常用典型輸入輸出接口

1、第第8章章 輸入輸入/輸出接口輸出接口 v8.1 8.1 輸入輸入/ /輸出及其接口輸出及其接口 v8.2 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式 v8.3 8.3 DMADMA控制器控制器 v8.4 8.4 并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口 v8.5 8.5 串行輸入輸出接口串行輸入輸出接口 v本章小結(jié)本章小結(jié) v 輸入輸入/輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，計(jì)算機(jī)通過(guò)它們與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)成部分，計(jì)算機(jī)通過(guò)它們與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。交換。v 在微機(jī)系統(tǒng)中，各種輸入在微機(jī)系統(tǒng)中，各種輸入/輸出設(shè)備通輸出設(shè)備通過(guò)輸入過(guò)輸入/輸出接口與系統(tǒng)相連，并在接口的輸出接口與系統(tǒng)相連，并

2、在接口的支持下實(shí)現(xiàn)各種方式的數(shù)據(jù)傳送。支持下實(shí)現(xiàn)各種方式的數(shù)據(jù)傳送。v 把外圍設(shè)備同微型計(jì)算機(jī)連接起來(lái)的把外圍設(shè)備同微型計(jì)算機(jī)連接起來(lái)的電路稱(chēng)為外設(shè)接口電路，簡(jiǎn)稱(chēng)外設(shè)接口。電路稱(chēng)為外設(shè)接口電路，簡(jiǎn)稱(chēng)外設(shè)接口。 8.1 8.1 輸入輸入/ /輸出及其接口輸出及其接口 v 8.1.1 8.1.1 I/OI/O信息的組成信息的組成 v 1. 數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息v 數(shù)據(jù)信息可分為數(shù)字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量。數(shù)據(jù)信息可分為數(shù)字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量。v 2. 狀態(tài)信息狀態(tài)信息v 狀態(tài)信息是狀態(tài)信息是CPU與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)時(shí)的與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)時(shí)的聯(lián)絡(luò)信息。聯(lián)絡(luò)信息。 v 3. 控制信息控制信息v 控制信息用來(lái)設(shè)

3、置控制信息用來(lái)設(shè)置I/O外設(shè)外設(shè)(包括包括I/O接口接口)的工作模式、命令字等有關(guān)信息。如的工作模式、命令字等有關(guān)信息。如“啟啟動(dòng)動(dòng)”，“停止停止”信息。信息。v 8.1.2 8.1.2 外設(shè)接口的作用外設(shè)接口的作用 v 外設(shè)接口電路應(yīng)具有如下功能：外設(shè)接口電路應(yīng)具有如下功能：v 1. 1. 轉(zhuǎn)換信息格式。轉(zhuǎn)換信息格式。v 如串如串并轉(zhuǎn)換、并并轉(zhuǎn)換、并串轉(zhuǎn)換、配備校驗(yàn)串轉(zhuǎn)換、配備校驗(yàn)位等。位等。v v2. 提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息。v 如設(shè)備如設(shè)備“就緒就緒”、“忙忙”，數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)緩沖器緩沖器“滿(mǎn)滿(mǎn)”、“空空”等信號(hào)。等信號(hào)。 v 3. 協(xié)調(diào)定

4、時(shí)差異。協(xié)調(diào)定時(shí)差異。v 為協(xié)調(diào)微機(jī)與外設(shè)在定時(shí)或數(shù)據(jù)處理為協(xié)調(diào)微機(jī)與外設(shè)在定時(shí)或數(shù)據(jù)處理速度上的差異，使兩者之間的數(shù)據(jù)交換取速度上的差異，使兩者之間的數(shù)據(jù)交換取得同步，有必要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或地址加以得同步，有必要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或地址加以緩沖或鎖存。緩沖或鎖存。 v 4. 進(jìn)行譯碼選址。進(jìn)行譯碼選址。v 在具有多臺(tái)外設(shè)的系統(tǒng)中，外設(shè)接在具有多臺(tái)外設(shè)的系統(tǒng)中，外設(shè)接口必須具有提供地址譯碼以及確定設(shè)備口必須具有提供地址譯碼以及確定設(shè)備碼的功能。碼的功能。v v5. 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。v 為使微型計(jì)算機(jī)同外設(shè)匹配，接口電路為使微型計(jì)算機(jī)同外設(shè)匹配，接口電路必須具有電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)功能。必須具有電

