微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

第5章微型計算機和外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁本章重點:接口電路功效接口部件和I/O端口含義CPU和外設(shè)之間三種數(shù)據(jù)傳輸方式、各自優(yōu)缺點和使用場所接口部件和多字節(jié)數(shù)據(jù)總線、地址總線連接微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁第5章微型計算機和外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸5.1為何要用接口電路5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間信號5.3接口部件I/O端口5.4接口功效以及在系統(tǒng)中連接5.5CPU和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送方式微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.1為何要用接口電路（1）接口電路按功效可分為兩類:使微處理器正常工作所需輔助電路輸入輸出接口電路（2）為何要用接口電路?模擬數(shù)字串行并行多個外設(shè)—〉并口速度微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.1為何要用接口電路輸入輸出接口電路是為了處理計算機和外設(shè)之間信息變換和緩沖問題而提出來。接口技術(shù)專門研究CPU和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送方式、接口電路工作原理和使用方法。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間信號CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號:（1）數(shù)據(jù)信息,又分為：數(shù)字量：二進制形式數(shù)據(jù)或以ASCII碼表示數(shù)據(jù)及字符。模擬量：連續(xù)改變物理量。開關(guān)量

（2）狀態(tài)信息反應(yīng)外設(shè)工作狀態(tài)；由外設(shè)經(jīng)過接口送給CPU微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.2CPU和輸入輸出設(shè)備之間信號（3）控制信息

CPU經(jīng)過接口送給外設(shè)；控制外設(shè)工作數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息都經(jīng)過數(shù)據(jù)總線來傳送；數(shù)據(jù)信息放在接口數(shù)據(jù)緩沖器中；控制信息送到接口控制存放器中；狀態(tài)信息放在接口狀態(tài)存放器中；微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.3接口部件I/O端口接口部件中存放器稱為I/O端口。每個端口分配一個端口地址。數(shù)據(jù)端口

狀態(tài)端口

控制端口或命令端口I/O端口兩種編址方式：與存放器統(tǒng)一編址、I/O端口獨立編址。微機系統(tǒng)中通常建立兩個地址空間：內(nèi)存地址空間、I/O地址空間。輸入/輸出指令。

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁圖5-1外設(shè)經(jīng)過接口和系統(tǒng)連接

Cpu對外設(shè)進行輸入輸出操作對接口芯片中各端口進行讀寫操作微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁5.4接口功效以及在系統(tǒng)中連接接口功效

接口與系統(tǒng)連接

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0頁5.4.1接口功效基本功效：在系統(tǒng)總線和I/O設(shè)備之間傳輸信號,提供信號變換和緩沖作用。

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁1.尋址功效識別區(qū)分存放器和I/O信號識別片選信號選擇接口中存放器微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁2.輸入輸出功效依據(jù)讀寫信號判斷傳輸方向傳輸數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)信息微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁3.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功效把CPU并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一些外設(shè)所需串行數(shù)據(jù)；把外設(shè)串行信息轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)送往CPU。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁4.聯(lián)絡(luò)功效當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完后，能發(fā)聯(lián)絡(luò)信號通知CPU。

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5頁5.中止管理功效發(fā)送中止請求和接收中止響應(yīng)發(fā)送中止類型號優(yōu)先級管理功效

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁6.復(fù)位功效能接收復(fù)位信號，使接口本身及所連外設(shè)重新開啟。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?7頁7.可編程功效能夠用軟件使其工作于不一樣方式用軟件來設(shè)置控制信號微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁8.錯誤檢測功效當(dāng)前多數(shù)可編程接口芯片能檢測以下兩類錯誤：傳輸錯誤：接口與設(shè)備之間連線受到各種干擾

采取奇/偶校驗對傳輸錯誤進行檢測

發(fā)覺錯誤后對狀態(tài)存放器中對應(yīng)位置位覆蓋錯誤：輸入時，CPU還沒有從數(shù)據(jù)輸入存放器取走數(shù)據(jù)，輸入存放器又裝上了新數(shù)據(jù)。

