输入与输出.ppt
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1、输入与输出2022/10/122022/10/121 1现在学习的是第1页,共23页1 基本概念基本概念CPUCPU的的外外设设种种类类繁繁多多,在在电电平平,功功率率,速速度度,信信息息形形式式上上与与CPUCPU有很大的差别。有很大的差别。有许多矛盾需解决,而不能简单的连接。有许多矛盾需解决,而不能简单的连接。要解决的问题:要解决的问题:CPU如何对如何对I/O寻址寻址CPU如何与不同速度的外设配合工作如何与不同速度的外设配合工作CPU如何与大量外设协调工作如何与大量外设协调工作CPU如何在电平,功率上与外设协调工作如何在电平,功率上与外设协调工作CPU如何与不同信息形式的外设配合工作如何
2、与不同信息形式的外设配合工作2022/10/122022/10/122 2现在学习的是第2页,共23页执行执行CPU的命令的命令 CPU对被控对象外部设备的控制命令是以命令代码的形式先发送到接口的命令寄存器,即命令端口。接口的命令寄存器,即命令端口。返回外设状态返回外设状态 如,“忙”、“闲”、“准备就绪”、“未准备就绪”等状态,接口中一般设置状态寄存器,即状态端口。即状态端口。数据缓冲数据缓冲 为了解决高速主机和低速外设的矛盾,避免因速度不匹配而丢失数据,接口中一般都设置数据缓冲器。信号转换信号转换 外设所需的控制信号和它所提供的状态信号往往与系统的总线信号不兼容,信号转换是接口的一个重要任
3、务。设备选择设备选择数据宽度与数据格式转换数据宽度与数据格式转换 应具有“并串并串”或“串并串并”转换的功能接口的功能接口的功能2022/10/122022/10/123 3现在学习的是第3页,共23页2 I/O 寻址方式寻址方式存储器对应的寻址方式存储器对应的寻址方式将将I/OI/O当成存储器寻址,每个当成存储器寻址,每个I/OI/O占有存储器的一个地址占有存储器的一个地址。与存储器一起占有与存储器一起占有1MB1MB的存储空间的存储空间特点:指令丰富,特点:指令丰富,I/OI/O数量不受限制,不便于阅读数量不受限制,不便于阅读专用专用I/OI/O寻址方式寻址方式将存储器和将存储器和I/O分
4、别寻址分别寻址用专用的用专用的 IN 和和OUT 指令指令用用8条地址线或条地址线或16条地址线寻址条地址线寻址特点:特点:I/O不占存储器地址,译码电路较简单。易于阅读不占存储器地址,译码电路较简单。易于阅读2022/10/122022/10/124 4现在学习的是第4页,共23页 3 CPU与与I/O数据传送方式数据传送方式一,一,一,一,CPUCPUCPUCPU与与与与I/OI/OI/OI/O间的接口信号间的接口信号间的接口信号间的接口信号一个控制过程一个控制过程工业现场的模拟量传感器 放大 A/D CPU D/A 执行机构接口信号接口信号CPU I/O 状态数据控制 数据数据数字量模拟
5、量开关量状态信息状态信息 表征目前I/O所处状态控制信息控制信息 CPU发出控制I/O工作的信息2022/10/122022/10/125 5现在学习的是第5页,共23页CPU I/O 装置 数据 端口 状态 端口 控制 端口 端口地址数据M/IOWRRD数据数据状态控制 数据,状态和控制是不同性质的信息,必须分别传送数据,状态和控制是不同性质的信息,必须分别传送但但CPU只有只有 IN 和和 OUT 指令指令所以外设的状态信息也必须作为数据输入所以外设的状态信息也必须作为数据输入CPU发出的控制信息也必须作为数据输出发出的控制信息也必须作为数据输出外设与主机的连接端口也包含:数据端口,状态端
6、口和控制端口外设与主机的连接端口也包含:数据端口,状态端口和控制端口每个端口一个地址,每个端口一个地址,CPU是对端口寻址,而不是笼统对外设寻址是对端口寻址,而不是笼统对外设寻址接口是有若干个端口组成接口是有若干个端口组成2022/10/122022/10/126 6现在学习的是第6页,共23页二,二,二,二,I/OI/OI/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式无条件传送方式(同步方式)无条件传送方式(同步方式)用于用于CPUCPU与低速的外设间传送数据与低速的外设间传送数据。数据的保持时间相对数据的保持时间相对CPUCPU的速度要慢得多。的速度要慢得多。输输入入端端口口直直接接用用三三态
