输入输出控制方式

第五章习题与思考题典型例题解析例5-1 计算机输入/输出控制方式有哪几种?各有什么特点?答：CPU与外设进行数据传送，系统中对数据传送的控制方式一般分为四种：①程序控制方式，程序控制方式是指CPU与外设间的数据传送是在程序的控制下完成的一种数据传送方式，这种方式又分为无条件传送和条件传送二种。

在这种I/O方式中，程序设计简单，硬件软件较省，但费时，CPU效率较低，实时性差，主要用于中低速外设和实时性要求不高的场合。

②中断控制方式，中断控制方式是指利用中断技术控制CPU与外设进行数据传送的一种方式。

这种方式实时性好，不需要反复查询等待，减少了CPU等待时间，CPU与外设可并行工作，但这种方式需要进行现场保护及恢复等工作，仍花费CPU时间。

③DMA方式，DMA方式是指由专门硬件控制，不需CPU介入，直接由存储器与外设进行数据传送的方式。

这种方式不需CPU介入，减少了CPU的开销，能实现高速的数据块传送，提高了效率。

但这种方式增加了硬件开销，提高了系统的成本。

④IOP方式，IOP方式是指由输入/输出协处理器IOP控制数据传送的方式。

这种控制方式由于输入/输出协处理器具有单独的指令系统，因此能在数据传送时，同时进行数据处理，数据传送支持DMA方式，因此传送速度快而且不须CPU介入，CPU与IOP可并行工作，效率高。

这四种方式中，程序控制方式和中断方式属于软件控制方式，DMA方式和IOP方式属于硬件方式。

例5-2 试述I/O端口两种编址方法的特点与区别。

..答：I/O端口的编址方法有二种：即I/O端口单独编址方式和I/O端口与存储器单元统一编址方式。

I/O端口与内存单元地址统一编址方式是将I/O端口地址与内存地址统一安排在内存的地址空间中，即把内存的一部分地址分配给I/O端口，由I/O端口来占用这部分地址。

这种方式控制逻辑较简单，I/O端口数目不受限制，所有访问存储器的指令都可用于I/O端口，指令丰富，功能强。

单片机指令的数字输入和输出控制单片机（Microcontroller）是一种集成了处理器核心、存储器和输入输出设备等功能单元的微型计算机系统。

在单片机的开发过程中，数字输入和输出（Digital Input and Output, DIO）控制是其中一个重要的功能。

本文将探讨单片机指令下的数字输入和输出控制。

一、数字输入控制数字输入控制是指通过单片机实现从外部设备获取数字输入信号的过程。

这种输入信号可以来自于传感器、按键开关、鼠标等外部设备。

单片机通过相应的引脚（通常为输入引脚）接收外部信号，并将其转换为二进制形式，以供进一步处理。

为了实现数字输入控制，我们首先需要了解单片机对数字输入的标准。

以常用的51系列单片机为例，其引脚通常支持三种工作模式：输入模式、输出模式和双向模式。

在输入模式下，引脚能够读取外部信号。

通过相关的指令，我们可以对引脚进行配置，使其处于输入模式并能够正确地读取外部信号。

接下来，我们可以使用中断、轮询等方式来获取输入信号的状态，并进行相应的处理。

二、数字输出控制数字输出控制是指通过单片机将处理结果输出到外部设备的过程。

这种输出信号可以用于控制驱动器、控制模块、显示器等外部设备。

单片机通过相应的引脚（通常为输出引脚）发送二进制信号，控制外部设备的状态。

与数字输入类似，我们需要了解单片机对数字输出的标准。

在输出模式下，引脚可以向外部设备发送高电平或低电平信号，控制设备的状态。

通过相应的指令，我们可以对引脚进行配置，使其处于输出模式并能够正确地发送输出信号。

为了实现更多功能，单片机通常提供了多个输出引脚，我们可以通过设置引脚状态的方式实现对多个设备的控制。

三、数字输入和输出的实例为了更好地理解数字输入和输出控制，我们可以通过一个实例来说明。

假设我们需要使用单片机控制一个LED灯的亮灭。

我们可以将LED灯接在单片机的一个输出引脚上，并通过该引脚控制LED灯的状态。

首先，我们需要将该引脚设置为输出模式，并初始化引脚的状态，使LED灯处于关闭状态。

第九课输入输出控制方式[课题] 输入输出控制方式[课型] 新课[授课课时][教学目标]理解输入输出控制方式的基本概念，理解中断的执行过程[教学重点]中断的执行过程[教学难点]中断的执行过程[教学过程]一、输入输出控制方式CPU控制输入输出设备工作的方式有三种：程序查询方式、中断方式和直接存储器访问方式。

