微機原理第6章(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 出系統 2 5 5 9 9 5 2 9 9 7 10 12 13 11 10 15 1 2 4 10 11 6 2 A11 4 5 A3 … A6 11 84 1 10 13 11 10 13 1 4 3 6 8 Y0 Y7 3 6 8 A0 A1 A2 A7 … A10 A B C +5V V DIP AEN IOW IOR 3 3 3 1 3 6 8 14 G1 12 12 =1 LS136 =1 LS136 =1 LS136 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 G2A G2B 圖 68 用 “ 異或門 ” 組成的可選式譯碼電路 第 6章輸入輸出系統 1 2 3 4 5 6 7 GND VDD 14 13 12 11 10 9 8 =1 =1 =1 =1 74LS136 AEN A0 LS31 LS32 LS30 1 1 1 1 1 1 1 =1 amp。 amp。 A8A3 圖 69 74LS136內部邏輯 圖 610可選式譯碼電路 第 6章輸入輸出系統 （ 3）使用跳接開關 如果采用跳接開關代替 DIP開關，則可得到如圖 610所示的可選式譯碼電路。改變跳接開關連接方向，可有多達 1024種選擇。 在采用門電路的地址譯碼電路設計中，一定要注意地址有效與讀寫操作之間的時序配合。門電路延遲時間不能太長，否則有可能 或 已生效之后， I/O端口地址譯碼才有效，從而導致對別的端口地址進行誤讀寫操作。當然 或 信號的延遲也不能太長，否則端口地址譯碼過早結束，也會導致對別的端口地址進行誤讀寫操作，具體時序請參考系統總線的時序圖。 IORIORIOWIOW第 6章輸入輸出系統 I/O端口數據傳送的控制方式 DMA控制器 8237 輸入輸出系統概述 I/0設備的編址方式 微機中常用的幾種總線 第 6章輸入輸出系統 I/O端口數據傳送的控制方式 CPU與 I/O設備之間數據傳送，通常有以下幾種情況： （ 1） I/O程序控制方式。該方式進一步分為： ? 無條件傳送 ? 查詢傳送 （ 2） I/0中斷控制方式 （ 3） 直接存儲器存取 (DMA)控制方式。 （ 4）通道和 I/O處理機控制方式。 以上方式各有不同特點．標志著 CPU與外設并行操作程度的逐步提高和 CPU效率的充分發揮。 第 6章輸入輸出系統 程序傳送控制方式 I/O程序傳送控制方式中，信息的傳送完全依靠計算機在既定時刻執行 I/O程序來完成，接口只簡單地提供設備選擇、數據緩沖、狀態記錄等功能。 實現 I/O程序控制的基本方法是，在應用程序中安排一個由輸入／輸出指令及其他指令所組成的程序段。當CPU執行該程序段時便控制完成信息的傳送。 第 6章輸入輸出系統 程序控制方式的特點是： 輸入／輸出操作完全在程序控制下進行的，用 IN和 OUT指令直接訪問 I/O端口。在這種方式中，根據外設的特點可采用直接傳送數據或查詢方式傳送數據。 I/O程序控制方式又分兩類： ? 無條件傳送控制方式 ? 程序查詢控制方式 第 6章輸入輸出系統 無條件傳送是一種最簡單的輸入 /輸出控制方法，一般用于控制 CPU與低速 I/O接口之間的信息交換，在無條件傳送方式下，不需要考慮外部設備的的狀態，只需由 CPU執行輸入或輸出指令便可完成數據傳送。 由于這些信號變化緩慢，當需要采集這些數據時，外部設備已經把數據準備就緒，無需檢查端口的狀態，就可以立即采集數據（使用這種方式是基于：當輸入時，外設肯定是“準備就緒 ”的；當輸出時。外設肯定是 “空閑 ”的）。符合這些條件的外設如，繼電器和速度、溫度、壓力、流量等變送器、機械開關、發光二極管等。 第 6章輸入輸出系統 數據保持時間相對于 CPU的處理時間長得多。因此，輸入的數據就不用加鎖存器而直接用三態緩沖器與系統總線連接。實現無條件傳送方式的軟、硬件接口電路十分簡單。 硬件接口只需提供 地址譯碼器 、 三態緩沖器 (輸入時用 )或 鎖存器 (輸出時用 )，軟件程序中只需寫出輸入 /輸出指令。 在圖 611中，兩個數據端口分別支持 無條件輸入 和無條件輸出 。 第 6章輸入輸出系統 74LS244 G 8000H 5V +5V 300 8 LED0 三態 緩沖器 74LS273 8D 觸發器 CLK D7～ D0 74LS06 X2 反相 驅動器 K0 K1 K7 LED1 LED7 ? ? 10K 8 A15 IOR IOW 圖 611 無條件傳送接口 第 6章輸入輸出系統 【 例 61】 無條件輸入 /輸出點亮 LED燈 如圖 611，兩個端口均用 A15=l選中，由于有讀、寫信號參與尋址，所以輸入口和輸出口的 I/O地址可以相同，這里取 8000H為其地址。以下程序不斷掃描 8個開關，當開關閉合時，點亮相應的 LED；掃描周期為 10ms，通過調一個子程序 DELAY來實現，該子程序已被省略。 