【正文】 2020/11/4 1 第 6章 輸入輸出技術(shù) —— CPU與外設(shè)的工作速度不一致，如何使兩者高效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，是本章討論的問題。 ?輸入輸出的基本方法 ?中斷概念、中斷響應(yīng)過程 ?8088中斷系統(tǒng)、中斷向量表 2020/11/4 2 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)等。 輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等。 鍵盤、鼠標(biāo) —— PS/ USB 掃描儀 —— EPP（增強(qiáng)并口）、 USB 顯示器 —— 15針 D接口，也叫 VGA接口。 2020/11/4 3 多種多樣的外設(shè) ? 工作原理不同 機(jī)械 、 電子 、 機(jī)電 、 電磁 …… ? 傳送信息類型多樣 數(shù)字量 、 模擬量 、 開關(guān)量 ? 傳送速度差別極大 ? 傳送方式不盡相同 串行 、 并行 ? 編碼方式不同 二進(jìn)制 、 BCD碼 、 ASCII碼 …… z 2020/11/4 4 概述 為什么需要 I/O接口 （ 電路 ） ？ ? 微機(jī)的外部設(shè)備多種多樣 1） I/O設(shè)備的功能多種多樣； 2） I/O設(shè)備工作速度不同； 3） I/O設(shè)備處理的信號(hào)不同 (模擬或數(shù)字信號(hào)、并行或串行 ) ； 4） I/O設(shè)備所需的控制信號(hào)不同。 ? 工作原理 、 驅(qū)動(dòng)方式 、 信息格式 、以及工作速度方面彼此差別很大 2020/11/4 5 輸入輸出 (I/O)設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，計(jì)算機(jī)通過它們與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。因 I/O設(shè)備種類繁多， CPU并不與 I/O設(shè)備直接進(jìn)行信息交流，而是通過 I/O接口進(jìn)行 。 I/O接口是連接 CPU和 I/O設(shè)備之間的橋梁。 ? 輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為 外設(shè) 。 ? I/O接口電路：即 I/O適配器。 概述 2020/11/4 6 I/O接口（電路） ? I/O接口是位于系統(tǒng)與外設(shè)間 、 用來協(xié)助完成數(shù)據(jù)傳送和控制任務(wù)的邏輯電路 ? PC機(jī)系統(tǒng)板的可編程接口芯片 、 I/O總線槽的電路板 （ 適配器 ） 都是接口電路 ? I/O接口的特點(diǎn)：通用性和可編程性 CPU 接口 電路 I/O 設(shè)備 2020/11/4 7 接口功能 I/O接口在它連接的 CPU與 I/O設(shè)備之間起 信息轉(zhuǎn)換作用 。應(yīng)具備： ◆ 接口內(nèi)有特定的硬件電路供 CPU直接存取，稱為 I/O端口 ； ◆ 接口應(yīng)有地址譯碼功能； ◆ 接口可傳送除基本信息（數(shù)據(jù)信息）外的各種信息。 2020/11/4 8 接口傳遞的信息 數(shù)據(jù)信息： CPU與 I/O設(shè)備傳遞的基本信息，包括數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量和脈沖量。 接口傳遞的基本信息是 數(shù)據(jù)信息 ，除此之外，還傳遞 狀態(tài)信息 和 控制信息 。 不同的信息用不同的 I/O端口區(qū)分 。 控制信息： CPU通過接口傳遞給 I/O設(shè)備的信息，用以控制 I/O設(shè)備的工作，如啟動(dòng)、停止等。 狀態(tài)信息：反映 I/O設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)的信息，如輸出設(shè)備是否空閑，輸入設(shè)備是否數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好等。 2020/11/4 9 I/O接口的典型結(jié)構(gòu) 控制總線 CB 地址總線 AB I/O接口電路 數(shù)據(jù) 控制 狀態(tài) 數(shù)據(jù)總線 DB CPU 外設(shè) 控制寄存器 狀態(tài)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 寄存器 —— 端口 ? 三種信息：數(shù)據(jù)信息 、 狀態(tài)信息 、 控制信息 。 ? 通過數(shù)據(jù)總線 DB傳輸 。 2020/11/4 10 1. 接口電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ? CPU與外設(shè)主要有數(shù)據(jù) 、 狀態(tài)和控制信息需要相互交換 ， 于是從應(yīng)用角度看內(nèi)部： ⑴ 數(shù)據(jù)寄存器 —— 數(shù)據(jù)端口 ? 保存外設(shè)給 CPU和 CPU發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù) ⑵ 狀態(tài)寄存器 —— 狀態(tài)端口 ? 