二、程序查询方式程序查询方式是在程序控制下CPU与外设之间交换数据。

其工作过程首先是用程序向外设发出进行数据传送的控制信号，然后从外设读取外设状态，检查是否可以进行数据传送，若外设准备就绪，则进行数据传送；否则反复读外设状态并检查，直到外设准备就绪再进行数据传送。

程序查询方式主要用软件方式实现，它的特点是CPU工作效率低。

三、中断方式中断是主机在执行程序过程、中，遇到突发事件而中断程序的政党执行，转去对突发事件的处理，待处理完成后返回原程序继续执行。

计算机中使用中断方式由软件和硬件共同实现。

软件部分指中断处理程序。

硬件部分指中断控制电路，其作用是负责对中断请求、中断响应等进行相应的处理，保证中断过程的政党进行。

中断过程包括中断请求、中断响应、中断处理、中断返回等步骤。

（1）中断请求。

中断源向CPU中的控制器发出中断请求。

（2）中断响应。

中断响应过程中把被中断的程序的断点地址保存起来，把中断处理程序入口地址送入指令指针寄存器，开始执行中断处理程序。

（3）中断处理。

根据不同的中断原因，中断处理程序执行相应的处理，中断处理程序运行结束后转入中断返回。

（4）中断返回。

中断返回就是恢复断点。

四、直接存储器访问方式直接存储器访问方式（DMA）指高速外设与内存之间直接进行数据交换，不通过CPU，并且CPU不参加数据交换的控制。

DMA方式下高速外设和内存之间进行数据传输需要使用总线，所以DMA方式下要解决的问题主要是总线使用权的转移。

总线使用权一般情况下由CPU掌握，在DMA期间总线使用权交给DMA控制器。

DMA方式由硬件实现。

第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。

2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。

3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。

（2）外围设备向CPU提供状态信息。

（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。

历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。

（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。

统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。

由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。

【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。

二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。

2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。

程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。

历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。

（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。

程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。

FANUC 0i系统的输入输出信号控制有两种形式FANUC 0i系统的输入/输出信号控制有两种形式，一种是来自系统内装I/O卡的输入/输出信号，其地址是固定的;另一种是来自外装I/O卡(I/O Link)的输入/输出信号，其地址是有数控厂家在编制顺序程序时设定的，连同顺序程序存储到系统的FROM中，写入FROM中的地址是不能更改的。

如果内装I/O卡控制信号与I/O Link控制信号同时作用，内装I/O卡信号有效。

FANUC 0iA系统的PMC多采用SA3型。

1、机床到PMC的输入信号地址(MT?PMC)如果采用I/O Link时机床到PMC的输入信号的地址号为X0~X127;如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的信号输入地址为X1000~X1011(96点输入)。

有些输入信号不需要通过PMC而直接由CNC监控。

这些信号的输入地址是固定的，CNC运行时直接引用这些地址信号。

FANUC 0i系统的固定输入地址及信号功能见表4-4。

2、 PMC到机床的输出信号地址(PMC?MT)如果采用I/O Link时PMC到机床的输出信号地址号为Y0~Y127,如果采用内装I/O卡时FANUC 0iA系统的输出信号地址为Y1000~Y1008(72点输出)。

3、 PMC到CNC的信号地址(PMC?CNC)PMC到CNC的信号的地址号为G0~G255这些信号的功能是固定的，用户通过程序(梯形图)实现CNC各种功能的控制。

如系统急停控制信号为G8.4启动信号为G7.2暂停信号为G8.5、空运转信号为G46.7、外部复位信号为G8.7、程序保钥匙信号为G46.3~G46.6、CNC系统状态信号为G43.0、G43.1、G43.2 G43.5、G43.7等。

4、 CNC到PMC的信号地址(CNC?PMC)CNC到PMC的信号的地址号为F0~F255，些信号的功能也是固定的，用户通过顺序程序(梯形图)确定CNC系统的状态。