第 5章 微 型 計 算 機 輸 入 輸 出 接 口 5.1 輸 入 輸 出 接 口 5.2 輸 入 輸 出 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 控 制 方 式 5.3 開 關(guān) 量 輸 入 輸 出 接 口 5.1 輸 入 輸 出 接 口 5.1.1 外 部 設(shè) 備 及 其 信 號 5.1.2 I/O接 口 的 功 能5.1.3 I/O端 口 的 編 址 方 法 5.1.4 簡 單 I/O接 口 的 組 成 5.1.1 外 部 設(shè) 備 及 其 信 號 1. 外 部 設(shè) 備 （ Peripheral Device）按 照 與 CPU數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 方 向 劃 分 :（ 1） 輸 入 設(shè) 備 鍵 盤 、 鼠 標(biāo) 、 光 筆 輸 入 圖 形 信 息 的 掃 描 儀 、 數(shù) 碼 相 機 檢 測 現(xiàn) 場 信 息 的 數(shù) 字 化 測 試 儀 表 模 擬 量 采 集 和 模 擬 量 數(shù) 字 量 轉(zhuǎn) 換 裝 置 等 （ 2） 輸 出 設(shè) 備 顯 示 器 、 打 印 機 繪 圖 儀 現(xiàn) 場 控 制 的 數(shù) 字 量 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 裝 置 和 執(zhí) 行 元 件（ 3） 復(fù) 合 輸 入 輸 出 設(shè) 備外 存 儲 設(shè) 備 是 典 型 的 復(fù) 合 輸 入 輸 出 設(shè) 備 : 磁 帶 機 （ Tape Driver） 軟 磁 盤 驅(qū) 動 器 （ Floppy Driver） 硬 磁 盤 驅(qū) 動 器 （ Hard Disk Driver） 光 盤 驅(qū) 動 器 （ Compact Disk Driver）許 多 光 盤 只 能 讀 出 信 息 ， 稱 為 CDROM （ Compact DiskRead Only Memory） ， 只 讀 光 盤 只 能 用 作 輸 入 設(shè) 備 。 2. 外 部 設(shè) 備 的 信 號（ 1） 數(shù) 據(jù) 信 號按 照 信 號 的 物 理 形 態(tài) ， 可 分 為 以 下 幾 種 ； 數(shù) 字 量 ： 以 二 進 制 形 式 表 述 的 數(shù) 據(jù) 、 圖 形 或 文 字 信 息 。 模 擬 量 ： 現(xiàn) 場 的 物 理 量 通 過 傳 感 器 件 ， 轉(zhuǎn) 換 為 大 小 與之 對 應(yīng) 的 電 壓 或 電 流 信 號 。 這 些 量 呈 連 續(xù) 變 化 的 形 態(tài) ，稱 為 模 擬 量 （ Analog） 。 開 關(guān) 量 ： 開 關(guān) 量 是 只 有 二 種 狀 態(tài) （ 0， 1） 的 量 ， 如 開關(guān) 的 接 通 （ ON） 與 斷 開 （ OFF） ， 電 機 的 啟 停 等 脈 沖 量 ： 計 數(shù) 脈 沖 、 定 時 脈 沖 和 控 制 脈 沖 對 于 輸 入 設(shè) 備 ， 數(shù) 據(jù) 信 號 從 外 設(shè) 送 往 CPU對 于 輸 出 設(shè) 備 ， 數(shù) 據(jù) 信 號 從 CPU發(fā) 往 外 部 設(shè) 備 。 （ 2） 狀 態(tài) 信 號 狀 態(tài) 信 號 表 明 外 部 設(shè) 備 當(dāng) 前 的 工 作 狀 態(tài) ， 用 來 協(xié) 調(diào)CPU與 外 部 設(shè) 備 之 間 的 操 作 。 典 型 的 狀 態(tài) 信 號 ： READY, BUSY 有 的 設(shè) 備 有 指 示 出 錯 狀 態(tài) 的 信 號 ， 如 打 印 機 的 紙 盡（ Paper Out） ， 故 障 （ Fault） 。 不 同 的 外 設(shè) 可 以 有 不 同 的 狀 態(tài) 信 號 。 狀 態(tài) 信 號 總 是 從 外 部 設(shè) 備 發(fā) 往 CPU。 （ 3） 控 制 信 號 控 制 信 號 是 CPU向 外 設(shè) 發(fā) 出 的 命 令 ， 它 指 定 設(shè) 備 的 工作 方 式 ， 啟 動 或 停 止 設(shè) 備 控 制 信 號 的 格 式 因 設(shè) 備 而 異 控 制 信 號 從 CPU發(fā) 往 外 部 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 信 號 、 狀 態(tài) 信 號 、 控 制 信 號 都 是 以 “ 數(shù) 據(jù) ”的 形 式 ， 通 過 數(shù) 據(jù) 總 線 在 CPU和 外 部 設(shè) 備 之 間 進行 傳 輸 的 。 5.1.2 I/O接 口 的 功 能接 口 ： 計 算 機 一 個 部 件 與 另 一 個 部 件 之 間 的 連 接 界 面 。功 能 ：1. 設(shè) 備 選 擇 功 能 CPU通 過 地 址 代 碼 來 標(biāo) 識 和 選 擇 不 同 的 外 部 設(shè) 備 接 口 對 系 統(tǒng) 總 線 上 傳 輸 的 外 設(shè) 地 址 進 行 譯 碼 ， 在 檢 測到 本 設(shè) 備 地 址 代 碼 時 ， 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 的 “ 選 中 ” 信 號2. 信 息 傳 輸 功 能設(shè) 備 被 “ 選 中 ” 時 : 從 CPU/數(shù) 據(jù) 總 線 接 收 數(shù) 據(jù) 或 控 制 信 息 外 部 設(shè) 備 的 數(shù) 據(jù) 或 狀 態(tài) 信 息 發(fā) 往 數(shù) 據(jù) 總 線 /CPU 3. 