6.1 输入输出

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4、直接存储器存取方式(DMA)
DMA（Direct Memory Access）意为直接 数据访问。它是在内存的不同区域之间，或 者在内存与外设端口之间直接进行数据传送， 而不经过CPU中转的一种数据传送方式，可以 大大提高数据的传送速度。
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(1)DMA方式与其它方式比较
实现方法


CPU不查询外设工作状态 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 程序中直接用I/O指令，完成数据传送 这种传送有前提：外设必须随时就绪 适合于简单设备 ，如开关 、发光二极管 、 LED数码管、 继电器、按键或按纽等设备。 无条件传送的接口和操作均十分简单
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特点
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复习：8088的输入输出指令
（1）输入指令 直接寻址 IN AL , PORT ；(AL) ← (PORT) IN AX , PORT ；(AL) ← (PORT) ；(AH) ← (PORT+1) 注：直接寻址中I/O端口地址只能用8位表示（立即数）， 16位I/O端口地址用间接寻址方式。


例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的 I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令： MOV AL, 0
OUT
DB
80H, AL
+5V I/O 接口 (80H)
CP U
CB
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„
AB
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ห้องสมุดไป่ตู้. 查询方式
实现方法： 在与外设进行传送数据前，CPU先查询外设状态，当 外设准备好后，才执行I/O指令，实现数据传送。 外设接口与外设有三种信息交换： （1）进行传送的数据（数据端口） （2）外设的控制信号（控制端口） （3）外设的状态信息（状态端口）
唯一的方法：间接寻址
mov al,n；n是字节变量 mov dx,300h out dx,al
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6.3 I/O的基本方式



程序控制方式（无条件传送和查询） 中断方式 直接存储器存取（DMA）方式
( Direct Memory Access )
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1 无条件传送方式
3. 信号速度各异.如:磁盘的速度是 250000位/秒; 硬盘是 500000位/秒 4.信息字长长短不一.1位,8位等.
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为什么在CPU与外设之间增加接口呢？ a. 两者之间信号线不兼容； b. 两者之间速度不兼容； 接口的作用：
微机接口：CPU与外设的连接电路，负责“中转”各 种 信息。
CPU 总线 接口 外设
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输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。 键盘、鼠标——PS/2、USB
扫描仪——EPP（增强并口）、USB
输出设备：显示器、打印机等。 显示器——15针D接口，也叫VGA接口。
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多种多样的外设

工作原理不同
机械、电子、机电、电磁……

传送信息类型多样
间接寻址 IN AL , DX IN AX , DX
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；(AL) ← (DX) ；(AL) ← (DX) ；(AH) ← (DX+1)
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（2）输出指令 直接寻址 OUT PORT , AL OUT PORT , AX
；(PORT) ← (AL) ；(PORT) ← (AL) ；(PORT+1) ← (AH)
CPU
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6.4 中断传送方式
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为何计算机中要引入中断？

提高数据传输率；


避免CPU不断检测外设状态，提高CPU的 利用率。
实现对特殊事件的实时响应。 如多任务系统操作系统中：
缺页中断 设备中断 各类异常 实时钟

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6.4.1. 中断的基本概念
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查询传送的两个环节
⑴ 查询环节 寻址状态口 读取状态寄存器的标志位 若不就绪就继续查询，直至就绪
输入状态 N 就绪？ Y 数据交换
⑵ 传送环节 寻址数据口 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据
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8088只能通过输入输出指令与外设进行数据 交换；呈现给程序员的外设是端口（Port）， 即I/O地址 8088用于寻址外设端口的地址线为16条，端 口最多为216＝65536（64K）个，端口号为 0000H ~ FFFFH 地址线上的地址信号用 IO / M*来区分 每个端口用于传送一个字节的外设数据 IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
通过编程修改接口的操作参数，改变接口的工作方式 和工作状态）


CPU
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接口 电路
I/O 设备
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1、接口功能
I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起信 息转换作用。应具备： ◆ 接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称 为I/O端口； ◆ 接口应有地址译码功能； ◆ 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种 信息。
执行外设所要求的程序（如输入或输出一个数据），
中断请求→
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前面三种I/O方式都需要CPU作为中介：
内存 CPU 外设
两个含义：
1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执 行程序来完成的（程序控制方式）； 2）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址 信号都是由CPU发出的（总线由CPU控制）。 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约 为几十KB/秒） ——解决：DMA传输
数字量、模拟量、开关量


传送速度差别极大 传送方式不尽相同
串行、并行

编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码……
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6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
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2、接口传递的信息
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。 状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输 出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。 控制信息：CPU通过接口传递给I/O设备的信息，用 以控制I/O设备的工作，如启动、停止等。
第6章 输入输出技术
输入输出的基本方法 如何使两者高效、可靠地进行数据传送， 中断概念、中断响应过程 是本章讨论的问题。 8088中断系统、中断向量表

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—— CPU与外设的工作速度不一致，
6.1 概述
1. 计算机由CPU, 存储器, 外设组成, 但外设种类繁多; 2.外设信号多种多样,如 A. 数字量 C. 电压 B. 模拟量 D. 电流
MOV AL,[XX] 内存/外设 CPU OUT DX,AL 外设/内存
MOV [XX],AL
内存/外设
IN AL,DX
外设/内存
无需CPU指令
DMA控制器
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(2)DMA传输的特点
外设 内存
外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不 再担当数据传输的中介者； 总 线 由 DMA 控 制 器 （ DMAC ） 进 行 控 制 （CPU要放弃总线控制权），内存/外设的 地址和读写控制信号均由DMAC提供。

什么是中断?

与生活场景的比较
计算机 执行程序 事件发生 事件处理 继续执行程序
实际场景 正在看书 电话铃响
接电话 继续看书
中断请求及响应
中断处理 中断返回
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中断传送方式
外 设
发申请 中断服务程序 发 申 请 中断服务程序
•外设准备数据，CPU执行程序, 此时，CPU与外设并行工作； • 外设准备就绪，向CPU发中断 申请，CPU暂停原程序执行，响 应中断，进行数据传输。此时， CPU与外设是串行工作。
CPU通过不断查询外设状态，
实现与外设的速度匹配，
3、中断控制方式
CPU在启动外设开始某一操作之后，继续执行它本 身的程序。当外设数据准备就绪，向CPU提出请求， CPU在接到请求后暂时中断原来执行的程序，转去 待服务结束后又返回原程序继续执行。 主程序 中断服务程序 中断请求
主程序 中断服 务程序
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I/O端口单独编址

FFFFFH

优点： FFFFH I/O端口的地址空间独立 I/O 控制和地址译码电路相对简单 0 空间 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富
内存 空间

80x86采用I/O端口独立编址
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8088的I/O端口地址
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
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6.1.1 I/O接口（电路）

I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路
接口电路对输入输出过程起一个缓冲和联络的 作用。 I/O接口的特点：通用性（供多种外设使用的标准 接口） 和可编程性 （不改变接口硬件的情况下，可