發(fā)覺錯誤后對狀態(tài)存放器中對應(yīng)位置位。

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?9頁接口芯片接口電路關(guān)鍵功效常被集成在一塊或數(shù)塊大規(guī)模集成電路芯片中，稱為接口芯片。1）通用接口芯片：并行接口芯片8212、8255，串行接口芯片8250、8251等2）面向微機專用接口芯片：中止控制器8259、DMA控制器8237、定時/計數(shù)器8253/8254等3）面向外設(shè)專用接口芯片：CRT控制器MC6845、鍵盤接口芯片8279等微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0頁5.4.2接口與系統(tǒng)連接接口可分為兩個部分：和I/O設(shè)備相連和系統(tǒng)總線相連

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁經(jīng)典I/O接口和外部連接邏輯電路聯(lián)絡(luò)信號控制信號微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁5.5CPU和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送方式處理定時問題三種傳送方式：程序方式

中止方式

DMA方式

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁5.5.1程序方式程序方式指在程序控制下進行信息傳送。1.無條件傳送方式

適合用于總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)外設(shè)。以下外設(shè)可采取無條件傳送方式：開關(guān)發(fā)光器件(如發(fā)光二極管、7段數(shù)碼管、燈泡等)繼電器步進電機優(yōu)點：軟件及接口硬件簡單缺點：只適合用于簡單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁無條件傳送方式工作原理：微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5頁2.條件傳送方式（查詢方式）

（1）條件傳送概念CPU經(jīng)過執(zhí)行程序不停讀取并測試外設(shè)狀態(tài)，假如外設(shè)處于準(zhǔn)備好狀態(tài)（輸入設(shè)備）或空閑狀態(tài)（輸出設(shè)備），則CPU執(zhí)行輸入指令或輸出指令與外設(shè)交換信息。

（2）條件傳送三個步驟：CPU從接口中讀取狀態(tài)字CPU檢測狀態(tài)字傳送數(shù)據(jù)微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁查詢式輸入接口電路

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?7頁查詢式輸出接口電路

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁舉例：假設(shè)從終端往緩沖區(qū)輸入1個字符行，當(dāng)碰到回車符或者字符行超出80個字符時，輸入結(jié)束，并自動加上1個換行符。假如在輸入81個字符中未見回車符，則在終端上輸出信息“BUFFEROVERFLOW”。字符輸入ASCII碼，第7位用校驗位（偶校驗）。假如校驗犯錯，輸犯錯誤信息。假如沒有犯錯，先去除校驗位，再傳輸?shù)骄彌_區(qū)。假設(shè)接口數(shù)據(jù)輸入端口地址為0052H，數(shù)據(jù)輸出端口地址為0054H，狀態(tài)端口地址為0056H。設(shè)定假如狀態(tài)存放器中第1位為1，則表示輸入緩沖器已經(jīng)有1個字節(jié)準(zhǔn)備好，能夠進行輸入；第0位為1，表示輸出緩沖器已經(jīng)騰空，cpu能夠輸出數(shù)據(jù)。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?9頁程序：DATA_SEGSEGMENTMESSAGEDB‘BUFFEROVERFLOW’,0DH,0AHDATA_SEGENDSCOM_SEGSEGMENTBUFFERDB82DUP(?)COUNTDB?COM_SEGENDS微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0頁程序：CODESEGMNETASSUMEDS:DATA_SEG,ES:COM_SEG,CS:CODESTAT:MOVAX,DATA_SEGMOVDS,AXMOVAX,COM_SEGMOVES,AXMOVDI,OFFSETBUFFERMOVCOUNT,DIMOVCX,81CLD微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁程序：NEXT_IN:

INAL,56HTESTAL,02HJZNEXT_IN

INAL,52HORAL,0JPENO_ERRORJMPERRORNO_ERROR:ANDAL,7FHSTOSBCMPAL,0DHLOOPNENEXT_IN

JNEOVERFLOW

MOVAL,0AHSTOSBSUBDI,COUNTMOVCOUNT,DI…OVERFLOW:MOVSI,OFFSETMESSAGEMOVCX,17NEXT_OUT:INAL,56HTESTAL,01HJZNEXT_OUTLODSBOUT54H,ALLOOPNEXT_OUT…ERROR:…微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁2.條件傳送方式（查詢方式）系統(tǒng)中有多個利用查詢方式實現(xiàn)輸入輸出設(shè)備時：采取輪番查詢方式來檢測接口狀態(tài)位

