微机原理及应用
主讲：谢维成
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scxweicheng@yahoo.com.cn
第7章 输入和输出
7.1 输入与输出概述
输入和输出是计算机系统的重 要组 成部 分， 程
序、原始数据和各种现场采集到的信息都要通过 输
入设备输入到计算机，计算结果和控制信号需要 输
出到各种输出设备。
CPU与外设之间传送的信息有 数据、状态信息 、
控制信息 三大类。
7.1 输入和输出概述
输
入
装
置
计
算
机
输
出
装
置
程序
结果
信息
原始数据
控制
信号
信息
7.1.1 输入输出的寻址方式
CPU寻址外设的两种方式
1、存储器对应输入输出方式（M与I/0统一编地址）
2、端口寻址的输入输出方式（I/0独立编地址）
7.1.1 输入输出的寻址方式
1、存储器对应输入输出方式
I/0统一编地址： 把一个外设端口当 作存 储器 的
一个单元来看待, 每个外设端口占有存储器的一个地
址。
从外设输入一个数据,看作存储器一次读操作；
向外设输出一个数据,看作存储器一次写操作；
7.1.1 输入输出的寻址方式
存储器对应输入输出方式的优点和缺点
优点： 内存和外设的地址由一个译码器解决,不
需专门的I /O指令,全部存储器指令 都可 用, 指令 多 ,
使用方便(输入,输出不只局限于累加器)；
缺点： 占用内存空间,寻址的地址字节增加,增
加了指令的执行时间。
目 前 的 IBM-PC系列计算机,存储器和端口寻址是
分开的。
7.1.1 输入输出的寻址方式
2、端口寻址的输入输出方式
I/0独立编地址： 端口寻址方式，有专门的I /O指
令。
IN AL,n IN AL,DX
IN AX,n IN AX,DX
OUT n,al OUT DX,AL
OUT n,AX OUT DX,AX
直接寻址,可寻址 间 接寻址,可寻址
0～255个端口 64K个端口
注意是以端口作为地址单元,因一个外设可 能有
一个或一个以上的端口。
7.1.1 输入输出的寻址方式
判断：
IN AL,0A00H
IN AL，40H
OUT DX，AL
7.1.2 CPU与I/O设备之间的接口信息
CPU与外设之间的接口信息
⒈数据
（1）数字量
如键盘输入的以ASCII码表示的数或字 符;CRT显
示等。
（2）模拟量
非电量 电量 A/D
（3）开关量
例:开关的合与断;电机的运转与停止.
7.1.2 CPU与I/O设备之间的接口信息
数据
I/0
装置
状态
CPU
控制
7.1.2 CPU与I/O设备之间的接口信息
2.状态信息
输入设备，用READY表示准备好否？
READY=1,准备好；
READY=0,未准备好。
输出设备，常用BUSY表示忙否？ BUSY=1忙。
例：打印机若不忙,可送数
3.控制信号
(0或1)控制继电器的吸合与断开或外设的启动
与停止等。 状态信息、控制信号与数据是不同性 质
的信息 ,必须区分开来,但微机只有通用的I N/OUT指
令
7.1.2 CPU与I/O设备之间的接口信息
状态信息、控制信息
CPU 状态信息当作数据
CPU 控制信号当作数据
为了不和数据信号混起来,须用不同的端口把
它 们 区分开来,如图7-2所示。这就是一个外设为什
么要几个端口地址的道理。
数据端口一般为8位,而实际应用中,状态与控
制可能只用一位或两位,故二者可合用一个端口。
OUT
IN
7.1.2 CPU与I/O之间的接口信息
接口信号如下图所示：
端口地址
8086/8088
数据
IOW
8
I/O端口 1
I/O端口 2
I/O端口 3
数据
8
状态
控制
I/O装置
IOR
8
图7-2 CPU与I/O之间的接口
7.3 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传送的信息
前面的内容我们知道C PU与外设之间传送的信
息有 数据、状态信息、控制信息 三大类，下边探讨
CPU是如何与外设传送数据的。
CPU与外设传送数据主要考虑两个方面的问题：
第一.CPU的工作状态
第二.外设的状态
7.3 CPU与外设之间数据的传送方式
? 无条件传送方式
? 查询传送方式
? 中断传送方式
? 直接数据通道传送(DMA)方式
重点：四种方式的实现技术细节
难点：为什么有这四种输入输出方式?
