常用典型输入输出接口

1、第第8章章 输入输入/输出接口输出接口 v8.1 8.1 输入输入/ /输出及其接口输出及其接口 v8.2 8.2 数据传送方式数据传送方式 v8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v8.4 8.4 并行输入输出接口并行输入输出接口 v8.5 8.5 串行输入输出接口串行输入输出接口 v本章小结本章小结 v 输入输入/输出设备是计算机系统的重要组输出设备是计算机系统的重要组成部分，计算机通过它们与外设进行数据成部分，计算机通过它们与外设进行数据交换。交换。v 在微机系统中，各种输入在微机系统中，各种输入/输出设备通输出设备通过输入过输入/输出接口与系统相连，并在接口的输出接口与系统相连，并

2、在接口的支持下实现各种方式的数据传送。支持下实现各种方式的数据传送。v 把外围设备同微型计算机连接起来的把外围设备同微型计算机连接起来的电路称为外设接口电路，简称外设接口。电路称为外设接口电路，简称外设接口。 8.1 8.1 输入输入/ /输出及其接口输出及其接口 v 8.1.1 8.1.1 I/OI/O信息的组成信息的组成 v 1. 数据信息数据信息v 数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。v 2. 状态信息状态信息v 状态信息是状态信息是CPU与外设之间交换数据时的与外设之间交换数据时的联络信息。联络信息。 v 3. 控制信息控制信息v 控制信息用来设

3、置控制信息用来设置I/O外设外设(包括包括I/O接口接口)的工作模式、命令字等有关信息。如的工作模式、命令字等有关信息。如“启启动动”，“停止停止”信息。信息。v 8.1.2 8.1.2 外设接口的作用外设接口的作用 v 外设接口电路应具有如下功能：外设接口电路应具有如下功能：v 1. 1. 转换信息格式。转换信息格式。v 如串如串并转换、并并转换、并串转换、配备校验串转换、配备校验位等。位等。v v2. 提供联络信号，协调数据传送的提供联络信号，协调数据传送的状态信息。状态信息。v 如设备如设备“就绪就绪”、“忙忙”，数据，数据缓冲器缓冲器“满满”、“空空”等信号。等信号。 v 3. 协调定

4、时差异。协调定时差异。v 为协调微机与外设在定时或数据处理为协调微机与外设在定时或数据处理速度上的差异，使两者之间的数据交换取速度上的差异，使两者之间的数据交换取得同步，有必要对传输的数据或地址加以得同步，有必要对传输的数据或地址加以缓冲或锁存。缓冲或锁存。 v 4. 进行译码选址。进行译码选址。v 在具有多台外设的系统中，外设接在具有多台外设的系统中，外设接口必须具有提供地址译码以及确定设备口必须具有提供地址译码以及确定设备码的功能。码的功能。v v5. 实现电平转换。实现电平转换。v 为使微型计算机同外设匹配，接口电路为使微型计算机同外设匹配，接口电路必须具有电平转换和驱动功能。必须具有电

5、平转换和驱动功能。 v 6. 具备时序控制。具备时序控制。v 有的接口电路具有自己的时钟发生器，有的接口电路具有自己的时钟发生器，以满足微型计算机和各种外设在时序方面以满足微型计算机和各种外设在时序方面的要求。的要求。v v7. 可编程序。可编程序。v 对一些通用的、功能齐全的接口电路，对一些通用的、功能齐全的接口电路，应该具有可编程序的能力。应该具有可编程序的能力。v 8.1.3 8.1.3 I/OI/O端口寻址方式端口寻址方式 v CPU对外设的访问实质上是对外设接对外设的访问实质上是对外设接口电路中相应端口的访问。口电路中相应端口的访问。I/O端口的寻址端口的寻址方式有两种，即方式有两种

