第8章输入输出和接口技术
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1、8.1 输入输出接口输入输出接口 8.1.1 I/O接口（端口）接口（端口） 8.1.2 I/O接口要解决的问接口要解决的问 题题 8.1.3 I/O接口的功能接口的功能 8.1.4 I/O端口的编址方法端口的编址方法 8.1.5 简单的简单的I/O接口接口8.2 输入和输出的传送方输入和输出的传送方 式式 8.2.1 程序控制的输入和程序控制的输入和 输出输出 8.2.2 中断控制的输入和中断控制的输入和 输出输出 8.2.3 直接存储器存取直接存储器存取 （DMA）方式）方式注：注：IN (I) 输入输入 ， OUT (O) 输出，输出， 端口（接口）端口（接口）第第8 8章章 输入输出接
2、口输入输出接口8.1.1 I/O信息信息为什么需要为什么需要I/O接口（电路）？接口（电路）？n微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样n工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大度方面彼此差别很大n它们不能与它们不能与CPUCPU直接相连直接相连n必须经过中间电路再与系统相连必须经过中间电路再与系统相连n这部分电路被称为这部分电路被称为I/OI/O接口电路接口电路多种外设多种外设 8.1.1 I/O信息信息什么是什么是I/O接口（电路）？接口（电路）？nI/O接口是位于系统与外设间、用来协助接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传
3、送和控制任务的逻辑电路完成数据传送和控制任务的逻辑电路nPC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/O总总线槽的电路板（适配器）都是接口电路线槽的电路板（适配器）都是接口电路 8.1.2 I/O接口要解决的问题接口要解决的问题n速度匹配速度匹配, ,数据缓冲数据缓冲n信号电平和驱动能力信号电平和驱动能力( (电平转换器、驱动电平转换器、驱动器器) ) n信号形式匹配信号形式匹配(A/D(A/D、D/A)D/A) n信息格式信息格式( (字节流、块、数据包、帧字节流、块、数据包、帧) ) n时序匹配时序匹配( (定时关系定时关系) )n总线隔离总线隔离( (三态门三态门) )n译
4、码选址，多个端口译码选址，多个端口n可编程功能，具备不同的功能（发展趋势）可编程功能，具备不同的功能（发展趋势）n错误检测错误检测8.1.3 I/O接口的功能接口的功能 I/O地址译码与设备选择地址译码与设备选择 把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离把选中的与总线相接，未选中的与总线隔离（高阻态）（高阻态） 信息的输入输出信息的输入输出 命令、数据和状态的缓冲、隔离和锁存命令、数据和状态的缓冲、隔离和锁存 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 输出接口有输出接口有锁存环节锁存环节，输入接口有，输入接口有缓冲环节缓冲环节 实际的电路常用：实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节输
5、出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节输入锁存缓冲环节 信息转换信息转换 微机直接处理：微机直接处理：数字量数字量、开关量开关量、脉冲量脉冲量 典型的并行接口和外部设备连接如图所示。图中的并典型的并行接口和外部设备连接如图所示。图中的并行接口用一个通道和输入设备相连，用另一个通道和行接口用一个通道和输入设备相连，用另一个通道和输出设备相连，每个通道中除数据线外均配有一定的输出设备相连，每个通道中除数据线外均配有一定的控制线和状态线。控制线和状态线。8.1.3 I/O接口的功能接口的功能控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设
6、外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器1. 接口电路的内部结构接口电路的内部结构2. 接口电路的外部特性接口电路的外部特性3. 接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类4. 接口电路的可编程性接口电路的可编程性这些寄存器就是这些寄存器就是I/OI/O端口，每个端口都有自己的地址端口，每个端口都有自己的地址端口（端口（PORTPORT）n端口泛指端口泛指I/OI/O地址，通常对应寄存器；地址，通常对应寄存器；n一个接口电路可以具有多个一个接口电路可以具有多个I/OI/O端口，每个端口端口，每个端口用来保存和交换不同的信息；用来保存和交换不同的信息；n数据端口、状态端口和控制
7、端口占有的数据端口、状态端口和控制端口占有的I/OI/O地址地址也可依次称为数据寄存器、状态寄存器和控制也可依次称为数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器，用于保存数据、状态和控制信息；寄存器，用于保存数据、状态和控制信息；n输入、输出端口可以是同一个输入、输出端口可以是同一个I/OI/O地址。地址。1. 接口电路的内部结构nCPU与外设主要有数据、状态和控制信息与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部：需要相互交换，于是从应用角度看内部： 数据寄存器：数据寄存器：数据输入端口数据输入端口n保存外设给保存外设给CPU和和CPU发往外设的数据发往外设的数据 状态寄存器：状态
8、寄存器：状态端口状态端口n保存外设或接口电路的状态保存外设或接口电路的状态 控制寄存器：控制寄存器：控制端口控制端口n保存保存CPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令2. 接口电路的外部特性n主要体现在引脚上，分成两侧信号主要体现在引脚上，分成两侧信号面向面向CPU一侧的信号：一侧的信号：n用于与用于与CPU连接连接n主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号：的信号：n用于与外设连接用于与外设连接n提供的信号五花八门提供的信号五花八门n功能定义、时序及有效电平等差异较大功能定义、时序及有效电平等差异较大3. 接口电路芯片的分类n接口电路核心部
9、分往往是一块或数块大接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）：规模集成电路芯片（接口芯片）：n通用接口芯片通用接口芯片n支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片n面向外设的专用接口芯片面向外设的专用接口芯片n针对某种外设设计、与该种外设接口针对某种外设设计、与该种外设接口n 面向微机系统的专用接口芯片面向微机系统的专用接口芯片n与与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能和系统配套使用，以增强其总体功能4. 接口电路的可编程性n许多接口电路具有多种功能和工作方式，许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种可以通过编
10、程的方法选定其中一种n接口需要进行物理连接，还需要编写接接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件口软件n接口软件有两类：接口软件有两类：n初始化程序段初始化程序段设定芯片工作方式等设定芯片工作方式等n数据交换程序段数据交换程序段管理、控制、驱动外设，管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换负责外设和系统间信息交换8.1.4 I/O端口的编址方法端口的编址方法接口电路占用的接口电路占用的I/O端口有两类编排形式端口有两类编排形式nI/O端口单独编址端口单独编址nI/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间n如如8086nI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址n它们共享
11、一个地址空间它们共享一个地址空间n如如M6800理解端口I/O端口单独编址n优点：优点：nI/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立n控制和地址译码电路相对简单控制和地址译码电路相对简单n专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读n缺点：缺点：nI/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富内存内存空间空间I/O空间空间FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址I/O端口与存储器统一编址n优点：优点：n不需要专门的不需要专门的I/O指令指令nI/O数据存取与存储器数数据存取与存储器数据存取一样灵活据存取一样灵活n缺点：缺点：nI/O端口要占去部分存储