5、平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)功能。 v 6. 具備時(shí)序控制。具備時(shí)序控制。v 有的接口電路具有自己的時(shí)鐘發(fā)生器，有的接口電路具有自己的時(shí)鐘發(fā)生器，以滿(mǎn)足微型計(jì)算機(jī)和各種外設(shè)在時(shí)序方面以滿(mǎn)足微型計(jì)算機(jī)和各種外設(shè)在時(shí)序方面的要求。的要求。v v7. 可編程序?？删幊绦?。v 對(duì)一些通用的、功能齊全的接口電路，對(duì)一些通用的、功能齊全的接口電路，應(yīng)該具有可編程序的能力。應(yīng)該具有可編程序的能力。v 8.1.3 8.1.3 I/OI/O端口尋址方式端口尋址方式 v CPU對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)實(shí)質(zhì)上是對(duì)外設(shè)接對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)實(shí)質(zhì)上是對(duì)外設(shè)接口電路中相應(yīng)端口的訪問(wèn)?？陔娐分邢鄳?yīng)端口的訪問(wèn)。I/O端口的尋址端口的尋址方式有兩種，即方式有兩種

6、，即I/O指令尋址和存儲(chǔ)器映象指令尋址和存儲(chǔ)器映象I/O尋址。尋址。 v 1. I/O指令尋址指令尋址 v 2. 存儲(chǔ)器映象的存儲(chǔ)器映象的I/O端口尋址端口尋址 8.2 8.2 數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式 v 8.2.1 8.2.1 程序控制傳送方式程序控制傳送方式v v 程序控制數(shù)據(jù)傳送方式分為無(wú)條件傳程序控制數(shù)據(jù)傳送方式分為無(wú)條件傳送、查詢(xún)傳送和中斷傳送。這類(lèi)傳送方式送、查詢(xún)傳送和中斷傳送。這類(lèi)傳送方式的特點(diǎn)是以的特點(diǎn)是以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送由為中心，數(shù)據(jù)傳送由CPU控制，通過(guò)預(yù)先編制好的輸入或輸出程序控制，通過(guò)預(yù)先編制好的輸入或輸出程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。 v 1. 無(wú)條件傳

7、送方式無(wú)條件傳送方式v 無(wú)條件傳送方式是假設(shè)輸入接口數(shù)據(jù)無(wú)條件傳送方式是假設(shè)輸入接口數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，或者輸出設(shè)備是空閑的，此已經(jīng)準(zhǔn)備好，或者輸出設(shè)備是空閑的，此時(shí)時(shí)CPU無(wú)需查詢(xún)狀態(tài)，直接用無(wú)需查詢(xún)狀態(tài)，直接用IN和和OUT指指令完成與接口之間的數(shù)據(jù)傳送。令完成與接口之間的數(shù)據(jù)傳送。 v 2. 查詢(xún)傳送方式查詢(xún)傳送方式 v 利用查詢(xún)方式輸入數(shù)據(jù)之前，利用查詢(xún)方式輸入數(shù)據(jù)之前，CPU要查要查詢(xún)輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好；利用查詢(xún)方式輸詢(xún)輸入數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好；利用查詢(xún)方式輸出數(shù)據(jù)之前，出數(shù)據(jù)之前，CPU要查詢(xún)輸出設(shè)備是否空要查詢(xún)輸出設(shè)備是否空閑。只有確認(rèn)外設(shè)已經(jīng)具備了傳送條件后，閑。只有確認(rèn)外設(shè)已經(jīng)具備了傳