7.2.1 无条件传送
最简单的传送方式是不管外设是否准备好，C PU
直接对外设进行数据转送。
?1.无条件传送输入方式
过程： 当CPU执行
IN AL，port
IO/M=1
RD=0
地址译码=1
CE=0，则CPU从缓冲器经数据总线获取输入数据。
7.2.1 无条件传送
无条件传送输出
过程：当CPU执行
OUT port,AL
IO/M=1
WR=0
地址译码=1
CE=0，则CPU 输出的数据通过数据总线传送到缓冲
器，最终传送到外设。
7.2.1 无条件传送
应用举例： 打印机的走纸电机和字车电机均采用步
进电机，它的运转就是采用程序改变其正反转。
原理： 通过改变锁
存器的低四位的值，
从而驱动电机。
b1=1,b2=1;AB相加电
b2=1,b3=1;BC相加电
b3=1,b4=1;CD相加电
b4=1,b1=1;DA相加电
7.2.1 无条件传送
程序：
START：MOV DX，port; 送锁存器地址到DX
MOV AL，03H
OUT DX，AL ；AB相加电
CALL delay
MOV AL，06H
OUT DX，AL ；BC相加电
CALL delay
7.2.1 无条件传送
程序续：
MOV AL，0CH
OUT DX，AL ；CD相加电
CALL delay
MOV AL，09H
OUT DX，AL ；DA相加电
CALL delay
JMP START
7.2.2 查询传送方式
无条件传送的问题： 若外设未准备 好， 数据 传
送失效，关键是浪费了C PU工作时间，于是产生了查
询传送方式。
?1.查询方式输入
7.2.2 查询传送方式
过程： 输入设备准备好，数据送到锁存器；D触发器=1；
CPU读状态，若READY=1则输入数据， 若 READY=0则继续
读状态。
7.2.2 查询传送方式
程序：
数据端口：
data_port
状态端口：
status_port
POLL: IN AL,status_port;读输入设备状态
TEST AL，80H ;检查READY
JE POLL ；未READY则读状态
IN AL，data_port ；READY则输入数据
7.2.2 查询传送方式
2.查询方式输出
7.2.2 查询传送方式
例2：采用查询方式的数据采集系统 ： 8个模拟量输
入的数据采集系统，用查询方式与CPU传送信息。
程序： [略 ]课后仔细分析原理以及程序！
7.2.3 中断传送方式
查询方式讨论
查询方式中C PU要不断地查询外设，当外设 没有
准备好时，C PU要等待（循环读状态），浪费了C PU的
时间；
而且许多外设速度比较低，在输入输出时，C PU
可以执行大量的时 间， 为了 提高 CPU的 效 率 ， 于 是 产
生了中断传送方式。
7.2.3 中断传送方式
过程： 当CPU需要
输入或输出时，由
外设向CPU发出中
断申请，CPU暂停
原来执行的程序，
转入输入输出操作 ，
等操作结束后返回 ，
CPU继续执行原来
的程序。
7.2.3 中断传送方式
中断传送方式
采用中断方式就大大提高了 CPU的 效 率，且
CPU可与多个外设同时工作，从而实现了多任务。
事实上 PC机上的键盘输入、打印任务的管理等
都是采用中断方式进行输入输出的。
7.2.4 直接数据通道传送（DMA）方式
中断传送方式讨论
利用中断进行传送，可大大节约C PU时间， 但中
断传送仍然由C PU通过程序来传送，每次要保护断点，
现场信息，都需要花多条指令的时间。
对于高速的I /O设备，比如磁盘与内存之间交换
数据，就显得速度太慢了。
因此 希望用硬件在外设与内存之间直接进行数
据交换， 而不 通过 CPU，这就是D MA方式，这个硬件
就是DMAC（DMA控制器）。
DMA( Direct Memory Access)
7.2.4 直接数据通道传送（DMA）方式
DMA传送过程
采用D MA方式传送的速度上限取决于存储器的工
作速度 ， 可以单字节和数据块传送，过程如下：
HOLD
DMAC → CPU
HLDA
CPU → DMAC
7.3节将详细讲解DMA控制器
的工作原理及使用方法。
小结以及习题
为什么有这四种传送方式？
目的是提高C PU的利用率，使输入输出
数据有效。
习题
教材（第3版) 题6.3A-6.5B
回答问题
？
