第六章基本输入输出技术详解.ppt

第六章 基本输入输出技术 6.1 I/O接口概述 6.2 无条件传送方式及其接口 6.3 查询传送方式及其接口 6.4 中断传送方式及其接口 6.5 DMA传送方式 6.1 I/O接口概述 什么是输入/输出设备？ 能够完成输入/输出操作的设备就叫输入/输出设备，简称外设或I/O设备。 输入设备有键盘、鼠标器、条形码阅读器和扫描仪等；输出设备有显示器、打印机、绘图仪、投影仪等。 6.1 I/O接口概述 I/O设备与CPU信息交换时存在的问题 速度不匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异很大。 时序不匹配：各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的CPU时序不一致。 信号格式不匹配：CPU能识别的是8 (16或32)位的并行数字量信息，而有些外设用的是模拟量（电流信号或是电压信号），有些设备采用串行方式传送数据。 信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是TTL电平，而外设大多不能用TTL电平所驱动，有自己的电源系统和信号电平。 6.1 I/O接口概述 1. I/O接口 2. 接口信息 3. 端口及编址方式 4. 数据传送方式 6.1.1 I/O接口 定义 实现外设与微机之间连接和信息交换的设备（功能电路），称为I/O接口(interface)。 接口技术是把由处理器等组成的基本系统与外部设备连接起来，从而实现计算机与外设通信的一门技术。 6.1.1 I/O接口 功能 速度匹配 设置数据的锁存、缓冲逻辑，以适应两者速度上的差异。它们通常由若干个寄存器或RAM芯片组成。 时序匹配 设置时序控制逻辑，实现异步传输的规程。通常，用“握手应答”方式确保两者操作同步。 信号格式匹配 设置信息格式相容性转换逻辑，串与并之间的转换。 信号电平匹配 设置电气性能的适配逻辑，以确保两者的电路按各自要求的信号类型和电平工作。如电平转换驱动器，或数/模、模/数转换器等。 6.1.1 I/O接口 功能（续） 传输控制 设置设备控制及监测逻辑，以保证按微机指定的命令控制外部设备完成相应的操作，并把指定设备的工作状态返回给微机。 其他功能 设置中断和（或）DMA控制逻辑，以保证在中断和（或）DMA允许的情况下，产生中断或DMA请求信号，并在接收到中断和（或）DMA应答之后，对设备实施中断处理或DMA的传输。 6.1.1 I/O接口 结构 控制逻辑命令电路 由命令寄存器和控制执行逻辑组成，这一部分是接口电路的“中央处理器”，用来完成全部接口操作的控制，称为控制寄存器。 状态存储和设置电路 由一组数据寄存器构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协调动作的，称为状态寄存器。 数据存储与缓冲电路 由一组寄存器构成，用于暂存中央处理器和外设之间的传送数据，以完成速度匹配工作，称为数据寄存器。 6.1.1 I/O接口 结构（续） 6.1 I/O接口概述 1. I/O接口 2. 接口信息 3. 端口及编址方式 4. 数据传送方式 6.1.2 接口信息 接口信号类型 数字量 二进制形式的数据。最小单位为位（bit）。 模拟量 用模拟电压或用模拟电流幅值大小表示的物理量。 模拟信号必须经过A/D（模拟/数字）转换器，转换成某种形式的数字量，才能输入计算机。反之，经过D/A。 开关量 只有两种状态，即“开”和“闭”。对应1位二进制。 脉冲量 在计算机控制系统中还经常用到计数脉冲、定时脉冲或控制脉冲。脉冲量信号是以脉冲形式表示的一种信号。 6.1.2 接口信息 接口信息类型 CPU与接口之间 CPU对接口的操作主要包括CPU对端口的初始化、发送命令（如读写命令）、选通端口等。 信息类型：数据信息（一般是并行数据）、地址信息和一部分控制信息。 接口与外设之间 接口对外设主要是数据传送、读取外设的状态以及对外设的启动、停止等控制。 信息类型：数据信息、状态信息和控制信息。 6.1.2 接口信息 端口、信息与总线类型 6.1 I/O接口概述 1. I/O接口 2. 接口信息 3. 端口及编址方式 4. 数据传送方式 6.1.3 端口及编址方式 I/O端口 数据端口 用来存放外设送往CPU的数据或CPU要输出到外设去的数据。这些数据是主机和外设之间交换的最基本信息，长度一般为1-2字节，数据端口主要起数据缓冲的作用。 状态端口 用来指示外设的当前状态。每种状态用1位表示，每个外设可以有几个状态位，它们可由CPU读取，以测试或检查外设的状态，决定程序的流程。 控制端口 用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字，以便控制接口或设备的动作。常见的命令信息位有启动位、停止位、允许中断位等。 6.1.3 端口及编址方式 端口编址（寻址）方式 端口统一编址（存储器映像编址） 把端口视为存储器单元，为其分配存储器地址。即