第六章 接口技术

第六章输入输出接口技术教学内容接口的基本概念I/O端口的编址与访问I/O端口地址译码方法CPU和外设间的数据传输方式6.1I/O接口的基本概念I/O接口的定义I/O接口的主要功能I/O接口的典型结构6.1.1I/O接口的定义I/O接口:是将外设间接到系统总线上的一组逻辑电路的总称。I/O接口是CPU与外界进行信息交换的中转站。系统总线I/O设备接口电路CPU接口外设数据数据控制信号控制信号状态信号状态信号可能是单向的I/O接口与I/O设备不同I/O设备对应I/O接口不同。I/O接口受CPU控制，I/O设备受I/O接口控制。为增加通用性，I/O接口电路一般均具有可编程功能。微机的应用离不开外部设备接口的设计、选用和连接。6.1.2I/O接口的主要功能I/O地址译码功能信息的输入输出功能输入：CPU读取外设中的信息输出：CPU向外设写信息对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节输入接口有缓冲环节对信号的形式和数据的格式进行变换电平转换，信息格式变换，码制转换。。。6.1.3I/O接口的典型结构控制总线CB地址总线ABI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设控制寄存器状态寄存器数据寄存器1.接口电路的内部结构接口电路的外部特性接口电路的可编程性6.2I/O端口的编址与访问I/O端口I/O端口编址8086/8088的I/O端口访问1.端口（PORT）端口：是指分配了地址的寄存器，能被CPU直接访问。接口中的数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器都叫做I/O端口。I/O端口地址：是对接口中端口的编号。访问设备实际上是访问相关的端口。接口与I/O端口的关系：一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口用来保存和交换不同的信息。输入、输出端口可以是同一个I/O地址。一定要理解2.I/O端口的编址I/O端口与存储器统一编址I/O端口单独编址内存部分I/O部分存储器空间00000FFFFFI/O端口与存储器统一编址也称存储器映象I/O编址，存储单元和I/O端口统一编址。一个I/O端口等同于一个存储器单元。优点：对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，不必使用专用I/O指令；外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。系统读写控制逻辑较简单。缺点：I/O端口要占去部分存储器地址空间。程序不易阅读。内存空间I/O空间FFFFF0FFFFI/O端口单独编址I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。优点：I/O端口的地址空间独立地址译码电路相对简单专门的I/O指令使程序清晰易读缺点：I/O指令没有存储器指令丰富Intel系列微机I/O编址：Intel系列微处理器支持I/O独立编址方式和I/O统一编址（存储器映象编址）方式。Intel系列微机系统仅支持I/O独立编址方式。3.8086/8088的I/O端口访问I/O端口地址空间：8086用于寻址外设端口的地址线为16条，端口最多64K个，端口号为0000H~FFFFH。IBM-PC/XT机在制造中只使用A9～A010位地址来表示I/O空间，因此其I/O端口的地址为000H～3FFH，共1KB。I/O端口寻址方式：直接寻址：指令中给出端口的地址，端口寻址范围为00H~FFH共256个。间接寻址：使用DX寄存器间接给出I/O端口地址，可寻址的范围是0000H~FFFFH共64K个端口。I/O指令：输入指令：IN输出指令：OUT8088/8086的输入输出指令输入指令INAL,i8

;字节输入，直接寻址INAX,i8 ;字输入，直接寻址INAL,DX

;字节输入，间接寻址INAX,DX ;字输入，间接寻址输出指令OUTi8,AL

;字节输出，直接寻址OUTi8,AL ;字输出，直接寻址OUTDX,AL

;字节输出，间接寻址OUTDX,AL ;字输出，间接寻址6.3I/O端口地址译码方法I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电路产生I/O接口芯片的片选信号。将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚，实现片内寻址，即选中片内的端口；I/O接口芯片片选(CS)信号：

IOW/IOR信号(有效)、AEN信号(无效)和I/O端口地址高位经过译码得到。I/O接口芯片内部端口地址：I/O端口地址低位直接组成。I/O端口地址译码方法接口中只有一个端口时可采用门电路构成。接口中有多个端口时一般采用译码器电路构成。常见的译码器：2|4线译码器74LS1393|8线译码器74LS1384|16线译码器74LS154。思考题思考题答案300H301H302H303H304H305H306H307H6.4CPU和外设间的数据传送方式程序控制方式中断控制方式DMA方式一. 程序控制方式无条件传送方式查询传送方式无条件传送方式在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送这种传送有前提：外设必须随时就绪查询传送方式CPU要先查询外设的工作状态，在外设就绪的情况下实现数据输入或输出。对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低读状态就绪？数据交换YN查询传送的三个环节CPU从接口中读取状态字CPU检测状态字传送数据断点主程序中断服务程序中断请求对外设进行处理继续执行返回断点CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序二. 中断控制方式中断传送与接口中断传送是一种效率更高的程序传送方式中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向CPU提出的CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚三. DMA方式DMA（DirectMemoryAccess）方式:是在外部设备和存储器之间开辟直接的数据传送通路，数据传送不是靠执行I/O指令，数据不经过CPU内的任何寄存器，也就不破坏任何寄存器原来的内容，而是在存储器和外部设备之间的通路上直接传送数据。这种I/O方式的实现主要是靠硬件（DMA控制器）实现的。希望克服程序控制传送的不足：外设→CPU→存储器外设←CPU←存储器直接存储器存取DMA：外设→存储器外设←存储器CPU释放总线，由DMA控制器管理DMA传送方式DMA传送的工作过程⑴CPU对DMA控制器进行初始化设置⑵CPU将总线交给DMAC控制⑶DMA传送DMA读存储器：存储器→外设DMA写存储器：存储器←外设⑷自动增减地址和计数，判断传送完成否DMA传送流程HLDA