保存外設(shè)或接口電路的狀態(tài) ⑶ 控制寄存器 —— 控制端口 ? 保存 CPU給外設(shè)或接口電路的命令 2020/11/4 11 2. 接口電路的外部特性 ? 主要體現(xiàn)在引腳上 ， 分成兩側(cè)信號(hào) 面向 CPU一側(cè)的信號(hào)： ? 用于與 CPU連接 ? 主要是數(shù)據(jù) 、 地址和控制信號(hào) 面向外設(shè)一側(cè)的信號(hào)： ? 用于與外設(shè)連接 ? 提供的信號(hào)五花八門 ? 功能定義 、 時(shí)序及有效電平等差異較大 2020/11/4 12 I/O端口的編址 接口電路占用的 I/O端口有兩類編排形式 ? I/O端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址 ? 它們共享一個(gè)地址空間 ? 如 M6800 ? I/O端口單獨(dú)編址 ? I/O地址空間獨(dú)立于存儲(chǔ)地址空間 ? 如 8086/8088 2020/11/4 13 I/O端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址 ? 優(yōu)點(diǎn)： ? 不需要專門的 I/O指令 ? I/O數(shù)據(jù)存取與存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存取一樣靈活 ? 缺點(diǎn)： ? I/O端口要占去部分內(nèi)存空間 ? 程序不易閱讀 （ 不易分清訪存和訪問外設(shè) ） 內(nèi)存 部分 I/O 部分 00000H FFFFFH F0000H 存儲(chǔ)器空間 2020/11/4 14 I/O端口單獨(dú)編址 ? 優(yōu)點(diǎn)： ? I/O端口的地址空間獨(dú)立 ? 控制和地址譯碼電路相對(duì)簡(jiǎn)單 ? 專門的 I/O指令使程序清晰易讀 ? 缺點(diǎn)： ? I/O指令沒有存儲(chǔ)器指令豐富 ? 80x86采用 I/O端口獨(dú)立編址 內(nèi)存 空間 I/O 空間 FFFFFH 0 FFFFH 2020/11/4 15 8088的 I/O端口地址 ? 8088只能通過輸入輸出指令與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；呈現(xiàn)給程序員的外設(shè)是端口（ Port），即 I/O地址 ? 8088用于尋址外設(shè)端口的地址線為 16條，端口最多為 216＝ 65536（ 64K）個(gè)，端口號(hào)為0000H ~ FFFFH ? 地址線上的地址信號(hào)用 IO / M*來區(qū)分 ? 每個(gè)端口用于傳送一個(gè)字節(jié)的外設(shè)數(shù)據(jù) ? IBM PC只使用了 1024個(gè) I/O地址 (0～ 3FFH) 2020/11/4 16 輸入輸出（ I/O）指令 ? 每個(gè)端口用于傳送一個(gè)字節(jié)的外設(shè)數(shù)據(jù) ? 只限于用累加器 AL或 AX來傳送信息 。 功能 : (累加器 )←→I/O 端口 2020/11/4 17 輸入輸出尋址方式 ? 8086的 端口有 64K個(gè) ， 無需分段 ， 設(shè)計(jì)有兩種尋址方式 ?直接尋址 ：只用于尋址 00H～ FFH前 256個(gè)端口 ， 操作數(shù) i8表示端口號(hào) ?間接尋址 ：可用于尋址全部 64K個(gè)端口 ，DX寄存器的值就是端口號(hào) ? 對(duì)大于 FFH的端口只能采用間接尋址方式 2020/11/4 18 (1)輸入指令 IN 格式 : IN acc,PORT 。PORT端口號(hào) 0～ 255H IN acc,DX 。DX表示的端口范圍達(dá) 64K 例 : IN AL， 80H 。(AL） ← (80H端口 ) IN AL， DX 。(AL） ← ((DX)) 2020/11/4 19 例：輸入字量 ， 字節(jié)量輸入 in al,21h mov ah,al in al,20h 功能相同 字量數(shù)據(jù)傳送實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的兩個(gè)端口地址的字節(jié)量傳送 ，字量輸入 in ax,20h ，字量輸入 mov dx,20h in ax,dx 2020/11/4 20 例： OUT 68H， AX 。(69H， 68H） ← （ AX） OUT DX， AL 。((DX))← (AL) 在使用間接尋址的 IN/OUT指令時(shí) ， 要事先用傳送指令把 I/O端口號(hào)設(shè)置到 DX寄存器： MOV DX， 220H IN AL， DX 。將 220H端口內(nèi)容讀入 AL (2) 輸出指令 OUT 格式 ： OUT port , acc OUT DX , acc 2020/11/4 21 IN AL, PORT 輸 入 端 口 數(shù) 據(jù) 線 地址譯碼 (RD,IO/M ) IOR 輸 出 端 口 數(shù) 據(jù) 線 地址譯碼 (WR,IO/M ) IOW 指令 —— 硬件電路信號(hào) OUT PORT, AL 2020/11/4 22 I/O的基本方式 ? 無條件傳送 ? 查詢方式 ? 中斷方式 ? 直接存儲(chǔ)器存取 （ DMA）