第 6章輸入輸出系統 NEXT： MOV DX， 8000H ； DX指向接口 IN AL， DX ；從輸入口讀開關狀態 NOT AL ；反相 OUT DX， AL ；送輸出口顯示 CALL DELAY ；調子程序延時 10MS DELAY： MOV SI,1000 DEL1： MOV DI ,100 DEL2： DEC DI JNZ DEL2 DEC SI JNZ DEL1 RET NEXT： JMP NEXT ；重復 第 6章輸入輸出系統 （ 3）無條件傳送輸入指令 實現無條件傳送輸入的接口如圖 612所示。假定輸入設備的地址為 01H。當需要輸入時， CPU執行輸入指令： IN A， 01H 首先將地址碼 0lH通過地址總線輸出到譯碼器，譯碼器輸出有效信號送至門 l；然后 CPU發出輸入輸出請求及讀命令作為輸人操作的控制信號送到門 1，于是門 1輸出有效，打開三態緩沖器，使地址為 01H的外設送來的數據進入數據總線，最后， CPU采樣數據總線并將數據傳送至累加寄存器 A。 第 6章輸入輸出系統 … 門 1 01H 地址總線 讀命令 IO請求 CPU D7~D0 A7~A0 A amp。 地址譯碼器 … 三態緩沖器 數據總線 來自地址為 01H的外設的數據 圖 612無條件傳送輸入接口 第 6章輸入輸出系統 （ 4）無條件傳送輸出指令。 將圖 612中的 “三態緩沖器 ”改為 “鎖存器 ”， CPU發出的 “讀命令 ”改為 “寫命令 ”，于是得到圖 613，便可實現無條件傳送輸出。假定外設地址改為 02H．則 CPU執行輸出指令： OUT (02H)， A 發送地址碼 02H，以及輸入輸出請求和寫命令，這三個信號由門 1組合，產生鎖存器使能信號，將 A寄存器數據通過數據總線送入鎖存器鎖存，然后送地址為 02H的外設。 第 6章輸入輸出系統 … 門 2 02H 地址總線 寫命令 IO請求 CPU D7~D0 A7~A0 A amp。 地址譯碼器 … 鎖存器 數據總線 到地址為 02H的外設 圖 613 無條件傳送輸出接口 第 6章輸入輸出系統 程序查詢控制方式又叫 有條件傳送方式 。必須由 CPU執行程序以查詢外設的狀態，在符合條件的情況下才進行輸入／輸出。 在這種方式下， CPU每當執行 I/O操作前，必須執行某些附加的指令以查詢外設的狀態，這種傳送方式在接口電路中，除具有數據緩沖器或數據鎖存器外，還應具有外設狀態標志位，用來反映外部設備數據的情況。 第 6章輸入輸出系統 為實現程序查詢方式，接口電路中除設備譯碼部件外，必須至少提供 兩個端口 ： ? 數據端口。用于鎖存輸入或輸出的數據。 ? 狀態端口。用于記錄外設的狀態以供 CPU查詢。如果只有一臺外設，自然可用單一觸發器記錄外設狀態；若有不只一臺外設，則可使用帶有使能端的狀態寄存器，用其中 1位或 2位記錄一臺外設的狀態。 第 6章輸入輸出系統 使用有條件傳送方式控制數據的輸入 /輸出，在軟件方面，需編制一個查詢程序，且必須是循環程序，其框圖如同 614所示。 讀入設備狀態 讀入設備狀態 準備好 N Y 圖 614 程序查詢方式執行流程圖 第 6章輸入輸出系統 （ 1）查詢輸入接口。 圖 615為一個查詢輸入接口。 三態 緩沖器 IOR G Q D R 狀態 譯碼器 三態 緩沖器 G 8D 鎖存器 輸入 設備 +5V D7～ D0 D0 A15～ A0 STB 圖 615 查詢輸入接口 第 6章輸入輸出系統 配合該接口工作的相應程序段為： MOV DX， 8000H ； DX指向狀態口 STATUS： IN A1， DX ；讀狀態口 TEST AL， O1H ；測試標志位 D0 JNZ STATUS ； D0=0，繼續查詢 INC DX ； D0=1，就緒 , DX改 指數據口 IN A1， DX ；數據輸入 第 6章輸入輸出系統 （ 2）查詢輸出接口。圖 616為一個查詢輸出接口。 三態 緩沖器 IOR G Q D R 狀態 譯碼器 8D 鎖存器 輸出 設備 D7～ D0 D7 A15～ A0 ACK 數據 IOW +5V 圖 616 查詢輸出接口 第 6章輸入輸出系統 配合該接口工作的相應程序段為： MOV DX， 8000H ； DX指向狀態 STATUS： IN AL， DX ；讀狀態口 TEST AL， 80H ；測試標志位 D， JNZ STATUS ； D7=1，未就緒，繼續查詢 INC DX ； D7=0，就緒， DX指數據口 MOV AL， BUF ；變量 BUF送 AL OUT DX， AL ；數據輸出 第 6章輸入輸出系統 特點： CPU主動查詢，執行循環程序等待外設進入規定狀態。 優點： 簡單，接口硬設備較少．一般計算機都很容易實現這種功能。 缺點： ? CPU與外圍設備只能串行工作。由于 CPU的速度比外圍設備速度快得多，在這種方式下 CPU的大量時間都處于循環等待狀態，無疑大大降低了系統的效率。 ? CPU在一段時間內只能和一臺外設交換信息，無法與其他外設并行工作。 ? 不能發現和處理預先無法估計的錯誤和異常。 第 6章輸入輸出系統 程序查詢控制方式的缺點除了占用 CPU較多的工作時間外，還難以滿足實時控制系統對 I/O工作的要求。一旦某個外設請求 CPU為它服務時， CPU應該以最快的速度響應其請求。這就要求系統中的外設，具有主動申請 CPU為其服務的權利。 中斷控制方式的 特點 是：當外部設備需要進行輸入 /輸出操作時，向 CPU發出 “中斷 ”請求信號，請求 CPU處理。 第 6章輸入輸出系統 DMA控制方式 不經 C