數(shù) 據(jù) 格 式 轉(zhuǎn) 換 功 能外 設(shè) 使 用 的 數(shù) 據(jù) 格 式 與 CPU數(shù) 據(jù) 格 式 不 同 時 ， 接 口 要 進行 二 種 數(shù) 據(jù) 格 式 之 間 的 相 互 轉(zhuǎn) 換 。4. 聯(lián) 絡(luò) 功 能 從 系 統(tǒng) 總 線 或 外 設(shè) 接 收 一 個 數(shù) 據(jù) 后 ， 發(fā) 出 “ 數(shù) 據(jù) 到 ”聯(lián) 絡(luò) 信 號 ， 通 知 外 設(shè) 或 CPU取 走 數(shù) 據(jù) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 完 成 ， 向 對 方 發(fā) 出 信 號 ， 準(zhǔn) 備 進 行 下 次 傳 輸5. 中 斷 管 理 功 能 向 CPU申 請 中 斷 ； 向 CPU發(fā) 中 斷 類 型 號 ； 中 斷 優(yōu) 先 權(quán) 的 管 理 ； 在 以 8086為 CPU的 系 統(tǒng) 中 ， 這 些 功 能 大 部 份 可 以 由 專門 的 中 斷 控 制 器 實 現(xiàn) 。 6. 復(fù) 位 功 能 接 口 在 接 收 系 統(tǒng) 的 復(fù) 位 信 號 后 ， 將 接 口 電 路 及 其 所連 接 的 外 部 設(shè) 備 置 成 初 始 狀 態(tài) 。7. 可 編 程 功 能 有 些 接 口 具 有 可 編 程 特 性 ， 可 以 用 指 令 來 設(shè) 定 接 口的 工 作 方 式 、 工 作 參 數(shù) 和 信 號 的 極 性 。 8. 錯 誤 檢 測 功 能 （ 1） 物 理 信 道 上 的 傳 輸 錯 誤 信 號 在 線 路 上 傳 輸 時 ， 如 果 遇 到 干 擾 信 號 ， 可 能 發(fā) 生傳 輸 錯 誤 。 檢 測 傳 輸 錯 誤 的 常 見 方 法 是 奇 偶 檢 驗 。（ 2） 數(shù) 據(jù) 傳 輸 中 的 覆 蓋 錯 誤 輸 入 設(shè) 備 完 成 一 次 輸 入 操 作 后 ， 把 所 獲 得 的 數(shù) 據(jù) 暫 存在 接 口 內(nèi) 如 果 在 該 設(shè) 備 完 成 下 一 次 輸 入 操 作 之 后 ， CPU還 沒 有從 接 口 取 走 數(shù) 據(jù) ， 那 么 ， 在 新 的 數(shù) 據(jù) 送 入 接 口 后 ， 上一 次 的 數(shù) 據(jù) 被 覆 蓋 ， 從 而 導(dǎo) 致 數(shù) 據(jù) 的 丟 失 輸 出 操 作 中 也 可 能 產(chǎn) 生 類 似 的 錯 誤 覆 蓋 錯 誤 導(dǎo) 致 數(shù) 據(jù) 的 丟 失 ， 易 發(fā) 生 在 高 速 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的場 合 5.1.3 I/O端 口 的 編 址 方 法有 兩 種 不 同 的 I/O端 口 編 址 方 式 ：1. I/O端 口 與 內(nèi) 存 統(tǒng) 一 編 址 把 內(nèi) 存 的 一 部 分 地 址 分 配 給 I/O端 口 ， 一 個 8位 端 口 占用 一 個 內(nèi) 存 單 元 地 址 ， 也 稱 為 存 儲 器 映 射 編 址 方 式 優(yōu) 點 ： 訪 問 內(nèi) 存 單 元 和 I/O端 口 使 用 相 同 的 指 令 ， 使 用 方 便 降 低 CPU電 路 的 復(fù) 雜 性 缺 點 ： 減 少 了 內(nèi) 存 可 用 范 圍 難 以 區(qū) 分 訪 問 內(nèi) 存 和 I/O的 指 令 ， 降 低 了 程 序 的 可 讀 性和 可 維 護 性 2. I/O端 口 與 內(nèi) 存 獨 立 編 址 內(nèi) 存 儲 器 和 I/O端 口 各 自 有 自 己 獨 立 的 地 址 空 間 訪 問 I/O端 口 需 要 專 門 的 I/O指 令 8086/8088 CPU采 用 這 種 方 式 訪 問 內(nèi) 存 儲 器 使 用 20根 地 址 線 A0A19 使 M/IO#=1 內(nèi) 存 地 址 范 圍 為 00000 0FFFFFH共 1MB 訪 問 I/O端 口 使 用 低 16根 地 址 線 A 0A15 使 M/IO#= 0 I/O端 口 地 址 范 圍 為 0000 0FFFFH共 64K 3 IBM PC 微 型 計 算 機 I/O端 口 地 址 分 配 在 PC系 列 微 機 中 ， 僅 使 用 A0 A9共 10條 地 址 線 定 義I/O端 口 （ 設(shè) A11A15= 0） ， 尋 址 范 圍 為 0 3FFH 前 256個 端 口 地 址 供 主 板 上 尋 址 I/O接 口 芯 片 使 用 ， 后768個 供 擴 展 槽 接 口 卡 使 用 用 戶 設(shè) 計 I/O接 口 電 路 的 時 候 ， 應(yīng) 使 用 系 統(tǒng) 未 占 用 的 端口 地 址 區(qū) 域 為 避 免 所 選 擇 的 地 址 與 其 他 擴 展 卡 沖 突 ， 最 好 將 其 設(shè)計 成 地 址 可 選 的 型 式 IBM-PC微 機 系 統(tǒng) 板 各 I/O接 口 器 件 端 口 地 址 見 表 5-1。 5.1.4 簡 單 I/O接 口 的 組 成 1. 端 口 端 口 ： 接 口 內(nèi) 的 寄 存 器 ， 用 來 暫 存 CPU和 外 設(shè) 之 間 傳 輸?shù)?數(shù) 據(jù) 、 狀 態(tài) 和 命 令 。 端 口 地 址 ： 每 一 個 端 口 有 一 個 獨 立 的 地 址 。 外 部 設(shè) 備 地 址 ： 設(shè) 備 接 口 內(nèi) 各 端 口 的 地 址 ， 一 臺 外 部 設(shè) 備可 以 擁 有 幾 個 通 常 是 相 鄰 的 端 口 地 址 。 端 口 種 類 ： 數(shù) 據(jù) 端 口 、 命 令 端 口 （ 控 制 端 口 ） 和 狀 態(tài) 端 口 。 