8、送條件后，才能用才能用IN和和OUT指令完成數(shù)據(jù)傳送。指令完成數(shù)據(jù)傳送。 v 中斷控制傳送方式中斷控制傳送方式v 中斷控制的輸入和輸出方式，也成中斷中斷控制的輸入和輸出方式，也成中斷傳送方式。傳送方式。v 當(dāng)外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或接受數(shù)據(jù)的當(dāng)外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好或接受數(shù)據(jù)的鎖存器空時(shí)，變主動(dòng)項(xiàng)鎖存器空時(shí)，變主動(dòng)項(xiàng)CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，發(fā)出中斷請(qǐng)求，使使CPU中斷原來(lái)執(zhí)行的程序（主程序），中斷原來(lái)執(zhí)行的程序（主程序），轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的輸入或輸出操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為外設(shè)服務(wù)的輸入或輸出操作，服務(wù)完畢服務(wù)完畢CPU再繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。再繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。v 8.2.2 8.2.2 DMADMA傳送

9、方式傳送方式 v DMA方式的數(shù)據(jù)交換是由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。方式的數(shù)據(jù)交換是由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。v 數(shù)據(jù)交換過(guò)程由數(shù)據(jù)交換過(guò)程由DMA控制器來(lái)控制，控制器來(lái)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 直接存儲(chǔ)器存取直接存儲(chǔ)器存取DMA（direct memory access）方式用硬件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間方式用硬件實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間或存儲(chǔ)器與或存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備之間直接進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳設(shè)備之間直接進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送，不需要送，不需要CPU的干預(yù)。的干預(yù)。 v DMA傳送包括：傳送包括：RAMI/O端

10、口的端口的DMA讀傳送；讀傳送；I/O端口端口RAM 的的DMA寫(xiě)寫(xiě)傳送；傳送；RAMRAM的存儲(chǔ)單元傳送。的存儲(chǔ)單元傳送。v 8.3.2 8.3.2 DMADMA傳送過(guò)程傳送過(guò)程 v 1. 單字節(jié)傳送方式單字節(jié)傳送方式v 每次每次DMA傳送只傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)傳送只傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，傳送后釋放總線由據(jù)，傳送后釋放總線由CPU控制總線至少控制總線至少一個(gè)完整的總線周期。然后測(cè)試一個(gè)完整的總線周期。然后測(cè)試DMA請(qǐng)求請(qǐng)求線線DREQ，若有效，再進(jìn)入若有效，再進(jìn)入DMA周期。周期。v 2. 成組傳送方式成組傳送方式v 一個(gè)一個(gè)DMA請(qǐng)求可以傳送一組信息。在請(qǐng)求可以傳送一組信息。在DMAC初始化時(shí)，

11、由編程決定這一組信息初始化時(shí)，由編程決定這一組信息的字節(jié)數(shù)，只要在的字節(jié)數(shù)，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一直不放棄總線一直不放棄總線控制權(quán)，直到整個(gè)數(shù)組傳送完。控制權(quán)，直到整個(gè)數(shù)組傳送完。 v 3. 請(qǐng)求傳送方式請(qǐng)求傳送方式v 請(qǐng)求傳送方式又稱(chēng)查詢(xún)傳送方式。該請(qǐng)求傳送方式又稱(chēng)查詢(xún)傳送方式。該方式的傳送類(lèi)似于成組傳送方式，但每傳方式的傳送類(lèi)似于成組傳送方式，但每傳送一個(gè)字節(jié)后，送一個(gè)字節(jié)后，DMAC就檢測(cè)就檢測(cè)DREQ，若若無(wú)效，則掛起；若有效，繼續(xù)無(wú)效，則掛起；若有效，繼續(xù)DMA傳送，

