設(shè)忙; 該接口的數(shù)據(jù)寄存器的地址為,2A1h。編寫程序，,用查詢方式將data為首地址的100個內(nèi)存單元內(nèi)容,從該I/O接口輸出。,復(fù)習(xí)：,P212P224, P236P239（第二版）,預(yù)習(xí)：,P223P236, P239P247 （第二版）,1、接口和接口技術(shù),外設(shè)是用來實現(xiàn)人機交互的一些機電設(shè)備。 外設(shè)處理信息的類型、速度、通信方式與CPU不匹配, 不能直接掛在總線上，必須通過接口和系統(tǒng)相連,2、為什么要用接口電路？,二、接口電路的典型結(jié)構(gòu),從編程角度看，接口內(nèi)部主要包括一個或多個 CPU可以進行讀/寫操作的寄存器，又稱為I/O端口。 各I/O端口由端口地址區(qū)分。,按存放信息的不同，I/O端口可分為三種類型 數(shù)據(jù)端口：用于存放CPU與外設(shè)間傳送的數(shù)據(jù)信息 狀態(tài)端口：用于暫存外設(shè)的狀態(tài)信息 控制端口：用于存放CPU對外設(shè)或接口的控制信息， 控制外設(shè)或接口的工作方式。,1001 0101 (狀態(tài)端口),0110 1010 (數(shù)據(jù)端口),1100 0110 (控制端口),地址 譯碼,數(shù)據(jù) 緩沖,控制 電路,外 設(shè),AB,DB,CB,C P U,CPU對外設(shè)輸入/輸出的控制， 是通過對接口電路中各I/O端口的讀/寫操作完成。,特點： 端口與存儲器分別獨立編址 端口不占用內(nèi)存空間 設(shè)有專門的 I/O指令對端口進行讀寫， 對內(nèi)存操作的指令不能用于I/O端口,1、端口與存儲器分別獨立編址 （I/O映射方式）,例 MOV 10H , AL 對內(nèi)存操作 IN 10H, AL 對端口操作,2、端口與存儲器統(tǒng)一編址 （存儲器映射方式）,特點: I/O端口相當于內(nèi)存的一部分, 使內(nèi)存容量減小 對I/O端口的讀/寫與對存儲器的讀/寫相同， 所有可對內(nèi)存操作的指令對I/O端口均可使用， 指令系統(tǒng)中不專設(shè)I/O指令。,可尋址220= 1M個內(nèi)存單元 內(nèi)存范圍00000 FFFFFh 內(nèi)存單元的地址有5種尋址 可尋址216= 64 K個I/O端口 I/O端口范圍0000 FFFFH I/O端口的地址由 一個8位二進制數(shù)直接尋址 或DX寄存器間接尋址,例 (1) IN AL，28H 若 (28H端口) = 1010 1111B 執(zhí)行后 (AL) = (28H端口) = 0AFH (2) IN AX，28H 若 (28H端口)= 1010 1111B (29H端口)= 0101 0000B 執(zhí)行后 (AL) = (28H端口) = 0AFH (AH) = (29H端口) = 50H (3) MOV DX， 300H IN AL，DX 若 (300H端口)= 69H 執(zhí)行后 (AL) = (300H端口) = 69H,（2）端口地址可由直接方式或間接方式給出,當端口號在0FFH，即0255時， 可在指令中直接指定端口號 例 IN AL, 21H OUT 20H, AL,當端口號在0FFH，即0255時， 可在指令中直接指定端口號，稱長格式指令 當端口號FFH，即255時, 需把端口號放在DX寄存器中，稱短格式指令 原因是使用直接端口方式的指令機器碼相對長 例 指令 機器碼 IN AL, 21H E421 ;兩個字節(jié) OUT 20H, AL E620 IN AL, DX EC ;一個字節(jié) OUT DX, AL EE,(3) 可進行字節(jié)或字傳送 由指令中AL或AX的類型決定,(4) 注意端口地址與端口內(nèi)容的區(qū)別 IN AL, 21H 不等于(AL) 21H OUT DX, AL 不等于 (DX) (AL),IN AL, 20H ;字節(jié)傳送 IN AX, 20H ;字傳送 IN AL, DX ;字節(jié)傳送 IN AX, DX ;字傳送,OUT 20H, AL ;字節(jié)傳送 OUT 20H, AX ;字傳送 OUT DX, AL ;字節(jié)傳送 OUT DX, AX ;字傳送,3. 輸入/輸出指令時序, 8088CPU最小模式下, I/O端口寫周期時序,IBM PC/XT 總線上I/O端口讀周期 當CPU 執(zhí)行 IN 指令時，進入I/O端口讀周期, 從指定的端口讀入數(shù)據(jù)到CPU中。