如 果 外 部 設(shè) 備 的 信 息 （ 數(shù) 據(jù) /狀 態(tài) ） 已 經(jīng) 鎖 存 ， 端 口 也 可以 由 三 態(tài) 緩 沖 電 路 組 成 。 2. 地 址 譯 碼 電 路 地 址 譯 碼 是 接 口 的 基 本 功 能 之 一 。 一 個 接 口 上 的 幾 個 端 口 地 址 通 常 是 連 續(xù) 排 列 的 ，可 以 把 16位 地 址 碼 分 解 為 二 個 部 分 ： 高 位 地 址 碼 用 作 對 接 口 的 選 擇 ； 低 位 地 址 碼 用 來 選 擇 接 口 內(nèi) 不 同 的 端 口 。 例 如 ： 某 接 口 占 有 地 址 330H333H: 高 8位 地 址 為 11001100B時 ， 本 接 口 被 選 中 ； 低 2位 地 址 為 00， 01， 10， 11時 ， 選 擇 接 口 內(nèi) 的 不 同 端 口 。 圖 5-1 端 口 的 地 址 譯 碼 電 路 和 跳 線 器 為 了 避 免 地 址 沖 突 ， 許 多 接 口 電 路 允 許 用 “ 跳 線 器（ JUMPER） ”改 變 端 口 地 址 。 上 頁 圖 3-1（ b） 將 異 或 門 的 輸 出 代 替 圖 3-1（ a） 中 的 A8， A9引 腳 ： 二 個 跳 線 引 腳 均 接 地 時 ， 上 面 譯 碼 電 路 仍 然 產(chǎn) 生330H333H的 端 口 譯 碼 信 號 ； 當(dāng) 二 個 跳 線 引 腳 均 接 “ 1” 時 ， 上 面 譯 碼 電 路 會 產(chǎn) 生030H033H的 端 口 譯 碼 信 號 同 理 還 可 以 產(chǎn) 生 130H133H， 230H233H的 譯 碼 信 號 。 8086工 作 于 最 大 模 式 時 ， 上 面 的 M/IO#、 WR#、 RD#信號 由 8288總 線 控 制 器 發(fā) 出 的 IORC#、 IOWC#代 替 。 由 于 讀 、 寫 操 作 不 會 同 時 進 行 ， 一 個 輸 入 端 口 和 另 一 個 輸出 端 口 可 以 使 用 同 一 個 地 址 編 碼 。 例 如 ， 可 安 排 數(shù) 據(jù) 輸 入 端 口 、 數(shù) 據(jù) 輸 出 端 口 使 用 同 一 個 地址 330H， 命 令 端 口 和 狀 態(tài) 端 口 共 同 使 用 地 址 331H。 需 要 注 意 的 是 ， 數(shù) 據(jù) 輸 入 端 口 和 數(shù) 據(jù) 輸 出 端 口 雖 然 使 用 相同 的 地 址 ， 但 卻 是 二 個 各 自 獨 立 的 不 同 的 端 口 。 3. 數(shù) 據(jù) 鎖 存 器 與 緩 沖 器數(shù) 據(jù) (狀 態(tài) )輸 入 端 口 ： 必 須 通 過 三 態(tài) 緩 沖 器 與 系 統(tǒng) 總 線 相 連 ， 保 證 數(shù) 據(jù) 總 線能 夠 正 常 地 進 行 數(shù) 據(jù) 傳 送 。 輸 入 設(shè) 備 在 完 成 一 次 輸 入 操 作 后 ， 在 輸 出 數(shù) 據(jù) 的 同 時 ，產(chǎn) 生 數(shù) 據(jù) 選 通 信 號 ， 把 數(shù) 據(jù) 打 入 八 位 鎖 存 器 74LS273 鎖 存 器 的 輸 出 信 號 通 過 三 態(tài) 八 位 緩 沖 器 74LS244連 接到 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 。 數(shù) 據(jù) 端 口 讀 信 號 由 地 址 譯 碼 電 路 產(chǎn) 生 。 高 電 平 （ 無 效 ） ： 緩 沖 器 輸 出 端 呈 高 阻 態(tài) 。 低 電 平 （ 有 效 ， 端 口 被 選 中 ） ： 已 鎖 存 的 數(shù) 據(jù) 通 過74LS244送 往 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 ， 被 CPU所 接 收 。 圖 5-3 輸 入 設(shè) 備 接 口 的 數(shù) 據(jù) 鎖 存 和 緩 沖 電 路 數(shù) 據(jù) （ 命 令 ） 輸 出 端 口 ： CPU送 往 外 設(shè) 的 數(shù) 據(jù) 或 命 令 ， 應(yīng) 由 接 口 進 行 鎖 存 ，以 便 使 外 設(shè) 有 充 分 的 時 間 接 收 和 處 理 。 八 位 輸 出 鎖 存 電 路 例 （ 圖 5-4） 。 圖 5-4 輸 出 鎖 存 電 路 簡 單 的 輸 入 輸 出 接 口 （ 圖 5-5） 把 地 址 譯 碼 、 數(shù) 據(jù) 鎖 存 與 緩 沖 、 狀 態(tài) 寄 存 器 、 命 令 寄存 器 各 個 電 路 組 合 起 來 ， 構(gòu) 成 簡 單 輸 入 輸 出 接 口 接 口 連 接 的 信 號 ： 與 系 統(tǒng) 總 線 連 接 ： 地 址 總 線 A0 A15 數(shù) 據(jù) 總 線 D0D7 控 制 總 線 M/IO#、 RD# 、 WR# （ 最 小 模 式 時 ） 或IOWC#、 IORC#（ 最 大 模 式 時 ） 相 連 接 與 外 部 設(shè) 備 相 連 ： 數(shù) 據(jù) 、 狀 態(tài) 、 命 令 。 圖 5-5 簡 單 接 口 的 組 成 5.2 輸 入 輸 出 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 控 制 方 式 5.2.1 程 序 方 式 5.2.2 中 斷 方 式5.2.3 直 接 存 儲 器 存 取 (DMA)方 式 5.2.1 程 序 方 式 在 程 序 控 制 下 進 行 信 息 傳 送 分 為 無 條 件 傳 送 和 條 件 傳 送 二 種1 無 條 件 傳 送 方 式 對 于 簡 單 的 外 部 設(shè) 備 的 I O操 作 可 以 隨 時 進 行 ； 例 如 ， 開 關(guān) 、 發(fā) 光 二 極 管 這 些 簡 單 設(shè) 備 的 輸 入 信 號 一 般 不 需 要 鎖 存 ， 可 以 通 過 三態(tài) 緩 沖 器 與 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 直 接 相 連 。 