6、，即I/O指令寻址和存储器映象指令寻址和存储器映象I/O寻址。寻址。 v 1. I/O指令寻址指令寻址 v 2. 存储器映象的存储器映象的I/O端口寻址端口寻址 8.2 8.2 数据传送方式数据传送方式 v 8.2.1 8.2.1 程序控制传送方式程序控制传送方式v v 程序控制数据传送方式分为无条件传程序控制数据传送方式分为无条件传送、查询传送和中断传送。这类传送方式送、查询传送和中断传送。这类传送方式的特点是以的特点是以CPU为中心，数据传送由为中心，数据传送由CPU控制，通过预先编制好的输入或输出程序控制，通过预先编制好的输入或输出程序实现数据的传送。实现数据的传送。 v 1. 无条件传

7、送方式无条件传送方式v 无条件传送方式是假设输入接口数据无条件传送方式是假设输入接口数据已经准备好，或者输出设备是空闲的，此已经准备好，或者输出设备是空闲的，此时时CPU无需查询状态，直接用无需查询状态，直接用IN和和OUT指指令完成与接口之间的数据传送。令完成与接口之间的数据传送。 v 2. 查询传送方式查询传送方式 v 利用查询方式输入数据之前，利用查询方式输入数据之前，CPU要查要查询输入数据是否准备好；利用查询方式输询输入数据是否准备好；利用查询方式输出数据之前，出数据之前，CPU要查询输出设备是否空要查询输出设备是否空闲。只有确认外设已经具备了传送条件后，闲。只有确认外设已经具备了传

8、送条件后，才能用才能用IN和和OUT指令完成数据传送。指令完成数据传送。 v 中断控制传送方式中断控制传送方式v 中断控制的输入和输出方式，也成中断中断控制的输入和输出方式，也成中断传送方式。传送方式。v 当外设的输入数据准备好或接受数据的当外设的输入数据准备好或接受数据的锁存器空时，变主动项锁存器空时，变主动项CPU发出中断请求，发出中断请求，使使CPU中断原来执行的程序（主程序），中断原来执行的程序（主程序），转去执行为外设服务的输入或输出操作，转去执行为外设服务的输入或输出操作，服务完毕服务完毕CPU再继续执行原来的程序。再继续执行原来的程序。v 8.2.2 8.2.2 DMADMA传送

9、方式传送方式 v DMA方式的数据交换是由硬件来实现。方式的数据交换是由硬件来实现。v 数据交换过程由数据交换过程由DMA控制器来控制，控制器来控制，CPU不介入。不介入。 8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v 8.3.1 8.3.1 DMADMA控制器的基本概念控制器的基本概念v 直接存储器存取直接存储器存取DMA（direct memory access）方式用硬件实现存储器与存储器之间方式用硬件实现存储器与存储器之间或存储器与或存储器与I/O设备之间直接进行高速数据传设备之间直接进行高速数据传送，不需要送，不需要CPU的干预。的干预。 v DMA传送包括：传送包括：RAMI/O端

10、口的端口的DMA读传送；读传送；I/O端口端口RAM 的的DMA写写传送；传送；RAMRAM的存储单元传送。的存储单元传送。v 8.3.2 8.3.2 DMADMA传送过程传送过程 v 1. 单字节传送方式单字节传送方式v 每次每次DMA传送只传送一个字节的数传送只传送一个字节的数据，传送后释放总线由据，传送后释放总线由CPU控制总线至少控制总线至少一个完整的总线周期。然后测试一个完整的总线周期。然后测试DMA请求请求线线DREQ，若有效，再进入若有效，再进入DMA周期。周期。v 2. 成组传送方式成组传送方式v 一个一个DMA请求可以传送一组信息。在请求可以传送一组信息。在DMAC初始化时，

11、由编程决定这一组信息初始化时，由编程决定这一组信息的字节数，只要在的字节数，只要在DACK有效之前有效之前DREQ保持有效即可。一旦保持有效即可。一旦DACK有效，不管有效，不管DREQ是否有效，是否有效，DMAC一直不放弃总线一直不放弃总线控制权，直到整个数组传送完。控制权，直到整个数组传送完。 v 3. 请求传送方式请求传送方式v 请求传送方式又称查询传送方式。该请求传送方式又称查询传送方式。该方式的传送类似于成组传送方式，但每传方式的传送类似于成组传送方式，但每传送一个字节后，送一个字节后，DMAC就检测就检测DREQ，若若无效，则挂起；若有效，继续无效，则挂起；若有效，继续DMA传送，