12、傳送，直到一組信息傳送結(jié)束由外加信號(hào)強(qiáng)制直到一組信息傳送結(jié)束由外加信號(hào)強(qiáng)制DMAC中止操作。中止操作。 v DMA具有下列特點(diǎn)：具有下列特點(diǎn)：v 主存既可被主存既可被CPU訪問(wèn)，又可被外設(shè)直接訪問(wèn)，又可被外設(shè)直接訪問(wèn)。訪問(wèn)。v 數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，主存地址的確定，傳送數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，主存地址的確定，傳送數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)控制等都用硬件電路直接實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)控制等都用硬件電路直接實(shí)現(xiàn)。v 主存中要開(kāi)設(shè)專(zhuān)用緩沖區(qū)，及時(shí)供給和主存中要開(kāi)設(shè)專(zhuān)用緩沖區(qū)，及時(shí)供給和接收外設(shè)的數(shù)據(jù)。接收外設(shè)的數(shù)據(jù)。v DMA傳送速度快，可使傳送速度快，可使CPU和外設(shè)并和外設(shè)并行工作，提高了系統(tǒng)的效率。行工作，提高了系統(tǒng)的效率。v DM

13、A在開(kāi)始前和結(jié)束后要通過(guò)程序和在開(kāi)始前和結(jié)束后要通過(guò)程序和中斷方式進(jìn)行預(yù)處理。中斷方式進(jìn)行預(yù)處理。 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的應(yīng)用的應(yīng)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內(nèi)部寄存器口地址內(nèi)部寄存器口地址DMAC1DMAC2內(nèi)部寄存器名稱(chēng)內(nèi)部寄存器名稱(chēng)DMA+00H0000C0CH0基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器DMA+01H0010C2CH0基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器DMA+02H0020C4CH1

14、基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器DMA+03H0030C6CH1基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器DMA+04H0040C8CH2基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器DMA+05H0050CACH3基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器DMA+06H0060CCCH3基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器基地址寄存器和當(dāng)前地址寄存器DMA+07H0070CECH3基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器基本字節(jié)寄存器和當(dāng)前字節(jié)寄存器DMA+08H0080D0狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器/控制寄存器控制寄存器DMA+09H0090D

15、2請(qǐng)求寄存器請(qǐng)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/后觸發(fā)器后觸發(fā)器DMA+0DH00D0DA暫存器暫存器/復(fù)位命令復(fù)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 并行輸入輸出接口并行輸入輸出接口 v 8.4.1 8.4.1 概述概述v 并行輸入并行輸入/輸出是將一個(gè)字符的幾個(gè)位同時(shí)傳輸，輸出是將一個(gè)字符的幾個(gè)位同時(shí)傳輸，它具有傳輸速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)。并行通訊所用它具有傳輸速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)。并行通訊所用的電纜較多

16、，不適合長(zhǎng)距離傳輸。的電纜較多，不適合長(zhǎng)距離傳輸。v 所以，并行通訊一般用在數(shù)據(jù)傳輸率要求較高，所以，并行通訊一般用在數(shù)據(jù)傳輸率要求較高，而傳輸?shù)木嚯x較短的場(chǎng)合。而傳輸?shù)木嚯x較短的場(chǎng)合。v 實(shí)現(xiàn)并行輸入輸出的接口是并行接口。實(shí)現(xiàn)并行輸入輸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 串行輸入輸出接口串行輸入輸出接口 v 8.5.1 8.5.1 串行通信概述串行通信概述 v 串行通訊是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，串行通訊是指數(shù)據(jù)一位一位地順序傳送，只占用一條傳輸線，它可由兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：只占用一條傳輸線，它可由兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種是將一種是將8位通道中的一位依靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)串位通道中的一位依靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳送；另一種是通過(guò)專(zhuān)用的通訊接口，行數(shù)據(jù)傳送；另一種是通過(guò)專(zhuān)用的通訊接口，將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再進(jìn)行傳送。將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)再進(jìn)行傳送。v 在并行通訊中，數(shù)據(jù)有多少位就要有在并行通訊中，數(shù)據(jù)有多少位就要有多少傳輸線，而串行通訊只需要一條傳輸多少傳輸線，而串行通訊只需要一條傳輸線，所以串行通訊可以節(jié)省傳輸線。線，所以串行通訊可以節(jié)省傳輸線。 v 8.5.2 8.5.2串行通信接口芯片串行通信接口芯片 本章小結(jié)本章小結(jié) v 通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)了解通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)了解I/OI/O