簡 單 輸 出 設(shè) 備 的 信 號 一 般 需 要 由 鎖 存 器 鎖 存 圖 5-6 無 條 件 輸 入 輸 出 傳 送 接 口 2. 條 件 傳 送 方 式 條 件 傳 送 也 稱 為 查 詢 式 傳 送 、 異 步 傳 送 ； 接 口 電 路 除 了 有 傳 送 數(shù) 據(jù) 的 端 口 以 外 ， 還 應(yīng) 有 儲 存 和傳 送 狀 態(tài) 的 端 口 。 對 于 輸 入 過 程 ： 外 設(shè) 將 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 備 好 ， “ 準(zhǔn) 備 好 （ READY） ”標(biāo) 志 位 置 1; CPU將 數(shù) 據(jù) 取 走 ， READY=0 對 于 輸 出 過 程 : 外 設(shè) 接 收 到 數(shù) 據(jù) ， 將 “ 忙 （ BUSY） ”標(biāo) 志 位 置 1 數(shù) 據(jù) 輸 出 完 成 ， 將 “ BUSY”清 零 。 一 個 數(shù) 據(jù) 的 “ 條 件 傳 送 ” 過 程 ： CPU從 接 口 中 讀 取 狀 態(tài) 字 ； CPU檢 測 狀 態(tài) 字 的 對 應(yīng) 位 是 否 滿 足 “ 就 緒 ” 條 件 ， 如果 不 滿 足 ， 則 回 到 前 一 步 重 新 讀 取 狀 態(tài) 字 ； 如 狀 態(tài) 字 表 明 外 設(shè) 已 處 于 “ 就 緒 ” 狀 態(tài) ， 則 傳 送 數(shù) 據(jù) 。 圖 5-9 查 詢 式 輸 入 流 程 查 詢 方 式 輸 入 接 口 電 路 （ 圖 5-7） 接 口 內(nèi) 有 兩 個 端 口 ： 數(shù) 據(jù) 端 口 （ 8位 ， 輸 入 ） 狀 態(tài) 端 口 （ 1位 ， 輸 入 ， 連 接 在 D7上 ， =1表 示 有 數(shù) 據(jù) ） 選 通 信 號 有 二 個 作 用 ： 將 外 設(shè) 的 數(shù) 據(jù) 送 到 接 口 的 鎖 存 器 中 ； 使 接 口 中 的 D觸 發(fā) 器 置 “ l”（ READY=1） 數(shù) 據(jù) 信 息 和 狀 態(tài) 信 息 從 不 同 端 口 經(jīng) 過 數(shù) 據(jù) 總 線 送到 CPU。 圖 5-7 查 詢 式 輸 入 接 口 電 路 匯 編 語 言 程 序 ： AGAIN: IN AL, STAT_PORT; 讀 狀 態(tài) 端 口 ， D7=1表 示 “ 數(shù) 據(jù) 就 緒 ” TEST AL， 80H ; 測 試 “ 數(shù) 據(jù) 就 緒 ” 位 JZ AGAIN ; 未 就 緒 ， 繼 續(xù) 讀 狀 態(tài) 端 口 IN AL, DATA_PORT ; 已 就 緒 ， 從 數(shù) 據(jù) 端 口 讀 取 數(shù) 據(jù) C語 言 程 序 ：do stat = inportb( stat_port ); while (stat /* 數(shù) 據(jù) 未 準(zhǔn) 備 好 反 復(fù) 讀 狀 態(tài) */data = inportb( data_port ); /* 數(shù) 據(jù) 已 準(zhǔn) 備 好 則 讀 取 數(shù) 據(jù) */ 查 詢 方 式 輸 出 接 口 電 路 (圖 5-8） 接 口 內(nèi) 有 兩 個 端 口 ： 數(shù) 據(jù) 端 口 （ 8位 ， 輸 出 ） 狀 態(tài) 端 口 （ 1位 ， 輸 入 ， 連 接 在 D7上 ， =1表 示 正 在輸 出 ， “ BUSY”） CPU讀 取 接 口 中 的 狀 態(tài) ： 外 設(shè) 忙 （ BUSY =1） ， CPU等 待 外 設(shè) 空 閑 （ BUSY =0） ， 向 外 設(shè) 輸 出 數(shù) 據(jù) 圖 5-8 查 詢 式 輸 出 接 口 電 路 “ 數(shù) 據(jù) 端 口 寫 ” 信 號 作 用 ： 把 數(shù) 據(jù) 打 入 “ 鎖 存 器 ” ； 將 “ 狀 態(tài) 觸 發(fā) 器 ” 置 1 D觸 發(fā) 器 的 作 用 ： 為 外 設(shè) 提 供 一 個 聯(lián) 絡(luò) 信 號 STB， 告 訴 外 設(shè) 現(xiàn) 在 接 口中 已 有 數(shù) 據(jù) 可 供 提 取 ； 用 作 該 設(shè) 備 的 狀 態(tài) 標(biāo) 志 （ “ 忙 ” ， BUSY） 。 匯 編 語 言 程 序 ：ONE: IN AL, STATUS_PORT ; 讀 狀 態(tài) 端 口TEST AL, 80H ; 測 試 “ 忙 ” 位 JNZ ONE ; 忙 ， 再 讀 狀 態(tài) 端 口 MOV AL, DATA ; 不 忙 ， 取 來 數(shù) 據(jù)OUT DATA_PORT, AL ; 送 入 數(shù) 據(jù) 端 口C語 言 程 序 ：do stat = inportb( status_port ); while ( stat /*設(shè) 備 “ 忙 ” :反 復(fù) 讀 狀 態(tài)*/outportb( data_port, data ); /*設(shè) 備 空 閑 :輸 出 數(shù) 據(jù) */ 查 詢 式 輸 入 輸 出 的 程 序 設(shè) 計 例某 字 符 輸 入 設(shè) 備 以 查 詢 方 式 工 作 ： 數(shù) 據(jù) 輸 入 端 口 ： 0054H， 狀 態(tài) 端 口 ： 0056H。 