【微机及接口技术】- 第五章 输入输出与接口技术（下）

第三节 8086 最小系统简单接口电路

一、I/O接口电路的分类

1. 按功能选择的灵活性

不可编程接口芯片：74LS373, 74LS244（缓冲器）, 74LS245（数据收发器）
可编程接口芯片：8254，8255，8259

2. 按接口的通用性

通用接口芯片：8245，8255，8259
专用接口芯片：配置键盘、显示器等复杂外设。

二、3种简单的I/O接口芯片

接口电路种最常用的锁存器、缓冲器、数据收发器

1. 74LS373锁存器

锁存器的作用：缓存、完成高速控制器和慢速外设的不同步问题、解决驱动问题。
74LS373：常用于锁存地址、数据信息等。
8086 采用地址数据线复用，在总线周期T1就要通过锁存器将地址信号锁存，便于后面的时序传送数据时通过锁存器提供地址信息。

74LS373：8位锁存器、由8个D触发器组成、8个输入信号、8个输出信号、所存使能端LE、输出允许端/OE

74LS373 外部引脚图
D 输入信号
O 输出信号

2. 74LS244缓冲器

缓冲器：输入缓冲器、输出缓冲器
作用：高速CPU和慢速外设间协调和缓冲，实现数据传输同步。
接在数据总线上，具有三态输出功能。

74LS244 缓冲器：三态输出的8位缓冲器和线驱动器。
/1G为低，1Y1~1Y4 = 1A1 - 1A4;为高，输出高阻。

3. 74LS245数据收发器

74LS245；8路同相三态双向总线收发器，驱动LED等。使能端/G=0:DIR=0，则B是输入端，A是输出端，数据流向B→A;
DIR=1 A→B, /G = 1，A和B断开。

内部逻辑电路如图。

三、8086与3个简单I/O接口芯片的应用举例

1. 同74LS373组成LED接口

假设译码器的/Y0地址为50H,CPU执行OUT 50,AL时，使得/Y0=0，M/#IO=0, /WR=0，经过或非门后，使得译码器使能端有效，产生锁存，将AL的数据D7-D0锁存并从O7-O0输出来控制LED亮灭。

设计程序使得每次点亮一个LED，每隔1s换一个灯，先点亮LED1然后LED2，循环往复，显示1小时。

		MOV CX,3600
		MOV AL,11111110B ;初始点亮LED1
LP:	OUT 50H,AL
		CALL DELAYS
		ROL AL,1 ; 循环左移1位
		LOOP LP
		MOV AX,4C00H
		INT 21H

最后两句程序结束

2. 同74LS244组成开关输入接口

设计程序将开关状态读出后，作为一个十六进制数，将其转换为ASCII码后输出到屏幕上

		IN AL,70H
		CMP AL,9
		JBE NEXT
		ADD AL,36H ;将A~F转换为 ’A' ~ 'F'
		JMP PRN
NEXT: ADD AL,30H; 将0-9转换为 '0'-'9'
PRN:  MOV AH,2
		 MOV DL,AL
		 INT 21H

3. 双向数据线使用和复用总线的分离

74LS373负责将地址和数据分离；74LS245负责双向数据线的使用
74LS373: ALE控制下， AD7-AD0 作为输入，输出的地址信息 A7-A0
74LS245: /DEN控制下传送AD7-AD0上的数据，DT/R决定传送方向。

第四节 输入/输出数据传送的控制方式

一、概览

• 无条件传送方式
• 程序查询方式
• 中断传送方式
• 直接存储器存取方式（DMA）
• I/O通道方式
• I/O处理机方式

前三种程序控制方式，与DMA方式是系统常用的数据传输方式。
后两种常用于大型机和服务器上

二、程序控制传送方式

特点：以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，通过预先编制好的输入输出程序实现数据的传送。
速度较低，传送路径经过CPU内部寄存器，数据输入/输出相应较慢。

1. 无条件传送方式

特点：简单，输入时假设设备数据已经准备好，输出时假设输出设备是空闲的。
应用场合：适合简单设备，如主机对开关设备的操作，控制LED显示等。

注意：输入时需加缓冲器，输出时需加锁存器

【例】已知一个系统中采用无条件传输方式，如图，8个开关K的状态通过三态缓冲器74LS244的输入到数据总线。数据总线上的数据通过锁存器74LS373输出，控制8个LED的亮灭。编程完成用LED反应K的状态，开关闭合则LED灭。

