微机原理与接口技术ppt课件

第5章输入输出接口、5.1微机接口和接口技术5.2I/O端口及其寻址方式5.3端口地址解码5.4CPU与外围设备之间的数据传输方式、5.1微机接口和接口技术、 5.1.1为什么要在接口电路5.1.2接口电路上设置信息5.1.3接口的基本功能5.1.4接口的基本结构，返回，DBABCB图1-1微机系统的各种接口框图，返回，3，3， 5.1.1为什么要设置接口电路，CPU和外围设备双方的信号线都不兼容，由于信号线功能定义、逻辑定义和时间序列关系，两者的动作速度不兼容，如果CPU速度高，外围设备速度低，CPU直接控制外围设备的操作，则CPU难以与外围设备进行交易， 当显着降低CPU效率并且外部装置由CPU直接控制时，外围装置的硬件配置也依赖于CPU，这不利于外围装置本身的发展。 另外，5.1.2接口电路的信息、数据信息状态信息控制信息将习惯性地分别传递这3种信息的端口称为数据端口、状态端口、控制端口、1 .数据信息；(1)数字量：通常以8位或16位的二进制数和ASCII码的形式进行传输主要是指从键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主机发送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。 (2)模拟：模拟电压、电流或非电量。 在模拟输入中，首先用传感器将其转换为电信号，然后用A/D转换器将其转换为数字量。在需要输出模拟控制量的情况下，进行上述顺序的逆转换。 (3)开关量：开关的on/off、电机的旋转/停止、阀的on/off等2种状态用“0”和“1”表示。 2 .在转发数据信息之前，状态信息CPU必须了解外围设备的当前状态。 输入设备的数据是否准备好，输出设备是否忙等。 表示外围设备的操作状态的信息被称为状态信息，并且通过接口从外围设备输入到CPU。 状态信息的长度不确定，并且一个二进制比特或多个二进制比特的含义根据外围设备的状况而不同。 3 .用于发出控制命令并控制外围设备的操作的控制信息(例如，A/D转换器的启动/停止信号)。 控制信息始终由CPU通过接口发布。 返回，5.1.3接口的基本功能，1 .数据缓冲器功能2 .端口选择功能3 .信号转换功能4 .接收并执行CPU命令的功能5 .中断管理功能6 .可编程功能7 .返回外设状态的功能8 .数据宽度和数据格式转换的功能，1 .数据缓冲器接口电路一般设置数据寄存器和锁存器数据端口，解决高速主机和低速外围设备之间的速度匹配问题，避免因主机和外围设备的速度不一致而丢失数据。 另外，2 .端口选择功能、微机系统中有很多外围设备，但由于CPU总是只能与1个端口交换信息，因此需要通过接口的地址解码电路来地址指定端口。 3 .信号转换功能、外围设备提供的数据、状态和控制信号可能与微机总线信号不兼容，因此接口电路应进行相应的信号转换。 4 .用于接收和执行CPU命令的功能；CPU以代码的形式向接口电路的控制端口输出用于外围设备的控制命令； 5 .中断管理功能，如果外围设备需要立即接收CPU的服务，那么特别是在出现故障时，可以在接口处设置中断控制器以处理与CPU相关联的中断事务(中断请求、中断优先级队列、中断向量的提供等) 6 .可编程功能、I/O接口电路大多由可编程接口芯片构成，因此不改变硬件电路，修正接口驱动程序即可改变接口的动作方式，接口的灵活性7 .返回到外围设备状态的功能可能包括在接口电路执行命令之前和之后执行命令过程的状态，并且外部设备和接口电路可能包括正常操作和故障状态。“忙”、“闲置”、“就绪”、“就绪”、“就绪”、“完整”、“空”、“溢出错误”和“格式错误”等接口通常设置状态寄存器，称为“状态端口”。 状态信号作为状态代码存储在接口电路的状态寄存器中。 CPU从状态端口读取状态信息，并使CPU进行判断和处理。 8 .数据宽度和数据格式转换功能，CPU处理的是并行数据，一些外围设备只能处理串行数据，接口应具有数据“并行串行”、“串行并行”的转换能力。 