狀 態(tài) 寄 存 器 ： D0=1， 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 備 好 ， 可 以 輸 入 ； 狀 態(tài) 寄 存 器 ： D1=1， 輸 入 設(shè) 備 發(fā) 生 故 障要 求 ： 從 該 設(shè) 備 上 輸 入 80個 字 符 ， 配 上 水 平 和 垂 直 校 驗 碼（ 偶 校 驗 ） ， 向 串 行 口 輸 出 。 如 果 設(shè) 備 出 錯 ， 顯 示 錯 誤 信 息 后 停 止 。 匯 編 語 言 程 序 ： .dataBuffer DB 81 dup( ? ) Message DB Device Fault !， 0DH， 0AH， $ .codeStart： MOV AX， data ； 對 DS初 始 化 MOV DS， AX LEA SI， Buffer ； 設(shè) 置 SI為 緩 沖 區(qū) 指 針 MOV CX, 80 ； 設(shè) 置 CX為 計 數(shù) 器 MOV DL, 0 ； DL置 垂 直 校 驗 碼 初 值 Next： IN AL, 56H ； 讀 入 狀 態(tài) TEST AL， 02H ； 測 狀 態(tài) 寄 存 器 D1 JNZ ERROR ； 設(shè) 備 故 障 ， 轉(zhuǎn) ERROR TEST AL， 01H ； 測 狀 態(tài) 寄 存 器 D0JZ Next ； 未 準(zhǔn) 備 好 ， 則 等 待 ， 再 測 IN AL， 54H ； 準(zhǔn) 備 好 , 輸 入 字 符AND AL, 7FH ； 清 最 高 位 ， 進 行 校 驗JPE Store ； 已 經(jīng) 是 偶 數(shù) 個 1， 則 轉(zhuǎn) Store OR AL， 80H ； 奇 數(shù) 個 1， 將 最 高 位 置 為 1Store: XOR DL， AL ； 產(chǎn) 生 垂 直 校 驗 碼MOV SI, AL ； 將 字 符 送 緩 沖 區(qū) INC SI ； 修 改 地 址 指 針LOOP Next ； 80個 字 符 未 輸 入 完 成 ， 繼 續(xù) MOV SI, DL ; 輸 入 完 成 , 保 存 垂 直 校 驗 碼Tranfer:LEA SI， Buffer ； 準(zhǔn) 備 發(fā) 送 ,SI中 置 字 符 串 首 址 MOV CX， 81 ； 發(fā) 送 字 符 數(shù)One： MOV AH， 04H ； 設(shè) 置 串 口 輸 出 功 能 號MOV DL, SI ； 取 出 一 個 字 符INT 21H ； 從 串 口 輸 出 INC SI ； 修 改 指 針 LOOP One ； 輸 出 下 一 個 字 符JMP Done Error:MOV AH, 09H ； 設(shè) 備 故 障 ， 輸 出 出 錯 信 息LEA DX, Message INT 21HDone: MOV AH, 4CHINT 21H ； 返 回 DOSEND Start 說 明 ： 程 序 由 二 段 循 環(huán) 程 序 組 成 ： 第 一 段 程 序 從 設(shè) 備 輸 入 80個 字 符 ， 同 時 產(chǎn) 生 它 的 水 平 /垂 直 校 驗 碼 存 入 緩 沖 區(qū) ； 第 二 段 程 序 將 緩 沖 區(qū) 內(nèi) 容 通 過 串 口 輸 出 。 測 試 狀 態(tài) 位 要 注 意 先 后 次 序 ：由 于 設(shè) 備 故 障 將 導(dǎo) 致 該 設(shè) 備 不 能 正 常 輸 入 ， 使 完 成 標(biāo)志 （ D0） 恒 為 零 。 所 以 ， 在 設(shè) 備 發(fā) 生 故 障 時 先 判 是 否完 成 可 能 導(dǎo) 致 程 序 死 循 環(huán) 。 產(chǎn) 生 水 平 校 驗 碼 ： 從 設(shè) 備 讀 入 數(shù) 據(jù) ， 清 除 最 高 位 ，根 據(jù) 剩 余 七 位 的 奇 偶 特 性 決 定 最 高 位 置 1或 不 變（ 保 持 為 0） 。 產(chǎn) 生 垂 直 校 驗 碼 ： 將 80個 字 節(jié) 半 加 （ 異 或 ） 得 到 。 多 個 設(shè) 備 循 環(huán) 查 詢 方 法 舉 例 ： 三 個 設(shè) 備 ， 它 們 狀 態(tài) 端 口 地 址 分 別 為 STATl、 STAT2、STAT3， 三 個 狀 態(tài) 端 口 均 使 用 第 5位 作 為 準(zhǔn) 備 好 標(biāo) 志 。 TREE： MOV FLAG， 0INPUT： IN AL， STAT l TEST AL， 20H JZ DEV2 CALL PROC l DEV2: IN AL， STAT2 TEST AL， 20H JZ DEV3 CALL PROC2DEV3； IN AL， STAT3 TEST AL， 20H JZ NOINPUT CALL PROC3NOINPUT： CMP FLAG， 07H JNE INPUT 說 明 ： PROCl、 PROC2、 PROC3是 三 個 設(shè) 備 輸 入 數(shù) 據(jù) 并 進行 處 理 的 子 程 序 。 FLAG存 放 三 個 設(shè) 備 輸 入 完 成 的 標(biāo) 志 ， D0, D1, D2分 別代 表 一 個 設(shè) 備 的 輸 入 完 成 情 況 （ =0表 示 未 完 成 ， =1表示 完 成 ） 。 上 例 僅 適 用 于 三 個 設(shè) 備 工 作 速 度 都 比 較 慢 的 情 況 ； 如 果 其 中 一 個 設(shè) 備 工 作 速 度 很 快 ， 而 其 他 設(shè) 備 的 輸 入輸 出 處 理 程 序 運 行 時 間 又 較 長 ， 可 能 發(fā) 生 “ 覆 蓋 錯誤 ” 。 