8微机原理第七讲：基本输入输出接口(修改1).ppt

第七章：输入 / 输出接口 内容摘要： ★ 输入和输出设备是计算机系统的组成部分 ★ 程序、数据和各种信息，需要通过输入设备送入计算机 ★ 计算结果或控制信号要通过输出设备得以实现 ★ CPU与外设交换信息是计算机系统中重要和频繁的操作 本章主要介绍： ★ 接口的概念 ★ CPU与外围设备交换信息的方式 7．1 接口概述 ★ 计算机系统由主机和外部设备两大部分组成 ★ 外设不能直接和计算机系统的三总线相连接。其原因如下： 1．外设的多样性，形式复杂：电子式、电磁式、光电式等； 2．外设与CPU之间交换的信息的多样性： 信息类型：数据信息、控制信息、状态信息 信息模式：模拟信息、数字信息 传递形式：串行传递、并行传递 3．从外设管理和提高CPU的效率方面 ★ 须在外设和CPU三总线之间增设一个能控制外设与CPU进行信息 交换的中转电路，用来协调CPU和外设的信息交换及工作秩序。 ★ 这个中转电路就是接口电路 ★ 对于不同的外部设备，其接口电路也是不同的。（见下图） 不同外设与计算机主机之间的接口 输入接口 输出接口 外存接口 内存接口 内存 CPU 通信接口 智能仪器接口 过程控制接口 控制线 地址线 数据线 7．1．1　 I/O 接口的主要功能及结构 1．接口电路是外设和CPU进行连接的桥梁和交换信息的中转站 2．通过接口电路交换的信息： ☆ 状态信息：外设状态经接口电路传递给 CPU，使CPU 了解外设 当前的状态，以便进行下一步的操作； ☆ 控制信息：CPU 的控制信息经接口电路传递给外部设备，控制 外设进行有序的工作； ☆ 数据信息：通过接口电路CPU与外设间交换有效的传递。 3．接口的基本功能就是对数据传送控制： 包括信号暂存、数据格式转换、传送路径的切换控制和状态信号 的交换、通讯控制、设备动作、定时控制、中断管理及错误检测 等功能。 一、接口的概念： I/O 连接示意图 ★ 接口在 CPU 与外设之间建立一个缓冲区 ★ 解决了CPU与外设之间在： 数据形式、数据传递方式及传递速率上存在很大差异的矛盾。 CPU或 系统总线 外 设 I/O 接口 电路 二、I/O 接口电路的组成： 1．与外设相连接，用以传递信息，具有暂存信息的寄存器部件。 ★ 暂存信息的部件被称为 棗 端口 ★ 端口根据存放信息类型的不同，分以下三种： 1）数据端口：一般为双向 2）控制端口：单向输出 3）状态端口：单向输入 ★ 每个端口具有自己的地址。因此，接口电路具有多个端口地址 2．与计算机总线相连接： ★ 数据总线缓冲器：接数据总线，用传递数据信息，为双向三态 ★ 逻辑控制电路：接控制总线，控制端口的读、写状态 ★ 地址译码电路：接地址总线，接受地址信息，寻找被访问的端口 接口是接在计算机总线和外设之间的一个电路 DB 控 制 信 号 数 据 信 号 状 态 信 号 外 围 设 备 A0~An CB 控制端口 接口 状态端口 数据端口 控制 逻辑 内部 地址 译码器 数据 总线 缓冲器 地 址 译 码 器 7.1.2 I/O 端口的编址方式 ★ 接口电路中的端口是用来暂存与CPU交换的信息， 由接口电路中的内部寄存器构成； ★ CPU可以象访问存储器一样直接对端口进行读写操作。 因此，必须对接口电路中的这些端口一一分配地址。 ★ 对端口分配地址的方式称为：端口地址编址方式 ★ 编址方式有两种： 1．统一编址 棗 和存储器的存储单元一起进行编址 2．单独编址 棗 给端口单独分配地址空间 7.1.2 I/O 端口的编址方式 一、I/O 端口统一编址 ★ I/O 端口和存储单元按照存储单元的编址方法统一编排地址号， 由 I/O 端口地址和存储单元地址共同构成一个统一的地址空间。 ◆ 优点：访问端口同访问存储器一样，不需专用的指令 ◆ 缺点：占用了存储器的地址空间，使存储器的地址空间减少 ★ I/O 地址空间和内存地址空间是相对独立的，有两个地址空间， 即 MEM 和 I/O 地址空间，由专用控制线来确定要访问的对象。 ◆ 优点：不占用存储器的地址空间 ◆ 缺点：访问端口必须使用专用的指令（如 IN / OUT） ◆ 808