12、传送，直到一组信息传送结束由外加信号强制直到一组信息传送结束由外加信号强制DMAC中止操作。中止操作。 v DMA具有下列特点：具有下列特点：v 主存既可被主存既可被CPU访问，又可被外设直接访问，又可被外设直接访问。访问。v 数据块传送时，主存地址的确定，传送数据块传送时，主存地址的确定，传送数据的计数控制等都用硬件电路直接实现。数据的计数控制等都用硬件电路直接实现。v 主存中要开设专用缓冲区，及时供给和主存中要开设专用缓冲区，及时供给和接收外设的数据。接收外设的数据。v DMA传送速度快，可使传送速度快，可使CPU和外设并和外设并行工作，提高了系统的效率。行工作，提高了系统的效率。v DM

13、A在开始前和结束后要通过程序和在开始前和结束后要通过程序和中断方式进行预处理。中断方式进行预处理。 v 8.3.3 8237 8.3.3 8237A A控制器控制器 v 8.3.4 8237 8.3.4 8237A A的应用的应用 表表8-6 PC/AT DMAC寄存器寄存器I/O端口地址端口地址8237A内部寄存器口地址内部寄存器口地址DMAC1DMAC2内部寄存器名称内部寄存器名称DMA+00H0000C0CH0基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+01H0010C2CH0基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+02H0020C4CH1

14、基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+03H0030C6CH1基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+04H0040C8CH2基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+05H0050CACH3基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+06H0060CCCH3基地址寄存器和当前地址寄存器基地址寄存器和当前地址寄存器DMA+07H0070CECH3基本字节寄存器和当前字节寄存器基本字节寄存器和当前字节寄存器DMA+08H0080D0状态寄存器状态寄存器/控制寄存器控制寄存器DMA+09H0090D

15、2请求寄存器请求寄存器DMA+0AH00A0D4屏蔽寄存器屏蔽寄存器DMA+0BH00B0D6方式寄存器方式寄存器DMA+0CH00C0D8先先/后触发器后触发器DMA+0DH00D0DA暂存器暂存器/复位命令复位命令DMA+0EH00E0DC清屏蔽寄存器清屏蔽寄存器DMA+0FH00F0DE多通道屏蔽寄存器多通道屏蔽寄存器8.4 8.4 并行输入输出接口并行输入输出接口 v 8.4.1 8.4.1 概述概述v 并行输入并行输入/输出是将一个字符的几个位同时传输，输出是将一个字符的几个位同时传输，它具有传输速度快、效率高的优点。并行通讯所用它具有传输速度快、效率高的优点。并行通讯所用的电缆较多

16、，不适合长距离传输。的电缆较多，不适合长距离传输。v 所以，并行通讯一般用在数据传输率要求较高，所以，并行通讯一般用在数据传输率要求较高，而传输的距离较短的场合。而传输的距离较短的场合。v 实现并行输入输出的接口是并行接口。实现并行输入输出的接口是并行接口。 v 8.4.2 8.4.2 并行通信接口芯片并行通信接口芯片 8.5 8.5 串行输入输出接口串行输入输出接口 v 8.5.1 8.5.1 串行通信概述串行通信概述 v 串行通讯是指数据一位一位地顺序传送，串行通讯是指数据一位一位地顺序传送，只占用一条传输线，它可由两种方式来实现：只占用一条传输线，它可由两种方式来实现：一种是将一种是将8位通道中的一位依靠软件来实现串位通道中的一位依靠软件来实现串行数据传送；另一种是通过专用的通讯接口，行数据传送；另一种是通过专用的通讯接口，将并行数据转换为串行数据再进行传送。将并行数据转换为串行数据再进行传送。v 在并行通讯中，数据有多少位就要有在并行通讯中，数据有多少位就要有多少传输线，而串行通讯只需要一条传输多少传输线，而串行通讯只需要一条传输线，所以串行通讯可以节省传输线。线，所以串行通讯可以节省传输线。 v 8.5.2 8.5.2串行通信接口芯片串行通信接口芯片 本章小结本章小结 v 通过本章的学习，读者应了解通过本章的学习，读者应了解I/OI/O