第7章+输入输出接口
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1、微机原理与接口技术微机原理与接口技术 朱华贵朱华贵2016年年05月月03日日微机原理与接口技术微机原理与接口技术第第7 7章章 输入输出接口输入输出接口 朱华贵朱华贵2016年年05月月03日日微机原理与接口技术微机原理与接口技术3本章主要内容本章主要内容 I/O接口概述接口概述1 常用常用I/O接口芯片接口芯片2 CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式3 8086CPU的输入输出的输入输出447.1 I/O接口概述接口概述n输入和输出设备输入和输出设备是计算机系统的重要组成部分，是计算机系统的重要组成部分，完成输入完成输入/输出（简称输出（简称I/O）操作的部件称为输）操作
2、的部件称为输入入/输出接口。输出接口。n各种外部设备通过输入输出接口与系统相连，各种外部设备通过输入输出接口与系统相连，并在接口电路的支持下实现数据传输和操作控并在接口电路的支持下实现数据传输和操作控制。制。5计算机系统中接口的位置计算机系统中接口的位置67.1.1 CPU与与I/O设备之间的接口信息设备之间的接口信息1.数据（数据（Data）数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量2.状态信息（状态信息（Status）3.控制信息（控制信息（Control）77.1.2 I/O接口的主要功能接口的主要功能1.对输入输出数据进行缓冲和锁存对输入输出数据进行缓冲和锁存2.对信号的形式和数据的格式进行
3、变换对信号的形式和数据的格式进行变换3.对对I/O端口进行寻址端口进行寻址4.提供联络信号提供联络信号87.1.3 I/O接口的结构接口的结构数据端口：数据端口：用于数据信息用于数据信息I/O的端口。的端口。CPU通过数据接通过数据接收端口输入数据，有的能保存外设发往收端口输入数据，有的能保存外设发往CPU的数据；的数据；CPU通过数据输出端口输出数据，一般能将通过数据输出端口输出数据，一般能将CPU发往发往外设的数据锁存。外设的数据锁存。状态端口：状态端口：CPU通过状态端口了解外设或接口部件本身通过状态端口了解外设或接口部件本身的状态。的状态。控制端口：控制端口：CPU通过控制端口发出控制
4、命令，以控制接通过控制端口发出控制命令，以控制接口部件或外设的动作。口部件或外设的动作。97.1.4 输入输出的寻址方式输入输出的寻址方式1.存储器映像的存储器映像的I/O寻址寻址 存储单元和存储单元和I/O端口的地址统一编址。端口的地址统一编址。把一个外设端口作为把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待，故每一个外设端口占有存储器的一个存储器的一个单元来对待，故每一个外设端口占有存储器的一个地址。地址。 从外部设备输入一个数据，作为一次存储器读的操作；而向从外部设备输入一个数据，作为一次存储器读的操作；而向外部设备输出一个数据，则作为一次存储器写的操作。外部设备输出一个数据，则作为一次存储器
5、写的操作。10优点：优点：CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便。如可以对外设中的数据故指令多，使用方便。如可以对外设中的数据（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等。进行循环或移位等。内存和外设的地址分布图是同一个。内存和外设的地址分布图是同一个。不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还是是I/O操作的控制信号。操作的控制信号。缺点缺点：外设占用了内存单元，使内存容量减小。外设占用了内存单元，使内存容量减小。117.1.4
6、输入输出的寻址方式输入输出的寻址方式2. I/O映像的映像的I/O寻址寻址 I/O端口地址与存储单元地址分开编址。端口地址与存储单元地址分开编址。CPU有专有专门的门的I/O指令，用地址来区分不同的外设。指令，用地址来区分不同的外设。 但要注意实际上是以端口（但要注意实际上是以端口（Port）作为地址单元，）作为地址单元，因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制命令寄存器，它们各需要一个端口才能加以区分，制命令寄存器，它们各需要一个端口才能加以区分，故一个外设往往需要数个端口地址故一个外设往往需要数个端口地址。12优点：优点：I/O端口不占
7、用存储器地址，故不会减少用户的存端口不占用存储器地址，故不会减少用户的存储器地址空间；储器地址空间；采用单独的采用单独的I/O指令，使程序中指令，使程序中I/O操作和其他操作操作和其他操作层次清晰，便于理解。层次清晰，便于理解。缺点缺点：单独单独I/O指令的功能有限，只能对端口数据进行输指令的功能有限，只能对端口数据进行输入入/输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操输出操作，不能直接进行移位、比较等其他操作；作；采用专用的采用专用的I/O操作时序及操作时序及I/O控制信号线，因而增控制信号线，因而增加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。加了微处理器本身控制逻辑的复杂性。13I/O芯片名称芯片名称
8、 地址范围地址范围 DMAC1DMAC2DMA页面寄存器页面寄存器 0000-001FH00C0-00DFH0080-009FH 中断控制器中断控制器1中断控制器中断控制器2 0020-003FH00A0-00BFH 定时器定时器并行接口芯片并行接口芯片(键盘接口键盘接口)RT/CMOS RAM协处理器协处理器 0040-005FH0060-006FH0070-007FH00F0-00FFH 系统板系统板I/O接口芯片端口地址接口芯片端口地址(0000H-00FFH)：A8=A9=0端口端口(256个个)为系统板所用，为系统板所用，其他端口其他端口(768个个)为扩展槽所用。为扩展槽所用。14
9、n例如：读取计算机的实时时钟并显示。例如：读取计算机的实时时钟并显示。根据根据COMS RAM实时钟信息存放位置表，是编写程序显示当前实时钟信息存放位置表，是编写程序显示当前的时间，格式为时时：分分：秒秒。的时间，格式为时时：分分：秒秒。nMOV AL，4H；04H是存放是存放“小时小时的单元偏移地址的单元偏移地址nOUT 70H，AL；送地址端口；送地址端口nIN AL，71H；读数据端口；读数据端口157.2 常用常用I/O接口芯片接口芯片16177.2 常用常用I/O接口芯片接口芯片18197.3 CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式 CPU与外设之间的数据传送方式一般
10、有：与外设之间的数据传送方式一般有：程序控制方式程序控制方式中断方式中断方式直接存储器存取方式直接存储器存取方式DMA通道控制方式通道控制方式207.3.1 程序控制方式程序控制方式n采用程序控制方式时，状态和数据的传输由采用程序控制方式时，状态和数据的传输由CPU执行一系列指令完成。数据传送过程中，执行一系列指令完成。数据传送过程中，或者由或者由CPU查询外设状态，或者由外设向查询外设状态，或者由外设向CPU发出请求。发出请求。n这种方式又可分为这种方式又可分为无条件传输方式无条件传输方式和和程序查询程序查询方式方式。211.无条件传输方式无条件传输方式nCPU不需要了解外设状态，直接与外设
11、传输数不需要了解外设状态，直接与外设传输数据，适用于按钮开关、发光二极管等简单外设据，适用于按钮开关、发光二极管等简单外设与与CPU的数据传送过程。的数据传送过程。n这种传输方式的特点这种传输方式的特点是硬件电路和程序设计都是硬件电路和程序设计都比较简单，比较简单，一般用于能够确信外设已经准备就一般用于能够确信外设已经准备就绪的场合绪的场合。22CPU译码译码数据线数据线M/IOWR或或门门地址线地址线 接口接口外外设设输输 出出23CPU译码译码数据线数据线M/IORD或或门门地址线地址线 接口接口外外设设输输 入入24【例【例7-1】接口电路】接口电路如图所示。编程不如图所示。编程不断扫描
