第十章輸入輸出結(jié)構(gòu)(已修改)
2025-10-09 12:42 本頁面
【正文】 1 第十章 輸入輸出結(jié)構(gòu) 異步數(shù)據(jù)傳輸 可編程 I/O 中斷 直接存儲器訪問 I/O處理器 串行通信 實(shí)例：串行通信標(biāo)準(zhǔn) 同濟(jì)大學(xué) 軟件學(xué)院 2 輸入 /輸出設(shè)備通過系統(tǒng)的地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線和 CPU相連（如圖 ） 圖 CPU與 I/O設(shè)備的連接 異步數(shù)據(jù)傳輸 3 1. I/O接口的基本功能 (1) 實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送控制 。 如同步控制 、 設(shè)備選擇 、 中斷控制和 DMA控制 (2) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖 ， 以達(dá)到主機(jī)與外設(shè)之間的速 度匹配 。 (3) 接受主機(jī)的命令 ， 提供設(shè)備接口的狀態(tài) ， 并 按照主機(jī)的命令控制設(shè)備 。 4 2. I/O接口類型 （ 1） 按照數(shù)據(jù)傳送的寬度可分為 并行接口和串行接口 （ 2） 按照數(shù)據(jù)傳送的控制方式可分為 直接程序控制 、 程序中斷 、 DMA 通道 、 外圍處理機(jī) （ 3） 按照時(shí)序控制方式可分為 同步接口和異步接口 5 3. 根據(jù)是源還是目的設(shè)備啟動(dòng)傳送以及是否用 握手，異步數(shù)據(jù)傳送可分為四種 ◆ 不帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 ◆ 不帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 ◆ 帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 ◆ 帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 6 不帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 源設(shè)備 輸出數(shù) 據(jù) 選通一個(gè)控制信號并維持一段時(shí)間 目的設(shè)備讀入數(shù)據(jù) 源設(shè)備使控 制信號和數(shù) 據(jù)無效 圖 不帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 （ a）時(shí)序 7 實(shí)現(xiàn)源數(shù)據(jù)傳送更新 LED的電路如圖 （ b） 圖 不帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 :（ b）實(shí)現(xiàn) 8 不帶握手的目的啟動(dòng)的數(shù)據(jù)傳送 目的設(shè)備傳輸選通信號給源設(shè)備 一段時(shí)間后源設(shè)備使數(shù)據(jù)有效，并將數(shù)據(jù)穩(wěn)定一段時(shí)間 目的設(shè)備讀入數(shù)據(jù)后置數(shù)據(jù)選通信號無效 源設(shè)備停止傳輸有效數(shù)據(jù) 圖 不帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 （ a）時(shí)序 9 實(shí)現(xiàn)目的數(shù)據(jù)傳送更新 LED的電路如圖 （ b） 圖 不帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送：（ b）實(shí)現(xiàn) 10 握 手 ? 不帶握手的數(shù)據(jù)傳送無需確認(rèn)數(shù)據(jù)收到， 適合于在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)傳送。 ? 當(dāng)每 次傳送所花費(fèi)的時(shí)間不同時(shí)，設(shè)備可 采用握手方式來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送。 11 ◆ 帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 源設(shè)備置數(shù)據(jù)請求信號為高，然后使有效數(shù)據(jù)可用 數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，目的設(shè)備讀取此數(shù)據(jù) 目的設(shè)備讀完數(shù)據(jù)，就發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)確認(rèn)信號給源設(shè)備 源設(shè)備停止傳輸有效數(shù)據(jù)，目的設(shè)備復(fù)位數(shù)據(jù)確認(rèn)信號 圖 帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 （ a）時(shí)序 12 圖 帶握手的源啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送：（ b）實(shí)現(xiàn) 13 ◆ 帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 目的設(shè)備傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)選通信號，源設(shè)備使有效數(shù)據(jù)可用 數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，目的設(shè)備讀取此數(shù)據(jù) 目的設(shè)備讀完數(shù)據(jù)，就發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號給源設(shè)備 源設(shè)備停止傳輸有效數(shù)據(jù)，目的設(shè)備復(fù)位數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒信號 圖 帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送 （ a）時(shí)序 14 圖 帶握手的目的啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送：（ a）時(shí)序和（ b）實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)請求 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 15 ◆ 可編程 I/O（ programmed I/O） 用指令編程來控制 CPU輸入或輸出數(shù)據(jù)。 ◆ 可編程 I/O的特點(diǎn) 可編程 I/O ? 何時(shí)何地進(jìn)行輸入 /輸出完全受 CPU控制； ? 數(shù)據(jù)的輸入輸出都要經(jīng)過 CPU； ? 用于連接低速外圍設(shè)備。 16 ? 獨(dú)立編址 有專門的指令訪問 I/O端口。 ? 存儲器編址 把 I/O端口視為存儲器的一個(gè)單元，采用 存儲器存取指令即可訪問它們。 ◆ 可編程 I/O的編址方式 17 相對簡單 CPU，其結(jié)構(gòu)不能采用獨(dú)立的 I/O方式，但可利用存儲器編址 I/O方式。 例：執(zhí)行指令 LDAC FFFF 為了實(shí)現(xiàn)此 I/O端口，設(shè)計(jì)硬件如圖 。 圖 地址為 FFFFH的輸入端口 當(dāng)?shù)刂房偩€上的值為 FFFFH，控制信號READ=1時(shí)，三態(tài)緩沖器才選通 18 修改相對簡單 CPU以支持獨(dú)立的 I/O方式： ◆ 必須在 CPU指令集中增加輸入、輸出指令； ◆ 產(chǎn)生必要的新控制信號； ◆ 在狀態(tài)圖中增加新狀態(tài)； ◆ 開發(fā) RTL代碼支持新狀態(tài)； ◆ 修改寄存器、 ALU和控制單元硬件來支持新的指令。 19 一條輸入數(shù)據(jù) 一條輸出數(shù)據(jù) 指令 指令碼 操作 INPT 0010 0000Γ AC← 輸入端口 Γ OTPT 0010 0001Γ 輸出端口 ?！鸄C 表 相對簡單 CPU的獨(dú)立 I/O指令 20 2. 增加一個(gè)新控制信號 IO IO=1時(shí)為 I/O操作， IO=0時(shí)為存儲器操作 3. 新狀態(tài)與 RTL代碼 圖 實(shí)現(xiàn) INPT指令執(zhí)行周期的狀態(tài) INPT1： DR←M ， PC←PC+1 ， AR←AR+1 INPT2
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