例：假定一系統(tǒng)有3個輸入設(shè)備

TREE_IN:MOVFLAG,0INPUT:INAL,STAT1TESTAL,20HJZDEV2CALLPROC1CMPFLAG,1JNZINPUTDEV2:INAL,STAT2TESTAL,20HJZDEV3CALLPROC2CMPFLAG,1JNZINPUTDEV3:INAL,STAT3TESTAL,20HJZNO_INPUTCALLPROC3NO_INPUT:CMPFLAG,1JNZINPUT…經(jīng)過標(biāo)志FLAG，使三個設(shè)備優(yōu)先級不一樣微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁2.條件傳送方式（查詢方式）循環(huán)查詢法：設(shè)備處于完全相同優(yōu)先級INTREE:MOVFLAG,0INPUT:INAL,STAT1TESTAL,20HJZDEV2CALLPROC1DEV2:INAL,STAT2TESTAL,20HJZDEV3CALLPROC2DEV3:INAL,STAT3TESTAL,20HJZNO_INPUTCALLPROC3NO_INPUT:CMPFLAG,1JNZINPUT…微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁2.條件傳送方式（查詢方式）適合用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好，而且對傳送速率、傳送效率要求不高場所。對外設(shè)要求：應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息對接口要求：需要提供狀態(tài)端口優(yōu)點：軟件比較簡單。缺點：CPU效率低；數(shù)據(jù)傳送實時性差；速度較慢。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5頁5.5.2中止方式1.中止傳送方式原理CPU無需循環(huán)查詢外設(shè)狀態(tài)，而是外部設(shè)備在需要進行數(shù)據(jù)傳送時才中止CPU正在進行工作，讓CPU來為其服務(wù)。即CPU在沒有外設(shè)請求時能夠去做更主要事情，有請求時才去傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提升了CPU利用率。優(yōu)點：CPU效率高，實時性好，速度快。缺點：程序編制較為復(fù)雜。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?7頁中止方式輸入接口電路：微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁2.中止優(yōu)先級問題處理多個中止源產(chǎn)生中止，CPU首先為誰服務(wù)？ ——中止優(yōu)先級排隊問題。(1)處理中止優(yōu)先級三種方法：軟件查詢方式簡單硬件方式——菊花鏈法專用硬件方式

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?9頁(2)三種方法原理軟件查詢方式：利用帶優(yōu)先級查詢程序優(yōu)點——硬件電路簡單；缺點——轉(zhuǎn)入服務(wù)程序花費時間較長。簡單硬件方式——菊花鏈法：在每個外設(shè)對應(yīng)接口上連接一個邏輯電路，這些邏輯電路組成一個菊花鏈。2.中止優(yōu)先級問題處理微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0頁中止優(yōu)先級菊花鏈及其邏輯電路(a)菊花鏈線路圖

接口在鏈中位置決定了它們優(yōu)先級微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁(b)菊花鏈邏輯電路線路圖微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁專用硬件方式：可編程中止控制器

典型可編程中斷控制器2.中止優(yōu)先級問題處理微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁5.5.3DMA方式1.DMA傳送方式提出前面三種I/O方式都需要CPU作為中介：

外設(shè)CPU內(nèi)存兩個含義：

1）軟件：外設(shè)與內(nèi)存之間數(shù)據(jù)傳送是經(jīng)過CPU執(zhí)行程序來完成（PIO方式）；

2）硬件：I/O接口和存放器讀寫控制信號、地址信號都是由CPU發(fā)出（總線由CPU控制）。缺點：程序執(zhí)行速度限定了傳送最大速度（約為幾十KB/秒）—處理：DMA傳輸

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁1.DMA傳送方式提出DMA傳輸:

外設(shè)

內(nèi)存外設(shè)直接與存放器進行數(shù)據(jù)交換，CPU不再擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸中介者；數(shù)據(jù)傳輸速度基本上取決于外設(shè)和存放器速度；總線由DMA控制器（DMAC）進行控制（CPU要放棄總線控制權(quán)），內(nèi)存/外設(shè)地址和讀寫控制信號均由DMAC提供。優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸由DMA硬件來控制，數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設(shè)之間交換，能夠到達很高傳輸速率（可達幾MB/秒）微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5頁

