計(jì)算機(jī)原理 第六章 微型計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)

1、第六章 微型計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù)6.1 接口的基本概念6.2 接口信號(hào)分類及I/O端口6.3 CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式16.1 接口的基本概念為什么要用接口？接口的用途： 1信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換 2數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 3數(shù)據(jù)的鎖存和緩沖 4對(duì)外部設(shè)備的控制與檢測(cè) 5產(chǎn)生中斷請(qǐng)求及DMA請(qǐng)求2接口的基本概念接口的功能： 1尋址功能 2輸入輸出功能 3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能 4聯(lián)絡(luò)功能 5中斷管理功能 6.復(fù)位功能 7.可編程功能 8.錯(cuò)誤檢測(cè)功能3接口分類接口電路按通用性分為兩類：通用接口和專用接口通用接口：可供多種外部設(shè)備使用的標(biāo)準(zhǔn)接口，目的是使微機(jī)正常工作； 通用接口通常制造成集成電路芯片，稱為接口芯片

2、。 最初的IBM-PC使用了6塊接口芯片：8284、8288、8255、8259、8237、8253；后來(lái)的微機(jī)將這些芯片集成為大規(guī)模集成電路芯片，稱為芯片組。如82430TX芯片組，由兩片芯片組成：北橋：82439TX南橋：82371AB專用接口：為某種用途或某類外設(shè)而專門設(shè)計(jì)的接口電路，目的在于擴(kuò)充微機(jī)系統(tǒng)的功能。專用接口通常制造成接口卡，插在主板總線插槽上使用。通用接口和專用接口的界限并不嚴(yán)格。4接口舉例56.2 接口信號(hào)分類及I/O端口接口電路通常包含一組能夠與處理器交換信息的寄存器，稱為I/O端口寄存器，簡(jiǎn)稱為I/O端口；信號(hào)分類：1）數(shù)據(jù)信息：數(shù)字量、模擬量、開(kāi)關(guān)量；2）狀態(tài)信息：

3、即反映外設(shè)當(dāng)前工作狀態(tài)的信息，輸入裝置是否準(zhǔn)備好的信息；在輸出時(shí)，輸出裝置是否空閑等狀態(tài)信息；3）控制信息：控制輸入輸出裝置的啟動(dòng)或停止等。狀態(tài)信息、控制信息與數(shù)據(jù)是不同性質(zhì)的信息，但也可以廣義地看作數(shù)據(jù)信息，因此可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送；但在外設(shè)接口中，使數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制命令寄存器各占一個(gè)端口。6接口信號(hào)連接7端口編址方式1存儲(chǔ)器映射方式 存儲(chǔ)器映射的主要優(yōu)點(diǎn)是：由于訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令類型多，功能齊全，也方便了訪問(wèn)外設(shè)端口的操作，不僅對(duì)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，還可以對(duì)端口內(nèi)容進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算、位移等，同時(shí)也為端口提供了較大的編址空間。 2I/O映射方式 這種方式的端口地址采用單獨(dú)編址,構(gòu)成一

4、個(gè)I/O空間，微處理器設(shè)置了專用的輸入輸出指令來(lái)訪問(wèn)端口，這種方式也常稱為數(shù)據(jù)通道式的輸入輸出。8端口編址方式Port 65535Port 255Port 3Port 2Port 1Port 0Port 0(16位)Port 1(16位)Port 0 (32位)PC系列機(jī)采用I/O端口獨(dú)立編址方式9端口編址方式端口地址是一種重要資源10接口部件和數(shù)據(jù)、地址線的連接1，接口部件和多字節(jié)數(shù)據(jù)總線的連接接口的數(shù)據(jù)總線一般為8位；通常連接在低8位數(shù)據(jù)總線上；2，接口部件和地址總線的連接接口部件在系統(tǒng)中的地址和部件內(nèi)部地址的區(qū)分；保證數(shù)據(jù)在低8位數(shù)據(jù)總線上傳輸；116.3 CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式

