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微机系统原理及接口技术 第六章 输入/输出接口 7学时 6.1 输入/输出接口概述 6.2 I/O端口的编址方式 6.3 I/O接口的访问控制 6.4 I/O接口的数据传输控制方式 6.5 基本输入输出接口 微机系统原理及接口技术 6.1 输入/输出接口概述 u接口解决微处理器与外设之间的差异 外设种类多 信号类型有机械的、物理的、电信号等 信号形式有脉冲、模拟量或数字量 数据传输率不同 数据格式不同 数据传输方式不同，有并行、串行之分 uCPU与外设都是面向接口而非直接联络 微机系统原理及接口技术 接口电路中的信息 u数据信息、状态信息及控制信息 主 机 外 设 接口电路 DB AB CB 数据信息 控制信息 状态信息 微机系统原理及接口技术 数据信息 u数据信息：要交换的数据本身。 数字量：通常以8位或16位的二进制数以及ASCII码的形 式传输，主要指由键盘、磁带机、磁盘等输入的信息或主 机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息 开关量：用“0”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断 模拟量：模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而 言，需先经过传感器转换成电信号，再经A/D转换器变成 数字量；如果需要输出模拟控制量的话，就要进行上述过 程的逆转换 u 数据传输方向：CPU I/O接口外设 微机系统原理及接口技术 控制信息 u控制信息：控制外设工作的命令， CPU通过接口发出，如A/D转换器的启 /停信号 u数据传输方向：CPUI/O接口处设 微机系统原理及接口技术 状态信息 u状态信息：表征外设工作状态的信息 对输入接口, CPU是否准备好接收数据， READY” 准备好吗? 对输出接口, 外设是否准备好接收数据， “BUSY” 外设忙吗? u数据传输方向：CPUI/O接口外设 微机系统原理及接口技术 I/O端口 u传送这三种信息的接口电路中的寄存 器称为数据、状态和控制端口 u不同的寄存器有不同的端口地址，即 用地址访问 u端口由一个或多个寄存器组成 u接口由若干个端口加上相应的控制逻 辑组成 微机系统原理及接口技术 接口的基本功能 u数据缓冲功能 u设备选择功能 u信号转换功能 u接收、解释并执行CPU命令的功能 u中断管理功能 u可编程功能 微机系统原理及接口技术 接口电路的结构 数据 缓冲器 状态 寄存器 控制 寄存器 接外设一侧 主 机 外 设 总线驱动 地址译码 控制逻辑 接CPU一侧 DB AB CB 数据信息 控制信息 状态信息 端口 接口接口 实现对实现对CPUCPU数据总线速度数据总线速度 和驱动能力的匹配和驱动能力的匹配 实现各寄存器端口实现各寄存器端口 寻址操作寻址操作 实现接口电路中的各寄存器端口的实现接口电路中的各寄存器端口的 读读/ /写操作和时序控制写操作和时序控制 微机系统原理及接口技术 接口电路的分类 u 数据传送方式： 并行接口 串行接口 u 功能选择的灵活性： 可编程接口 不可编程接口 u 数据传送操作的同步方式： 同步接口 异步接口 u 通用性： 通用接口 专用接口 微机系统原理及接口技术 6.2 I/O端口的编址方式 u为了区分接口电路的各个寄存器，系 统为它们各自分配了一个地址，称为 I/O端口地址，以便对它们进行寻址并 与存储器地址相区别 uI/O端口有两种编址方式：存储器映像 方式、I/O独立编址方式 微机系统原理及接口技术 1、存储器映像编址 u指I/O端口与存储器共享一个寻址空间 ，又称为统一编址。在这种系统中， CPU可以用同样的指令对I/O端口和存 储器单元的进行访问。 u优点：对I/O口的访问灵活方便，有利 于提高端口数据的处理能力。 u缺点：I/O端口占用了主存地址，相对 减少了主存的可用范围。 微机系统原理及接口技术 2、I/O独立编址（一） u指主存地址空间和I/O端口地址空间 相互独立，分别编址。CPU通过指令 来区分是访问I/O口还是存储单元 u优点：主存和I/O端口的地址可用范 围都比较大； u缺点：I/O指令的功能一般比较弱， 在I/O操作中必须借助CPU的寄存器进 行中转 微机系统原理及接口技术 2、I/O独立编址（二） u80X86系列微处理器采用独立的I/O编 址方式 uCPU使用地址总线中的A0A15来寻 址I/O口，故最大I/O空间是64K个字节 端口（或32K个字端口） 微机系统原理及接口技术 两种编址方式比较（一） I/O 空 间 内 存 空 间 I/O 空 间 内 存 空 间 分别是分离 编址？还统 一编址？ 