在 這 種 情 況 下 ， 應(yīng) 優(yōu) 先 執(zhí) 行 工 作 速 度 較 快 的 外 設(shè) 的 I O過 程 ， 然 后 再 執(zhí) 行 其 他 設(shè) 備 的 I O過 程 。 5.2.2 中 斷 方 式程 序 查 詢 方 式 的 特 點 ： 程 序 查 詢 方 式 解 決 了 CPU與 外 設(shè) 工 作 的 協(xié) 調(diào) 問 題 ， 但是 卻 大 大 降 低 了 CPU的 使 用 效 率 ； 在 程 序 查 詢 方 式 中 ， CPU處 于 主 動 地 位 ， 外 設(shè) 處 于 消極 等 待 查 詢 的 被 動 地 位 ； 設(shè) 備 較 多 時 ， 查 詢 方 式 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 很 難 使 每 一 個 外 設(shè)都 能 工 作 在 最 佳 狀 態(tài) 。 程 序 中 斷 方 式 特 點 ： 賦 予 系 統(tǒng) 中 的 外 設(shè) 某 種 主 動 申 請 、 配 合 CPU工 作 的“ 權(quán) 利 ” 。 外 設(shè) 把 數(shù) 據(jù) 準(zhǔn) 備 好 時 ， 主 動 向 CPU發(fā) 出 一 個 請 求 信 號 。 CPU接 收 到 請 求 信 號 后 ， 暫 停 當(dāng) 前 的 工 作 ， 進 行 該 設(shè)備 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 操 作 。 賦 予 外 設(shè) “ 主 動 權(quán) ” 之 后 ， CPU可 以 不 必 反 復(fù) 查 詢該 設(shè) 備 的 狀 態(tài) ， 而 是 正 常 地 處 理 系 統(tǒng) 任 務(wù) ； CPU與 外 設(shè) 處 于 某 種 “ 并 行 工 作 ” 的 狀 態(tài) ， 從 而 提 高CPU的 工 作 效 率 。 中 斷 方 式 舉 例 ： 某 外 設(shè) 在 1秒 內(nèi) 傳 送 100個 字 節(jié) 。 若 用 程 序 查 詢 的 方 式 傳 送 ， 則 CPU為 傳 送 100個 字 節(jié) 所化 費 的 時 間 等 于 1秒 。 用 中 斷 控 制 方 式 傳 送 ， CPU為 執(zhí) 行 一 個 字 節(jié) 的 傳 送 需要 進 入 一 次 中 斷 服 務(wù) 程 序 。 設(shè) CPU執(zhí) 行 一 次 中 斷 服 務(wù) 程 序 需 要 100s； 傳 遞 100個 字 節(jié) CPU所 使 用 的 時 間 為 100s 100=10ms； CPU處 理 中 斷 開 銷 為 1 ， 99 的 時 間 可 執(zhí) 行 其 他 任 務(wù) ； 中 斷 方 式 的 數(shù) 據(jù) 傳 送 仍 在 程 序 的 控 制 下 執(zhí) 行 ， 稱 為 程序 中 斷 方 式 ； 適 應(yīng) 于 中 、 慢 速 的 外 部 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 傳 送 。 3.2.3 直 接 存 儲 器 存 取 (DMA)方 式程 序 中 斷 方 式 ， 程 序 查 詢 方 式 的 缺 點 ： 中 斷 方 式 ： 每 傳 送 一 次 數(shù) 據(jù) ， CPU必 須 執(zhí) 行 一 次 中 斷 服 務(wù) 程 序 ； 對 于 高 速 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ， 容 易 產(chǎn) 生 “覆 蓋 錯 誤 ” 。 程 序 查 詢 方 式 ： 響 應(yīng) 速 度 比 中 斷 方 式 要 快 一 些 ， 完 成 一 次 數(shù) 據(jù) 傳 輸 仍然 需 要 執(zhí) 行 七 、 八 條 以 上 的 指 令 。 CPU的 工 作 速 度 不 高 時 仍 有 可 能 跟 不 上 外 設(shè) 數(shù) 據(jù) 傳 輸?shù)?需 要 。 直 接 存 儲 器 傳 送（ Direct Memory AccessDMA） 將 外 設(shè) 的 數(shù) 據(jù) 不 經(jīng) 過 CPU直 接 送 入 內(nèi) 存 儲 器 ； 或 者 ， 從 內(nèi) 存 儲 器 不 經(jīng) 過 CPU直 接 送 往 外 部 設(shè) 備 ； 一 次 DMA傳 送 只 需 要 執(zhí) 行 一 個 DMA周 期 （ 相 當(dāng) 于 一個 總 線 讀 寫 周 期 ） ； 能 夠 滿 足 高 速 外 設(shè) 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 需 要 ； 需 要 一 個 專 門 的 器 件 來 協(xié) 調(diào) 外 設(shè) 接 口 和 內(nèi) 存 儲 器 的 數(shù)據(jù) 傳 輸 ， 稱 為 DMA控 制 器 （ DMAC） 圖 5-10 DMA數(shù) 據(jù) 傳 送 示 意 圖 5.3 開 關(guān) 量 輸 入 輸 出 接 口 5.3.1 開 關(guān) 量 輸 入 接 口 5.3.2 開 關(guān) 量 輸 出 接 口 5.3.1 開 關(guān) 量 輸 入 接 口 1 基 本 的 開 關(guān) 量 輸 入 接 口 開 關(guān) 形 態(tài) ： 單 刀 單 擲 開 關(guān) /單 刀 雙 擲 開 關(guān) /按 鈕 開 關(guān) 量 通 過 三 態(tài) 緩 沖 器 與 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 連 接 常 用 的 三 態(tài) 緩 沖 器 ： 74LS244（ 輸 入 輸 出 同 相 ） /74LS240（ 輸 入 輸 出 反 相 ） 一 條 輸 入 指 令 可 以 同 時 讀 入 8位 或 16位 開 關(guān) 量 。 