当CPU与一些外围设备交换数据时，需要以恒定的数据格式进行传输。因此，CPU和通信设备之间进行数据格式的转换。 另外，返回部、5.1.4接口的基本构成、1 .端口2 .地址解码电路3 .数据缓冲器和锁存器、1 .端口、I/O接口通常为了临时保持在CPU和外围设备之间传输的数据、状态、控制信息等而设置有若干寄存器。 一般有数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器3种寄存器。 接口中的寄存器通常称为端口。 根据寄存器内的临时信息种类，分别称为数据端口、控制端口、状态端口。 每个端口都有独立的地址，CPU可以使用端口地址代码区分每个端口并进行读/写。 2 .一种地址解码电路，包括能够实现解码器或解码功能的其它芯片。 其作用是进行设备的选择，是接口中不可缺少的部分。 该部分的电路不包括在IC芯片中，由用户设计。 另外，3 .数据缓冲器、锁存器、微机系统的数据总线连接有可向CPU发送数据的许多设备，例如存储器、外围设备等的数据输入端口。 为了不使系统数据总线的信号传输发生“信息冲突”，连接到系统数据总线的所有设备必须具有三态输出功能。 换句话说，当CPU选择设备时，将数据信号发送到系统中的数据总线，否则，CPU的输出必须处于高电阻状态。 因此，所有接口的输入端口都必须通过三态缓冲区连接到系统数据总线。 返回、5.2I/O端口及其地址方式、5.2.1I/0端口5.2.2I/O端口的地址方式、返回、5.2.1I/0端口、端口(port )是通过接口电路可由CPU直接访问的寄存器的地址。 计算机为接口电路的各寄存器分配了端口，因此CPU在访问这些寄存器时，只需指定其端口，无需指定是哪个寄存器。 CPU对数据端口进行一次读取或写入操作、即对与该接口连接外围设备进行一次数据传送的CPU对状态端口进行一次读取操作， 外围设备或接口本身的状态码CPU能够向控制端口写入多位控制码意味着发布控制命令到该接口或外围设备，并且该控制命令根据预定请求操作以用于接口或外围设备o端口的地址方式1端口地址和存储器地址的统一地址也称为存储器映射方式2I/O端口地址和存储器地址的独立地址，也称为I/O映射方式，1统一地址方式从存储器空间将一部分地址空间引出到I/O设备o接口中的端口作为存储器单元进行存取，不设置专用的I/O命令的优点：通过I/O端口进行输入输出操作，能够对端口内容进行算术逻辑运算、移位等的端口赋予大的地址空间， 对于大型控制和数据通信系统有意义的缺点：端口占用存储器的地址空间，缩小存储器容量的命令长度比专用I/O命令长，因此执行速度慢、2独立地址方式，I/O端口的地址空间和存储器地址空间是独立分离的，即I/O 优点：使用I/O端口地址不占用内存空间的专用I/O命令操作端口，I/O命令短，执行速度快，而且专用I/O命令和内存访问命令存在明显差异，因此程序中的I/O操作和内存操作级别清晰、编程缺点在该地址方式中，微处理器以不同的控制线选择存储器和I/O端口，因此接口电路变得复杂。 I/O端口仅利用其一部分地址线，即A15A0地址线，能够解释0000HFFFFH的合计64KB的I/O端口地址. I/O端口不需要确保用于I/O端口的地址空间，返回，5.2.3I/O端口的地址中断控制器8259A仅使用前两个端口地址，即，20H和21H (主片)以及A0H和A1H (从片)。 并行接口芯片8255A只使用上位4个端口地址60H63H。 使用端口地址最多的DMA控制芯片8237A，仅使用开头的16个地址(0FH )。 另外，表5-2扩展槽上的接口控制卡的端口地址从表5-2可知，用户可使用的端口地址为300H31FH。 此地址是用户在开发IBM-PC系列功能模块(板)时使用的端口地址，系统不占用此地址。 除了表5-1和表5-2中已经分配的I/O地址以外，其馀的地址都由制造商保留使用。 选择I/O端口地址的原则是系统配置占用的所有地址都不可用的原则，用户可以选