,I/O端口讀周期時序,例 假設(shè) 端口218H的內(nèi)容為7BH MOV DX，218H IN AL, DX,IBM PC/XT 總線上I/O端口寫周期 當CPU 執(zhí)行 OUT 指令時，進入I/O端口寫周期, 將數(shù)據(jù)寫入指定的端口。,I/O端口寫周期時序,例 假設(shè) (AL) = 92H MOV DX，319H OUT DX，AL,1、譯碼電路的作用,將CPU執(zhí)行IN/OUT指令發(fā)出的地址信號, “翻譯”成欲操作端口的選通信號，解決存儲器、I/O設(shè)備與CPU連接時地址總線失配問題。 此信號常作為接口內(nèi)三態(tài)門或鎖存器的控制信號， 接通或斷開接口數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)的連接。,IN指令時序,OUT指令時序,該電路在CPU執(zhí)行指令 MOV DX, 200H IN AL, DX 將輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)讀入CPU內(nèi)AL中,圖中譯碼電路的作用： 只當A15A0上出現(xiàn)200H時， （即0000 0010 0000 0000B） 輸出0，其他輸出1。,例 一個輸入設(shè)備的簡 單 接 口 電 路,該電路在CPU執(zhí)行指令 MOV DX, 300H OUT DX, AL 將CPU內(nèi)AL中的數(shù)據(jù)送至輸出設(shè)備,圖中譯碼電路的作用： 只當A15A0上出現(xiàn)300H時， （即0000 0011 0000 0000B） 輸出0，其他輸出1。,219H 21AH 21BH 21CH 21DH 21EH 21FH,218H,74LS138 3-8譯碼器,A Y0 B Y1 C Y2 G1 Y3 Y4 G2A Y5 Y6 G2B Y7,0 1 1 0 0 0 0 1 0 0,&,&,端 口 譯碼電路,A0 A1 A2 AEN A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 IOR IOW,PC 總 線,74LS138 3-8譯碼器,218H,A Y0 B Y1 C Y2 G1 Y3 Y4 G2A Y5 Y6 G2B Y7,0 1 1 0 0 0 0 1 0 0,&,&,端 口 譯碼電路,A2 A1 A0 AEN A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 IOR IOW,PC 總 線,218H 21CH 21AH 21EH 219H 21DH 21BH 21FH,概述 1。無條件傳送（CPU與外設(shè)同步工作）： 外部控制過程各種動作時間是固定的，而且是已知的。 2。查詢方式（CPU與外設(shè)不同步工作）： 傳送前，先查詢外設(shè)狀態(tài)，準備好才傳送，否則CPU處于等待狀態(tài)。 3。中斷方式： 外設(shè)與CPU處于并行工作，一旦外設(shè)準備好，外設(shè)向CPU發(fā)中斷申請，條件具備，CPU暫停原程序執(zhí)行，響應(yīng)中斷，外設(shè)與CPU串行工作。 4。DMA方式（高速I/O及成組交換數(shù)據(jù)）： CPU不干予，由硬件實現(xiàn)存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)，稱直接存取存儲器。,例2 無條件輸出 : 編程控制系統(tǒng)板上揚聲器發(fā)聲。,查詢傳送方式，編程流程：,查詢方式輸入接口, 參看教材圖6-10,使用中斷方式時: 外設(shè)準備數(shù)據(jù)，CPU執(zhí)行程序, CPU與外設(shè)并行工作； 一旦外設(shè)準備就緒，外設(shè)向CPU發(fā)中斷申請， CPU暫停原程序執(zhí)行，響應(yīng)中斷，進行數(shù)據(jù)傳輸。此時，CPU與外設(shè)是串行工作。,中斷方式 輸入接口:,某位未屏蔽， 中斷屏蔽觸發(fā)器 置0，Q=0,（1）當外設(shè)數(shù)據(jù)準備好，外設(shè)向接口電路發(fā)出選通信號: 將數(shù)據(jù)打入鎖存器；同時將中斷請求觸發(fā)器置“1”， （2）若此時,中斷請求屏蔽觸發(fā)器置“0”, =1，Q=0， 允許本接口發(fā)出中斷, 接口電路向CPU發(fā)出中斷請求信號INTR=1； （3）CPU在運行程序時不斷訪問INTR，若查到INTR=1信號， 且CPU內(nèi)部中斷允許標志IF=1， 則CPU在現(xiàn)行指令執(zhí)行完后， 暫停程序的執(zhí)行，向接口電路發(fā)出中斷響應(yīng)信號 。 （4）外設(shè)把中斷類型號送上數(shù)據(jù)總線； （4N）=（IP），（4 （N+2）=（CS） （5）CPU轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，執(zhí)行IN指令，讀入數(shù)據(jù)； 清除中斷請求標志。當中斷處理完后，返回原程序。,DMA傳送方式的特點 1. 外設(shè)和內(nèi)存之間，直接進行數(shù)據(jù)傳送， 不通過CPU, 傳送效率高。 適用于在內(nèi)存與高速外設(shè)、 或兩個高速外設(shè)之間進行大批量數(shù)據(jù)傳送。 2. 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬件開銷較大。,接收接口往DMA控制器發(fā)出DMA請求信號后， DMA控制器能向CPU發(fā)出總線請求信號HOLD(高電平)。 當CPU向DMA發(fā)出響應(yīng)信號HLDA(高電平)以后， DMA能接管對總線的控制，進入DMA方式。 能向地址總線發(fā)出內(nèi)存地址信息， 對其進行尋址及修改地址指針。 能向存儲器或外設(shè)發(fā) ， 命令。 能決定傳送字節(jié)數(shù)，并判斷DMA傳送是否結(jié)束。 DMA過程結(jié)束，能向CPU發(fā)出DMA結(jié)束信號，HOLD變低,將總線控制權(quán)還給CPU，CPU恢復(fù)正常工作。,DMA控制器功能,DMA控制器工作原理,當外設(shè)輸入數(shù)據(jù)準備好，外設(shè)向DMA發(fā)出一個選通信號， 將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)端口；向DMA發(fā)出請求。 DMA控制器向CPU發(fā)出總線請求信號(HOLD）高電平。 CPU在現(xiàn)行總線周期結(jié)束后響應(yīng)， 向DMA發(fā)出響應(yīng)信號(HLDA）高電平； CPU放棄對總線控制，DMA控制器接管三態(tài)總線， 接口將數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，并撤消DMA請求； 內(nèi)存收到數(shù)據(jù)以后，給DMA一個回答，于是DMA修改地址指針， 改變傳送字節(jié)數(shù)。檢查傳送是否結(jié)束。沒有結(jié)束， 下次接口準備好數(shù)據(jù)， 再進行一次新的傳輸； 當計數(shù)值計為0，DMA傳輸過程便告結(jié)束。 DMA控制器撤消總線請求(HOLD變低)，在下一個時鐘周期上升沿使總線響 應(yīng)HLDA變低，DMA釋放總線，CPU取得總線控制權(quán)。,DMA控制器工作原理（續(xù)）,DMA控制器工作原理（續(xù)）,用DMA方式進行輸出過程與輸入過程類似， 只是在DMA控制器發(fā)出回答信號后 接著發(fā)出的是IO寫信號和存儲器讀信號， 數(shù)據(jù)傳送方向與輸入相反而已。,DMA控制器工作原理（續(xù)）,一、接口技術(shù)的現(xiàn)狀,1用簡單的邏輯電路 2用可編程集成接口芯片 3用多功能的芯片組 4. ?,簡單的邏輯電路：,簡單的邏輯電路：,簡單的邏輯電路：,簡單的邏輯電路：,2. 用可編程集成接口芯片,將完成某一功能的接口電路集成在一個芯片上， 通過對接口芯片編程，設(shè)置接口芯片的工作狀態(tài)。 特點： 1. 體積小、功能強、可靠性高 2. 通常是專門為配合微機系統(tǒng)中的各種適配器設(shè)計， 不必增加或增加很少的電路，就可直接與總線連接， 使用方便。 3. 應(yīng)用時，應(yīng)掌握芯片的工作原理、外部特性、編程方法。,接口芯片舉例： 并行接口芯片 8255A、8155A、Z80-PIO 串行接口芯片 8251A、8250、Z80-SIO 定時/計數(shù)器 8253、8254、Z80-CTC 中斷控制器 8259A DMA控制器 8237A、Z80-DMA 鍵盤控制器 8279 CRT控制器 8275、6845 硬盤控制器 6843 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809,1. 了解外設(shè)工作原理，明確接口功能，選擇接口芯片,二、注意事項,