圖 5-11 基 本 開 關(guān) 量 輸 入 接 口 2 矩 陣 式 開 關(guān) 量 輸 入 接 口開 關(guān) 數(shù) 量 多 時 ， 可 以 排 列 成 矩 陣 ， 例 如 ： 圖 5-12（ 鍵 盤 ） 數(shù) 據(jù) 輸 出 端 口 連 接 8根 “ 行 線 ” (Row， R0R7); 數(shù) 據(jù) 輸 入 端 口 連 接 8根 “ 列 線 ” (Column, C0C7);電 路 特 點 ： 沒 有 鍵 按 下 時 ， 列 線 端 口 輸 入 為 全 “ 1” ； 行 線 端 口 輸 出 全 “ 1” 時 ， 不 論 有 無 鍵 按 下 ， 列 線 端 口 輸入 仍 然 為 全 “ 1” ； 某 一 行 線 輸 出 “ 0” 時 ， 如 果 該 行 上 有 一 個 鍵 按 下 ， 則 輸入 端 口 輸 入 代 碼 為 7個 “ 1” ， 1個 “ 0” ， 0的 位 置 與 被 按下 鍵 的 位 置 相 對 應(yīng) 。 圖 5-12 鍵 盤 (矩 陣 式 開 關(guān) 量 輸 入 )接 口 鍵 盤 掃 描 與 編 碼 ： 對 8根 行 線 逐 行 掃 描 ， 識 別 按 鍵 的 所 在 行 、 列 ， 從 而獲 得 該 鍵 的 代 碼 ; 一 個 鍵 的 編 碼 可 以 用 它 的 二 字 節(jié) “ 行 列 碼 ” 表 示 。 例如 ， （ R3， C2） 的 二 字 節(jié) “ 行 列 碼 ” 為 F7FBH： F7H=11110111 ： 按 鍵 在 R3行 上 ； FBH=11111011 ： 按 鍵 在 C2列 上 ； 用 “ 行 列 碼 ” 查 表 ， 可 以 得 到 這 個 鍵 的 代 碼 。 鍵 的 編 碼 也 可 以 用 一 字 節(jié) “ 掃 描 碼 ” 表 示 。 上 例 中 按鍵 的 一 字 節(jié) “ 掃 描 碼 ” 為 32H： 高 4位 0011： 鍵 所 在 的 行 ； 低 4位 0010： 鍵 所 在 的 列 ； 鍵 剛 按 下 時 ， 會 產(chǎn) 生 “ 抖 動 ” 。 鍵 盤 掃 描 程 序 ： 沒 有 鍵 被 按 下 ， 返 回 1； 有 鍵 按 下 時 返 回 按 鍵 的 二 字 節(jié) “ 行 列 碼 ” （ 行 碼 為 高 8位 ， 列 碼 為 低 8位 ） ； RPORT, CPORT 定 義 為 行 、 列 端 口 的 地 址 。 unsigned int kbinput( ) unsigned int row, row0, column, code, k=0; outportb( RPORT, 0); /*各 行 輸 出 全 0,測 試 有 無 鍵 按 下 */ if (inportb(CPORT) /* 沒 有 鍵 按 下 ， 返 回 全 “ 1” */ delay(20); /* 延 時 20ms， 消 除 抖 動 */ if (inportb(CPORT) /* 再 次 測 試 ， 確 認(rèn) 有 鍵 被 按 下 */ row0 = row = 0 xff7f; column = 0 xff; k=0; /* 置 行 碼 初 值 :從 最 高 位 對 應(yīng) 行 開 始 逐 行 掃 描 */ while( k 1) ; k+; /* 形 成 下 一 個 行 碼 */ if (column = = 0 xff ) return( 0 xffff ); /* 未 找 到 按 鍵 所 在 行 ， 返 回 全 “ 1” */ code = (row0 /* 由 行 碼 、 列 碼 組 合 得 到 “ 行 列 碼 ” */ return (code ); 5.3.2 開 關(guān) 量 輸 出 接 口1 基 本 的 開 關(guān) 量 輸 出 接 口常 見 的 開 關(guān) 量 輸 出 ： LED發(fā) 光 二 極 管 LED指 示 燈 用 于 指 示 室 內(nèi) 儀 表 狀 態(tài) 小 功 率 LED可 以 由 邏 輯 電 路 直 接 驅(qū) 動 ： 輸 出 0： LED發(fā) 光 輸 出 1： LED熄 滅 執(zhí) 行 元 件 驅(qū) 動 線 圈 器 件 型 號 高 電 平 輸 出 電 流 低 電 平 吸 收 電 流74LS00,04,10,20,30(邏 輯 門 ) 400A 8m A74LS01,03,05,12,22(OC門 ) 100A 8m A7407(OC驅(qū) 動 器 ) 250A 40m A(Voh=30V)74LS244(總 線 驅(qū) 動 器 ) 15m A 24m A74LS273(D觸 發(fā) 器 ) 400A 8m A74LS373(三 態(tài) 輸 出 鎖 存 器 ) 2.6m A 24m A表 5-3 部 分 邏 輯 電 路 輸 出 端 電 流 Di +5V +12V+5VDiDi (a)小 功 率 LED用 邏 輯 門 驅(qū) 動 （ b） 外 接 功 率 放 大 三 極 管 驅(qū) 動 +15VD i Di +15V (c)用 集 電 極 開 路 驅(qū) 動 器 （ OC門 ）驅(qū) 動 大 功 率 LED驅(qū) 動 或 執(zhí) 行 元 件 驅(qū) 動 線 圈 的 驅(qū) 動 : 普 通 邏 輯 電 路 輸 出 ， 外 接 功 率 放 大 三 極 管 驅(qū) 動 ； 集 電 極 開 路 驅(qū) 動 器 （ OC驅(qū) 動 器 ） ， 輸 出 端 通 過 上 拉 電 阻 接 高 壓 。 2 LED七 段 數(shù) 碼 顯 示 管 接 口 a bcdef g dp (a) LED顯 示 管 外形 與 二 極 管 編 碼 abcdefgdp (b) 共 陽 極 LED顯 示 管 abcdefgdp (c) 共 陰 極 LED顯 示 管 74LS244 74LS273 74LS273位 碼 端 口 寫 段 碼 端 口 寫 D7D0 7407 8G圖 5-15 多 位 LED數(shù) 碼 顯 示 接 口 多 位 LED顯 示 器 驅(qū) 動 ： 設(shè) 置 位 碼 ， 熄 滅 所 有 數(shù) 碼 管 ； 將 一 個 數(shù) 碼 管 的 字 形 代 碼 （ 段 碼 ） 送 入 段 碼 端 口 ; 設(shè) 置 位 碼 ， 點 亮 一 個 數(shù) 碼 管 適 當(dāng) 延 時 后 ， 重 復(fù) 以 上 過 程 多 位 不 同 的 數(shù) 字 同 時 顯 示 在 不 同 的 數(shù) 碼 管 上 。 