7、态缓缓冲冲器器,外外界界数数据据送送到到其其输输入入端端,CPUCPU执执行行 “ININ”指令指令对对于于输输出出设设备备要要求求锁锁存存,输输出出的的数数据据应应在在输输出出接接口口的的输输出出端端保保持持一一段段时时间间,锁锁存存的的时时间间与与外外设设的的动动作作速速度度相相适适应应。CPUCPU执执行行 “OUTOUT”指令指令特点特点接口电路简单,程序设计简单。接口电路简单,程序设计简单。输入时,应保证输入的数据已准备好。输入时,应保证输入的数据已准备好。输出时,应保证外设已将上次送出的数据取走,可接收新的数据。输出时,应保证外设已将上次送出的数据取走,可接收新的数据。2022/1
8、0/122022/10/127 7现在学习的是第7页,共23页 锁存器输出数据CPU数据线WR地址M/IO无条件式传送输出接口OUT 08H,AL无条件式传送输入接口IN AL,08H 三态 缓冲器 CS输入数据CPU数据线RD地址M/IO CS2022/10/122022/10/128 8现在学习的是第8页,共23页例,不断读入按钮的状态,若按钮按下,例,不断读入按钮的状态,若按钮按下,例,不断读入按钮的状态,若按钮按下,例,不断读入按钮的状态,若按钮按下,LEDLED亮,未按下则灭亮,未按下则灭亮,未按下则灭亮,未按下则灭.注:三态门作为输入接口,锁存器作为输出接口注:三态门作为输入接口,
9、锁存器作为输出接口注:三态门作为输入接口,锁存器作为输出接口注:三态门作为输入接口,锁存器作为输出接口Q7=1Q7=1,亮;,亮;,亮;,亮;Q7=0Q7=0,灭,灭,灭,灭STA:MOV DX,0040H IN AL,DX AND AL,80H JNZ OPE MOV DX,0030H MOV AL,80H OUT DX,AL JMP STAOPE:MOV AL,00H MOV DX,0030H OUT DX,AL JMP STAQ7 锁存器CS D0-D7IOW 0030HIOR 0040HD7输出接口输入接口+5V2022/10/122022/10/129 9现在学习的是第9页,共23页
10、查询传送方式查询传送方式CPUCPU与外设的速度在多数情况下是不匹配的与外设的速度在多数情况下是不匹配的。CPUCPU必须在必须在外设准备好的外设准备好的情况下才能与其传送数据。情况下才能与其传送数据。接口电路中一般都有一个反映外设准备就绪的标志。接口电路中一般都有一个反映外设准备就绪的标志。只只有有当当其其表表征征外外设设具具备备工工作作条条件件时时,CPUCPU才才能能控控制制数数据据的的输输入入/输出操作。输出操作。即用状态端口提供外设的工作状态。即用状态端口提供外设的工作状态。查询方式的过程查询方式的过程输入输入I/O接口的状态端口的内容(接口的状态端口的内容(0或或1)。)。确认是否
11、准备就绪。确认是否准备就绪。是,传送数据;否,等待。是,传送数据;否,等待。2022/10/122022/10/121010现在学习的是第10页,共23页查询式输入查询式输入CPU用查询方式从外设中输入数据时,必须先由状态端口查询外设的数据是否已经准备好,确认准备好后,再由数据端口输入数据。查询式输入方式接口电路有两个端口,数据信息和状态信息分别由数据端口和状态端口输入到数据总线。若数据为8位,则占有一个8位端口;状态信息只有1位,一个8位的状态端口可供8个外设用。假设状态信号连到CPU的D7上,查询式输入方式的查询程序段如下(1为准备好):LOO1:IN AL,状态端口地址,状态端口地址 T
12、EST AL,80H JZ LOOP1 IN AL,数据端口地址,数据端口地址D7 D0D7 数据端口状态端口2022/10/122022/10/121111现在学习的是第11页,共23页读入状态端口信息数据准备好?读入数据端口信息NY查询式输入查询式输入查询式输入查询式输入 输入设备 锁存器 R D Q+5V选通信号 缓冲器&RDM/IO地址译码器地址总线&RDM/IO地址译码器地址总线&RDM/IO地址译码器地址总线CPU数据总线状态信号(READY)至D72022/10/122022/10/121212现在学习的是第12页,共23页查询式输出查询式输出CPU用查询方式向外设输出数据时,必
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