微机系统原理及接口技术 两种编址方式比较（二） 存储器 CPU AB DB CB 接口 外设 接口 外设 CPU AB DB CB 存储器 存储器读写 I/O读写 微机系统原理及接口技术 6.3 I/O接口的访问控制 u 微机系统的每个端口都有惟一的端口地址 u 端口地址：经译码电路译码后产生端口选 通信号，控制端口的读/写操作 微机系统原理及接口技术 I/O端口的地址分配 u 80X86系列微处理器提供16条地址线访问I/O 端口,编址可达64K个字节端口或者32K个字端 口。 u IBM系列采用非完全译码方式，即只考虑了 低10位地址线A0-A9，I/O端口地址范围是 0000H-03FFH，总共只有1024个字节端口 u 80386微处理器或此后的微处理器构成的微 机系统，采用全译码的方法，端口为64K个字 节端口或32K个字端口 微机系统原理及接口技术 I/O端口地址选用的原则 u 自行设计接口电路或给微机系统添加接口 卡时，必须避免端口地址发生冲突 u 申明保留的地址，不要使用 u 用户可使用300H-31FH地址 微机系统原理及接口技术 I/O端口的地址译码 u 将来自地址总线上的地址代码翻译成为所 需要访问端口的选通信号 u I/O端口地址译码电路结构 译码电路的输入信号 地址信号：由地址范围决定 控制信号：数据流向（读/写）、数据宽度（ 8位/16位）、是否采用奇/偶地址和DMA传送 方式 译码电路的输出信号：接口芯片的片选信号 端口的读写控制：输入需要缓冲， 输出需要锁存 微机系统原理及接口技术 输入缓冲电路 uu当读有效时，才将缓冲器中的三态门打开，当读有效时，才将缓冲器中的三态门打开， 使外设的数据进入系统的数据总线使外设的数据进入系统的数据总线 uu其它时间，三态门处于高阻状态，不影响总其它时间，三态门处于高阻状态，不影响总 线上的其它操作线上的其它操作 微处理 器系统 外部输 入设备 A0 B 0 A1 B 1 A2 B 2 A3 B 3 A4 B 4 A5 B 5 A6 B 6 A7 B 7 E DIR 2 3 4 5 6 7 8 9 18 17 16 15 14 13 12 11 1 19 译码 片选 IOR DIR=1 ， A B DIR=0 ， B A 74LS245 微机系统原理及接口技术 输出锁存 u 选中锁存器时，总线上的数据才能进入锁存器 u 此后不管总线上的数据（锁存器输入端）如何变 化，只要没有再次使锁存器的信号有效，锁存器的 输出端就一直保持原来锁存的信息不变。 微处理 器系统 外部输 出设备 D 0 Q 0 D 1 Q 1 D 2 Q 2 D 3 Q 3 D 4 Q 4 D 5 Q 5 D 6 Q 6 D 7 Q 7 CLK CL R 3 4 7 8 13 14 17 18 2 5 6 9 12 15 16 19 74LS273 11 译码片选 IOW 74LS32 +5V 1 微机系统原理及接口技术 I/O地址译码方法 u 地址译码的方法灵活多样 u 高位地址线与CPU的控制信号进行组合，经 译码电路产生I/O接口芯片的片选信号CS， 实现系统中的接口芯片寻址 u 低位地址线直接接到I/O接口芯片的地址引 脚，进行I/O接口芯片的片内端口寻址 微机系统原理及接口技术 I/O端口地址译码电路设计 u 译码电路的形式 固定式译码：接口中用到的端口地址不能更改 可选式译码： u 译码电路采用的元器件来分 门电路译码 译码器译码 可编程逻辑器件译码 微机系统原理及接口技术 读077AH端口地址译码电路 端口地址的二进制形式端口地址的二进制形式 A A 1515 A A 1414 A A 1 1 A A 0 0 0 00 000 0111 0111 1000 0111 0111 101 10 0 端口读：端口读：IORIOR，AENAEN 译码输出：译码输出：/R77AH/R77AH 执行执行 MOV DXMOV DX，77AH77AH ININALAL，DXDX 74LS32 63N)J52=M(I$EYBVxRtjpflc 8.40-L*H!DXzTvQsioeka:63N)J%F#CWySuOqgnd9;51=M(I$EYAUxRtjpflb8.40-K53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb 8.40-K63N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflc 8.40-K*H!DXzTvPsioeka:63N)J%FZCWySuOqgnd9;51+M(I$EYAUwRtjpflb8.40-K53N)J%F#CWySuOqhnd9;51=M(I$EYAVxRtjpflb 8.40-K63N)J%G#CWySuOqhnd9;52=M(I$EYAVxRtjpflc 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