第4章 輸入輸出與中斷

I/O接口——把外圍設備同微型計算機連接起來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的控制電路稱為“外設接口電路”，即I/O接口

I/O端口——I/O接口中可以由CPU進行讀或寫的寄存器被稱為“端口”

外設接口與CPU的信息傳送：

1. 外設接口通過微機總線(片總線、內總線、外總線)與CPU連接

2. CPU同外設接****換的三種信息：

(1) 數(shù)據(jù)信息，包括數(shù)字量、模擬量和開關量

(2) 狀態(tài)信息，表示外設當前所處的工作狀態(tài)

(3) 控制信息用于控制外設接口的工作

3. 數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息都是通過數(shù)據(jù)總線來傳送的

I/O端口的編址方式及其特點：

1. 獨立編址(專用的I/O端口編址)——存儲器和I/O端口在兩個獨立的地址空間中

(1) 優(yōu)點：I/O端口的地址碼較短，譯碼電路簡單，存儲器同I/O端口的操作指令不同，程序比較清晰;存儲器和I/O端口的控制結構相互獨立，可以分別設計

(2) 缺點：需要有專用的I/O指令，程序設計的靈活性較差

2. 統(tǒng)一編址(存儲器映像編址)——存儲器和I/O端口共用統(tǒng)一的地址空間，當一個地址空間分配給I/O端口以后，存儲器就不能再占有這一部分的地址空間

(1) 優(yōu)點：不需要專用的I/O指令，任何對存儲器數(shù)據(jù)進行操作的指令都可用于I/O端口的數(shù)據(jù)操作，程序設計比較靈活;由于I/O端口的地址空間是內存空間的一部分，這樣，I/O端口的地址空間可大可小，從而使外設的數(shù)量幾乎不受限制

(2) 缺點：I/O端口占用了內存空間的一部分，影響了系統(tǒng)的內存容量;訪問I/O端口也要同訪問內存一樣，由于內存地址較長，導致執(zhí)行時間增加

微機系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳送的控制方式：

1. 程序控制方式，以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送的控制來自CPU，通過預先編制好的程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送

2. DMA方式，直接存儲器訪問，不需要CPU干預，也不需要軟件介入的高速傳送方式

程序控制傳送方式分為三種：

1. 無條件傳送方式，又稱“同步傳送方式”，用于外設的定時是固定的而且是已知的場合，外設必須在微處理器限定的指令時間內準備就緒，并完成數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送

2. 查詢傳送方式，當CPU同外設工作不同步時，為保證數(shù)據(jù)傳送的正確而提出的，CPU必須先對外設進行狀態(tài)檢測，若外設已“準備好”，才進行數(shù)據(jù)傳送

3. 中斷傳送方式，解決了“無條件傳送方式”和“查詢傳送方式”只能串行工作的缺點，為了使CPU和外設之間可以并行工作，提出中斷傳送方式，采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時，CPU從啟動外設到外設就緒這段時間，仍在執(zhí)行主程序，當“中斷服務程序”執(zhí)行完畢后，則重新返回主程序

DMA操作的基本方法：

1. 周期挪用，DMA乘存儲器空閑時訪問存儲器，周期挪用不減慢CPU的操作

2. 周期擴展，CPU與DMA交替訪問存儲器，這種方法會使CPU處理速度減慢，一次只能傳送一個字節(jié)3. CPU停機方式，CPU等待DMA的操作，這是最常用的DMA方式，由于CPU處于空閑狀態(tài)，所以會降低CPU的利用率

DMAC及其傳送方式：

1. 在DMA傳送方式中，對數(shù)據(jù)傳送過程進行控制的硬件稱為DMA控制器，即：DMAC

2. DMAC的三種傳送方式：

(1) 單字節(jié)傳送方式

(2) 成組傳送方式

(3) 請求傳送方式

DMAC的基本功能：

1. 能接收外設的DMA請求信號，并能向外設發(fā)出DMA響應信號

2. 能向CPU發(fā)出總線請求信號，當CPU發(fā)出總線響應信號后，能接管對總線的控制權，進入DMA方式

3. 能發(fā)出地址信息，對存儲器尋址并修改地址指針

4. 能發(fā)出讀、寫等控制信號，包括存儲器訪問信號和I/O訪問信號

5. 能決定傳送的字節(jié)數(shù)，并能判斷DMA傳送是否結束

6. 能發(fā)出DMA結束信號，釋放總線，使CPU恢復正常工作