LP:	MOV DX,307H
		IN AL,DX
		NOT AL
		OUT DX,AL
		JMP LP

2. 条件传送方式（程序查询方式）

定义：CPU传送数据之前，主动查询外设是否就绪，若没有就绪，则继续查询其状态，直至外设就绪。

特点：传送可靠、接口简单。
硬件电路：需添加供CPU查询外设状态的电路，如一个D触发器和一个三态缓冲器附加地址译码即可。

查询程序：
1）通过IN指令读取接口状态信息。
2）检测状态信息，未就绪转1）；就绪转3）
3）根据需要，通过IN或OUT指令传送数据。

（1）程序查询输入

条件传送下输入数据的一种接口电路。
先发送选送信号， D触发器置1，
30H 接口数据，31H状态端口

条件传送方式输入的一般流程

READY位置1表明数据准备好。

CHK:	IN AL,31H
			TEST AL,01H; 检测READY
			JZ CHK
			IN AL,30H

（2）程序查询输出

一种条件传送下输出数据的接口电路

输出设备会发出ACK信号置1，输出设备完成后就会把 ACK信号撤销掉变成0

条件传送方式输出的一般流程

缺点：
CPU效率低：每传送一个数据需花费很多时间等待外设进行数据准备；
实时性差：若有多个外设，则采用轮询方式进行服务。
适合场合：CPU不太忙且传送速度不高。

3. 中断传送方式

基本思想：CPU和I/O设备并行工作。
操作：无需反复查询外设状态，当外设准备好后，主动向CPU请求中断，CPU响应这一请求，暂停正在执行的程序，转入数据传送的中断服务子程序，完成后自动返回原来运行的程序。

特点：提高CPU效率、I/O处理的实时性高、硬件和软件开发较复杂。

三、直接存储区存取 (DMA) 传送方式

中断方式需要保护现场、恢复现场，至少十几条指令。对于高速、大批量数据传送，需频繁采用中断传送，影响传送速度，且耗费CPU时间。

DMA：数据传送不经过CPU，由DMA控制器实现内存与外设间的直接快速传送。
特点：查询和中断方式下，数据传送的一些操作由软件指令实现；在DMA方式下由DMA控制器硬件实现，速度高、电路复杂。

1. DMA的组成和作用

DMA：用硬件实现存储器和存储器之间、存储器和I/O设备之间直接进行数据传送，不需要CPU干预，减少中间环节，且存储器地址的修改和传送完成的报告均由硬件自动完成，极大提高传送速度。

适用磁盘存取、图形数量及高速数据采集系统等。不适用低传送速度和传送量不高的小系统。

DMA传送包括

1. DMA读传送，存储器→I/O设备
2. DMA写传送，I/O设备→存储器
3. 存储单元传送，存储器→存储器
   

2. DMA传送的工作过程

I/O向DMAC发出DMA请求；
DMAC向CPU发出总线请求；
CPU执行完当前指令的当前总线周期后，向DMAC发出总线响应信号；
CPU脱离系统总线，由DMAC接管系统总线；
DMAC向I/O设备发出应答信号；
DMAC把存储器和I/O之间进行数据传送所需的地址发送到地址总线，通过控制总线向存储器和I/O发出读/写。

信号，完成1字节的传送；
当设定的字节数据传送完毕后（DMAC自动计数），DMAC将总线请求信号变成无效，同时脱离对系统总线的控制，CPU检测到请求信号便无效后，把系统总线响应信号变无效，恢复对系统总线的控制，继续执行被DMAC中断的当前指令的总线周期。

3. DMA传送的方式

（1）DMA操作类型
数据传送、数据校验、数据检索
（2）DMA操作方式
单字节传送、连续操作方式、请求操作方式、级联传送方式。

4. DMA控制器在系统中的两种工作状态

两种实体：存储器和I/O设备、存储器和存储器
（1）主动态
DMAC获得总线控制权之后称为系统主控者。
（2）被动态
DMAC获得总线控制权之前受CPU控制。

【单选题】下列数据传送控制种，不属于程序控制传送方式的是（）
A. 无条件传送方式
B. 查询传送方式
C. 中断传送方式
D. 直接存储器存取方式

D. DMA传送属于硬件控制传送方式。