5、主機(jī)與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)的方式大致可分為如下幾種： （1）程序方式分為：無(wú)條件傳送和條件傳送方式（查詢方式） （2）中斷傳送方式 （3）直接數(shù)據(jù)傳送方式（DMA）12（1）程序方式CPU與外設(shè)間的數(shù)據(jù)交換在程序控制下進(jìn)行（一）無(wú)條件傳送不查詢外設(shè)狀態(tài)，認(rèn)為外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，直接與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)；外設(shè)準(zhǔn)備就緒：對(duì)于輸入設(shè)備，已經(jīng)把數(shù)據(jù)放入接口電路的數(shù)據(jù)輸入寄存器，CPU可以讀?。粚?duì)于輸出設(shè)備，已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)（接口電路的數(shù)據(jù)輸出寄存器已空），CPU可以向它輸出數(shù)據(jù)；由于不查詢外設(shè)狀態(tài)，接口電路不需要狀態(tài)寄存器。13無(wú)條件傳送14程序查詢傳送（二）程序查詢傳送 在執(zhí)行輸入輸出前，要先查詢接口中狀態(tài)寄存

6、器的狀態(tài)。 輸入時(shí)，狀態(tài)寄存器的狀態(tài)指示要輸入的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)準(zhǔn)備就緒； 輸出時(shí)，狀態(tài)寄存器的狀態(tài)指示輸出設(shè)備是否空閑。15程序查詢傳送：查詢輸入16程序查詢傳送：查詢輸出17查詢方式輸入、輸出舉例FLAG=0時(shí)，輪流查詢兩個(gè)設(shè)備DEV1、DEV2的狀態(tài)，準(zhǔn)備好時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的處理PROC1、PROC2。MOVFLAG, 0DEV1: IN AL, STAT1 TEST AL,80HJZ DEV2CALL PROC1_DEV2: IN AL, STAT2TEST AL,80HJZ NOINCALL PROC2NOIN: CMP FLAG,1JNZ DEV118（2）中斷傳送方式 使用查詢方式，CPU

7、必須檢測(cè)接口電路的狀態(tài)寄存器，如果設(shè)備未準(zhǔn)備好，CPU就要不斷地查詢，降低了CPU的運(yùn)行效率；中斷方式：當(dāng)外設(shè)作好傳送準(zhǔn)備后，主動(dòng)向CPU請(qǐng)求中斷，CPU響應(yīng)中斷后在中斷處理程序中與外設(shè)交換數(shù)據(jù)。若外設(shè)未準(zhǔn)備好，CPU可以執(zhí)行其他程序，提高了CPU的利用率；每條指令完成后，CPU均可響應(yīng)中斷，因此當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好時(shí)，可及時(shí)與CPU交換數(shù)據(jù)，提高了實(shí)時(shí)性。19中斷傳送方式20（3）DMA傳送方式DMA=Direct Memory Access直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) 對(duì)于高速外設(shè)（如磁盤(pán)、高速A/D），中斷方式不能滿足數(shù)據(jù)傳輸速度的要求； DMA方式是一種由專門的硬件電路執(zhí)行I/O的數(shù)據(jù)傳送方式，它可以讓外設(shè)接口直接與內(nèi)存進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送，而不必經(jīng)過(guò)CPU。這種專門的硬件電路稱為DMA控制器，簡(jiǎn)稱DMAC。21DMA傳送方式P308特點(diǎn)：（1）在獲得總線控制權(quán)后，能夠控制系統(tǒng)總線；（2）不需要執(zhí)行象CPU那樣的輸入輸出指令來(lái)交換數(shù)據(jù)，用硬件邏輯電路產(chǎn)生地址和讀寫(xiě)信號(hào)。22習(xí)題與作業(yè)1.微機(jī)系統(tǒng)輸入輸出接口的用途是什么，