送 段 碼 之 前 熄 滅 所 有 數(shù) 碼 管 可 以 消 除 “ 段 碼 ” 和“ 位 碼 ” 不 同 步 產(chǎn) 生 的 閃 爍 。 多 位 LED數(shù) 碼 顯 示 程 序 ： 需 要 輸 出 的 數(shù) 字 分 別 是 1,2,3,4,5,6,7,8 段 碼 和 位 碼 的 端 口 地 址 分 別 是 segport 和 bitport ； 數(shù) 據(jù) 段 和 堆 棧 段 dataSegtab db 40h, 4fh, 24h, 30h, 19h db 12h, 02h, 78h, 00h, 10hbuffer db 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 segcode db ?bitcode db ? stack 100h codeleddisp proc farpush ds ； 保 護 各 寄 存 器 內(nèi) 容push axpush bxpush cxpush simov ax, data ； 裝 載 dsmov ds, axlea bx, segtab ； bx 置 為 七 段 碼 表 首 址mov bitcode, 80h ; 位 碼 初 始 值 為 80H(從 左 邊 開 始 )mov si, 0 ； si用 作 輸 出 緩 沖 區(qū) 指 針 ， 初 值 0mov cx, 8 ； cx 用 作 循 環(huán) 計 數(shù) 器 ， 初 值 8 one: mov al, 0out bitport, al ； 送 位 碼 0， 熄 滅 各 LED mov al, buffersi ； 取 出 一 個 待 輸 出 數(shù) 字xlat ； 轉(zhuǎn) 換 成 七 段 碼out segport, al ； 向 段 碼 端 口 輸 出mov al, bitcodeout bitport, al ； 輸 出 位 碼 ， 點 亮 一 個 LEDror bitcode, 1 ； 修 改 位 碼 ， 得 到 下 一 個 位 碼inc si ； 修 改 輸 出 緩 沖 區(qū) 指 針call delay ； 延 時loop one ； 循 環(huán) ， 點 亮 下 一 個 LED pop sipop cx ； 恢 復(fù) 各 寄 存 器pop bxpop axpop dsret ； 返 回 主 程 序leddisp endpend 習(xí) 題 51. 接 口 電 路 與 外 部 設(shè) 備 之 間 傳 送 的 信 號 有 哪 幾 種 ？ 傳輸 方 向 怎 樣 ？2. 接 口 電 路 有 哪 些 功 能 ？ 哪 些 功 能 是 必 需 的 ？3. I/O端 口 的 編 址 有 哪 幾 種 方 法 ？ 各 有 什 么 利 弊 ？80X86系 列 CPU采 用 哪 種 方 法 ？4. 按 照 傳 輸 信 號 的 種 類 ， I/O端 口 有 幾 種 ？ 它 們 信 號 的傳 輸 方 向 怎 樣 ？5. I/O端 口 譯 碼 電 路 的 作 用 是 什 么 ？ 在 最 小 模 式 和 最 大模 式 下 分 別 有 哪 些 輸 入 信 號 ？6. 外 部 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 傳 送 有 哪 幾 種 控 制 方 式 ？ 從 外 部 設(shè) 備的 角 度 ， 比 較 不 同 方 式 對 外 部 設(shè) 備 的 響 應(yīng) 速 度 。 7. 敘 述 一 次 查 詢 式 輸 出 過 程 中 ， 接 口 內(nèi) 各 電 路 、 信 號 的狀 態(tài) 變 化 過 程 。8. 比 較 程 序 中 斷 方 式 和 查 詢 方 式 的 區(qū) 別 ， 根 據(jù) 比 較 ， 指出 中 斷 工 作 方 式 的 優(yōu) 缺 點 。9. 比 較 DMA方 式 和 程 序 中 斷 方 式 的 區(qū) 別 ， 根 據(jù) 比 較 ， 指出 DMA工 作 方 式 的 優(yōu) 缺 點 。10. 某 輸 入 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 端 口 、 狀 態(tài) 端 口 、 控 制 端 口 地 址 分 別為 70H, 71H, 72H。 狀 態(tài) 端 口 D5=1表 示 輸 入 完 成 ， 控制 端 口 D7=1表 示 啟 動 設(shè) 備 輸 入 （ 輸 入 完 成 后 由 設(shè) 備清 除 該 位 ） 。 從 該 設(shè) 備 輸 入 100個 字 節(jié) 數(shù) 據(jù) ， 存 入 以BUFFER為 首 地 址 的 緩 沖 區(qū) 。 如 果 啟 動 該 設(shè) 備 1秒 后仍 未 完 成 一 次 輸 入 ， 則 視 為 超 時 錯 ， 顯 示 出 錯 信 息 后返 回 。 分 別 用 8086匯 編 語 言 和 C語 言 編 寫 完 成 上 述 功能 的 I/O程 序 。 11. 某 輸 出 設(shè) 備 數(shù) 據(jù) 端 口 、 狀 態(tài) 端 口 地 址 分 別 為 220H, 221H。 狀 態(tài) 端 口 D0=1表 示 輸 出 完 成 。 將 數(shù) 據(jù) 段 中 以STRING為 首 地 址 的 20個 字 符 （ 用 七 位 ASCII代 碼 存儲 ） 添 加 水 平 和 垂 直 校 驗 發(fā) 送 到 該 外 部 設(shè) 備 。 用 8086匯 編 語 言 編 寫 完 成 上 述 功 能 的 I/O程 序 。12. 試 畫 出 矩 陣 式 鍵 盤 查 詢 的 程 序 流 程 圖 。13. 試 畫 出 公 用 端 口 多 位 LED輸 出 的 程 序 流 程 圖 。