IO

I/O接口：

将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。用以实现外设与主机之间的信息交换

l/O端口：

接口中的寄存器，可以由CPU读或写

端口分为三部分：

数据端口
状态端口
控制端口

CPU同外设间交换的信息由三类：

数据信息
1. 三种类型
  1. 数字量
    1. 二进制信息——数
      ASCII码表示的数或字符
  2. 模拟量：具体的值
  3. 开关量

2.状态信息: 表示外设当前所处的工作状态。

3.控制信息: 由CPU发出的，用于控制I/O接口的工作方式以及外设的启动和停止等。

I/O端口的访问

1、输入指令

格式：IN 累加器，端口

功能：把端口中数据读到AL、或AX中。

例：IN AL，21H MOV DX，201H

IN AX，DX

2、输出指令

格式：OUT 端口，累加器

功能：把寄存器AL、或AX中数据输出到端口。

例： OUT 32H，AL MOV DX，201H

IN DX，AX

CPU与外设交换数据的方式：

程序控制传递方式（都在运行指令）
特点：
1. 以CPU为中心，控制来自CPU，通过预先编写好的 I/O 程序实现数据的传送。
2. 速度偏低，传送路径经过CPU内部寄存器同时数据 I/O 响应也比较慢
无条件传送方式 (同步传送方式)
特点：适用于总是处于准备好状态的外设
方法：把 I/O 指令插入到程序中，当程序执行到该指令时，外设已做好准备，于是在此指令时间内完成数据传送任务。
优点：软件及接口硬件简单
缺点：CPU效率低，只适用于简单外设，适应范围较窄
asm
```
#无条件查询方式
	mov al,01h
  LL:mov dx,300h
  	out dx,al
     rol al,1
     jmp ll
```
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查询传送方式（异步传送方式）
当CPU同外设不同步且不知道外设工作速率时，可采用此方式传送。传送数据前，CPU必须先对外设进行状态检测(查状态位)。
适应场合：
外设并不总是准备好
对传送速率和效率，要求不高
对外设及接口的要求：
外设应提供设备状态信息
接口应具备状态端口
完成一次传送过程的步骤如下：
1. 通过执行一条输入指令，读取所选外设的当前状态(读状态口)
2. 根据该设备的状态决定程序去向
3. 外设 "忙" 或 "未准备就绪" ——> 重复检测外设状态
4. 外设 "空" 或 "准备就绪" ——> 发出 I/O 指令，进行一次数据传送(数据口)
5. 优点：软件比较简单
6. 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢。
asm
```
#查询传送方式
  ll:mov dx,400h
	in al,dx   #去400h端口查询状态位
     test al,08h 
     jz ll	#判断是否等于1，等于1为准备好，否则继续查
     mov ax,1000h
     mov ds,ax
     mov al,2000h
     mov dx,300h
     out dx,al  #送 [1000]:[2000] 数据给 300h端口
```
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中断传送方式
1. 无条件传递和查询传送的缺点是：CPU和外设只能串行工作
2. 为了提高系统的工作效率，充分发挥CPU的高速运算能力，引入了 "中断" 系统，利用中断来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是中断传送方式。
特点（外设主动打断CPU）：
外设在需要时间向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序。
中断使CPU和外设以及外设之间能并行工作。
工作过程：
在中断传送方式中，需要提前安排好某一服务程序（外设），当外设完成数据传送的准备后，向CPU发出中断请求信号，在CPU可以响应中断的条件下，主程序被 "中断" ，转去执行 "中断服务程序"，来服务中断。
优点：
CPU效率高，实时性好，速度快
缺点：
程序编制较为复杂

以上三种 I/O 方式的共性

无条件、查询、中断、程序、均需 CPU 作为中介：

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。

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。

缺点：

程序的执行速度限定了传送的最大速度。

DMA（直接存储器读取）传递方式

外设和内存之间之间传送数据的方式，即 DMA 传送方式，在 DMA 传送方式中，对这一数据传送过程进行控制的硬件称为 DMA 控制器(DMAC)。

特点：

外设直接与存储器进行数据交换，不需要 CPU 干预也不需要软件介入。

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。

1.DMA操作的基本方法

（1）周期挪用（Cycle Stealing）

（2）周期扩散

（3）CPU停机方式

最常用，最简单的传送方式

2.DMA的传送方式

(1)单字节传送方式

每次DMA传送只传送一个字节就立即释放总线。

(2)成组传送方式

DMAC在申请到总线后，将一组数据传送完后才释放总线，而不管中间DREQ是否有效。

(3)请求传送方式（查询传送方式）

成组传送，但每传送一个字节后，DMAC查DREQ，有效传，无效挂起。

３.DMAC（DMA控制器）的基本功能(查询传送方式)

（1）能接收外设的请求，向CPU发出DMA请求信号。

（2）当接到CPU发出DMA响应信号后，DMAC接管对总线的控制，进入DMA方式。

（3）能寻址存储器，即能输出地址信息和修改地址。

（4）能向存储器和外设发相应的读/写控制信号。

（5）能控制传送的字节数，判断DMA是否结束。

（6）在DMA传送结束后，能结束DMA请求信号，释放总线，使CPU恢复正常工作。

统一编址(存储器映像)：

在这种编址方式中，I/O 端和内存单元统一编址，即把 I/O 端口当作内存单元对待，从整个内存空间中，划出一个子空间给 I/O 端口，每一个 I/O 端口分配一个地址码，用访问存储器的指令对 I/O 端口进行操作。

优点：

访问内存指令适用于 I/O 端口，对于 I/O 端口的数据处理能力强。

CPU 无需产生区别访问内存操作和 I/O 操作的控制信号，从而可减少引脚。

缺点：

程序中 I/O 操作不清晰，难以区分程序中的 I/O 操作和存储器操作

I/O 端口占用了一部分内存空间

独立编址(8086在用)：

8086采用的是 IO 独立编址

I/O 端口编址和存储器的编址相互独立，即 I/O 端口地址空间和存储器地址，空间分开设置，互不影响。采用这种编址方式，对 I/O 端口的操作使用输入、输出指令（I/O 指令）需要用 m/I O 非区分访问的是内存还是 I/O （外部空间）

优点：

不占用内存空间

使用 I/O 指令，程序清晰，很容易看出是 I/O 操作还是存储器操作

译码电路比较简单（因为 I/O 端口的地址空间一般比较小，所用地址线也就较少）。

缺点：

需要特点的引脚来区分内存和 IO 单元的访问。

IO ​

I/O接口： ​

l/O端口： ​

CPU同外设间交换的信息由三类： ​

I/O端口的访问 ​

以上三种 I/O 方式的共性 ​

DMA（直接存储器读取）传递方式 ​

统一编址(存储器映像)： ​

独立编址(8086在用)： ​

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