2.DMA控制器功效和原理DMA控制器功效：

向CPU發(fā)總線請求信號實施對總線控制修改所用存放器或接口地址指針發(fā)讀寫控制信號存放數(shù)據(jù)長度交還總線控制權(quán)5.5.3DMA方式微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁2.DMA控制器功效和原理DMA三種傳輸方式:連續(xù)傳送（塊傳送）DMAC申請到總線后，將一塊數(shù)據(jù)傳送完后才釋放總線。單次傳送（每次傳送一個字節(jié)）每個DMA周期只傳送一個字節(jié)就馬上釋放總線。按需傳送（猝發(fā)傳送）只要I/O接口數(shù)據(jù)緩沖可用，就進行傳送。微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?7頁DMA傳輸數(shù)據(jù)原理微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁DMA控制器內(nèi)部最小配置和接口要求

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?9頁DMA傳輸對接口要求：①控制存放器有1位指出數(shù)據(jù)傳輸方向②控制存放器有1位用來開啟I/O操作③狀態(tài)存放器有1位指出設(shè)備當(dāng)前是否處于忙狀態(tài)微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?0頁DMA傳輸對DMA控制器要求：①控制存放器有1位作為DMA允許位②控制存放器有1位用來確定DMA方向③控制存放器有1位決定進行一次傳輸后放棄還是維持對總線控制權(quán)④狀態(tài)存放器有1位表示數(shù)據(jù)塊傳輸是否結(jié)束微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1頁對DMA控制器和接口部件預(yù)置信息：①往DMA控制器字節(jié)計數(shù)器設(shè)置初值②往DMA控制器地址存放器中設(shè)置地址初值③對DMA控制器設(shè)置控制字并開啟DMA操作④對接口部件設(shè)置控制字并開啟I/O操作

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?2頁開啟數(shù)據(jù)塊輸入舉例INTSTAT接口狀態(tài)存放器INTCON接口控制存放器DMACONDMAC控制存放器BYTE_REG/ADD_REGDMAC字節(jié)計數(shù)器和地址存放器INTSTAT第2位I/O設(shè)備忙位INTCON第0位數(shù)據(jù)傳輸方向INTCON第2位I/O操作允許位DMACON第0位傳輸方向控制位DMACON第3位DMA控制器允許位DMACON第6位放棄總線控制權(quán)位微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁開啟數(shù)據(jù)塊輸入初始化程序IDLE:INAL,INTSTAT

;檢測設(shè)備是否處于忙狀態(tài)

TESTAL,04

JNZIDLE

MOVAX,COUNT

;設(shè)置計數(shù)

OUTBYTE_REG,AX

LEAAX,BUFFER

;設(shè)置地址初值

OUTADD_REG,AX

INAL,DMACON

;取原DMA控制字

ORAL,49H

;設(shè)置方向、塊傳輸和允許標(biāo)志

OUTDMACON,AL

;置DMA控制字

INAL,INTCON

;設(shè)置接口傳輸方向及允許標(biāo)志

ORAL,05H

OUTINTCON,AL

;設(shè)置接口控制字

…

微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁3.DMA控制器工作特點是一個接口電路

能夠控制系統(tǒng)總線操縱外設(shè)和存放器之間數(shù)據(jù)傳輸微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5頁5.5.4輸入輸出過程中包括幾個問題1.系統(tǒng)和接口聯(lián)絡(luò)方式系統(tǒng)怎樣知道接口已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)等候CPU提取或者準(zhǔn)備接收CPU數(shù)據(jù)?查詢方式——經(jīng)過程序檢測狀態(tài)存放器中“準(zhǔn)備好”位；中止方式——接口向CPU發(fā)中止請求；DMA方式——接口向DMA控制器發(fā)DMA請求；微機和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?6頁5.5.4輸入輸出過程中提出幾個問題2.優(yōu)先級當(dāng)系統(tǒng)中有幾個設(shè)備處于