第六章 输入输出接口技术

概述

输入输出控制方式

可编程 DMA 控制器 8237A

6-1-1 输入输出接口的概念与功能

1 、 输入输出接口的概念

所谓接口是指 CPU 和存储器、外部设备或者两种外部设备之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑部件（或称电路），它是 CPU 与外界进行信息交换的中转站。

2 、输入输出接口的功能 （ 1 ）数据缓冲功能 （ 2 ）信号转换功能 （ 3 ）对外设的控制和检测功能 （ 4 ）设备选择功能 （ 5 ）中断或 DMA 管理功能 （ 6 ）可编程功能

6-1-2 CPU 与 I/O 接口之间传递的信息类型

1 、数据信息

数字量 、模拟量 、开关量

2 、状态信息

3 、控制信息

6-1-3 I/O 端口的编址方式

1 、 I/O 端口 ： CPU 和 I/O 设备进行数据传送，在接口中就必须有一些寄存器或特定的硬件电路供 CPU 直接存取访问，如下图所示。

2 、常用的编址方式：统一编址、独立编址

数据总线

控制总线

地址总线

数据输入寄存器

数据输出寄存器

控制寄存器

状态寄存器

数据线

控制线

状态线

外部输入或输出设备

6-2-1 程序控制方式

程序控制方式是指 CPU 与外设之间的数据传送是在程序控制下完成，它又可分成无条件传送和条件传送两种方式。

1 、无条件传送方式

（ 1 ）无条件传送输入方式

1Y1 1A1

1Y2 1A2

74LS44

2Y4 2A4

1G 2G

M/IOCS

RD

.

+5V

开关

...

. .

..

D0

D1

...D7

图 6-3 简单输入端口

（ 2 ）无条件传送输出方式

1D 1Q

2D 2Q

74LS273

8D 8Q

C LK

M /IOCS

W R

D 0

D 1

D 7

LED

.

...

.

.

图 6-4 简单输出端口

2 、条件传送方式

（ 1 ）查询式输入

输入状态信息

READY?

输入数据

N

Y

图 6-5 查询式输入程序流程

输入装置

锁存器

三态缓冲器

8（ ）

R QD

+5V

缓冲器1（ ）

AEN

地址译码

去系统数据总线

数据

状态信息

Ready

IOR

IOR

AEN

地址译码

系统地址总线

A0~A9

选通信号

数据

图 6-6 查询式输入的接口电路

（ 2 ）查询式输出

读状态端口

BUSY?

输出数据

Y

N

准备输出数据

..

图6-7 查询式输出程序流程

AEN

数据口地址译码

IOR

状态口地址译码

系统地址总线

A0~A9

IOWAEN

三态缓冲器

1（ ）

去系统数据总线

状态信息“ BUSY”

输出装置

锁存器 系统数据总线

Q D

R

+5V

“ BUSY”

数据

图 6- 8 查询式输出接口电路

6-2-2 中断控制方式

为提高 CPU 的利用率和进行实时数据处理， CPU 常采用中断方式与外设交换数据。

6-2-3 DMA 控制方式 用 DMA 方式传输数据时，不需要进行保护和恢复断点及现场之类的额外操作，一旦进入 DMA 操作，就可直接在硬件的控制下快速完成一批数据的交换任务，数据传送的速度基本上取决于外设和存储器的存取速度。

6-3-1 8237A 的内部结构及引脚

1 、 8237A 的内部结构

时序与控制逻辑

优先级编码

命令寄存器8（ ）

屏蔽寄存器4（ ）

请求寄存器4（ ）

字数暂存器

EOPRESET

CS

CLK

AENADSTB

MEMR

MEMW

IOR

IOW

READY

HRQ

HLDA

03DREQ

03DACK

4

4

读缓冲器

基地址寄存器

16×（4）

基字寄存器

16×（4）

/读 写缓冲器

当前地址寄存器16× 4（ ）

当前字计数器16× 4（ ）

16

16

写缓冲器 读缓冲器

内部数据总线

方式寄存器4× 6（ ）

状态寄存器8（ ）

暂存寄存器8（ ）

地址暂存器

A15~A8

I / O缓冲

输出缓冲

A3-A0

A7-A4

命令控制逻辑

D1-D0

I / O缓冲

DB7-DB0

2 、 8237A 的引脚

IORIOW

MEMR

NCMEMW

READYHLDA

ADSTBAENHQR

CSCLK

RESET

2DACK

3DACK

2DREQ

1DREQ

3DREQ

0DREQGND

A

7A

6A

5A

4A

EOP3A2A1A0A

CCV

0DB

1DB2DB

3DB

4DB

0DACK

1DACK

5DB

6DB

7DB

1 402 39

8237A

3 384 375 366 357 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21

图 6-10 8237A 的引脚

6-3-2 8237A 内部寄存器功能及格式

8237A 的内部可编程寄存器主要 10 个 ，依次为：

1 、当前地址寄存器

16 位， 用于存放 DMA 传送的存储器地址值。

2 、当前字节计数寄存器

16 位，保存当前 DMA 传送的字节数。

3 、基地址寄存器

16 位，用来存放对应通道当前地址寄存器的初值。

4 、基字计数寄存器

16 位，用于存放对应通道当前字计数器的初值。

5 、命令寄存器

8 位，控制 8237A 的操作。

6 、工作方式寄存器 6 位，用于指定 DMA 的操作类型、传送方式、是否自动预置和传送一字节数据后地址是按增 1 还是减 1 修改。 7 、请求寄存器 4 位， 用于由软件来启动 DMA 请求的设备。 8 、 屏蔽寄存器 1 位，当某通道的屏蔽标志位置 1 时，禁止该通道 DRE

Q 请求，并禁止该通道 DMA 操作。 9 、状态寄存器 8 位，用来存放状态信息，可供 CPU 读出。 10 、暂存寄存器 8 位，用来暂存从源地址单元读出的数据。

6-3-3 8237A 的编程及应用

1 、 8237A 的编程

（ 1 ）输出主清除命令，使 8237A 处于复位状态，以接收新的命令；

（ 2 ）写入工作方式寄存器，以确定 8237A 工作方式和传送类型；

（ 3 ）写入命令寄存器，以控制 8237A 的工作；

（ 4 ）根据所选通道，输入相应通道当前地址寄存器和基地址寄存器的初始值；

（ 5 ）输入当前字节计数器和基字节寄存器的初始值；

（ 6 ）写入屏蔽寄存器；

（ 7 ）写入请求寄存器，便可由软件 DMA 传送。否则，经过（ 1 ） ~ （ 6 ）步编程后，由通道 DREQ 启动 DMA 传送过程。

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