微机原理与接口技术-07-1-IO概述.pdf

第七章 I/O接口概述 主要内容 • 基本概念 • I/O端口的地址译码 • CPU与外设间的数据传送控制 • 程序传送方式 • 中断传送方式 • DMA传送方式 一、基本概念 1. 什么是I/O设备 输入设备和输出设备是计算机系统的重要组成部分，用于计算机与外部 世界进行联系。输入设备和输出设备统称为外围设备（简称外设）或I/O设 备。 2. 什么是I/O接口 由于外设在结构和工作原理上与主机有很大的差异，因此，它们一般无 法直接相连，而必须经过一个 “转换”机构。用于连接主机与外设的这个转 换机构就是I/O接口电路，简称I/O接口 I/O接口是主机和外设进行衔接的部件，它的一端通过总线和主机相连， 另一端通过端口和外设相连。通过接口可以传送外设向主机输入的信息，或 者传送主机输出到外设的信息。 3. 为什么需要I/O接口 任何外设都不能直接与主机相连，必须通过相应的I/O接口电路与主机相连。其主要原因 有以下几点：  外设种类繁多，速度不匹配 外设有机械式的、电子式的或机电式的，它们的工作速度通常比高速的CPU要低得多，而且 各种外设的工作速度互不相同，因而要求I/O接口对输入输出过程能起一个缓冲和联络的作用。  信号类型和信号电平不匹配 外设提供的信号类型既有数字信号也有连续变化的模拟信号，例如在测量温度时，传感器 送出的可能是模拟信号。另外有些外设的信号电平与主机也不相同，因而要求I/O接口对信号 类型和信号电平进行转换。  数据类型和数据格式不匹配 CPU系统总线传送的是并行数据，而有的外设是按位串行传送数据，因而要求I/O接口进行 串-并数据格式的转换。另外，如Intel8086CPU字长为16位，而外设数据格式为8位，因而需要 对数据格式进行组装或分解。  时序不匹配 主机和外设通常按照各自独立的时序进行工作，因而为了协调它们之间的信息交换，I/O接 口往往需要进行缓冲暂存，并满足各自的时序要求。 4. I/O接口的基本功能 • 数据驱动与缓冲 提供主机和外设所需的缓冲、暂存、驱动能力，以满足负载要求和时序要求 –CPU利用缓冲器从外设输入数据 –CPU利用锁存器向外设输出数据 • 外设寻址 设置地址译码器和设备选择逻辑，以保证主机按照特定的路径访问选定的外设 –不同的外设需要不同的接口电路 –同一外设中存在不同的端口 • 通信控制 提供主机与外设之间交换数据所需的控制逻辑和状态信号 –CPU通过控制端口输出对外设的控制信号 –CPU通过状态端口输入外设的状态信号 • 信息变换 –CPU与外设的信息编码方式不同，如七段数码管 –CPU与外设的数据宽度不同，如并-串转换 –CPU与外设的电平逻辑不同，如RS-232C 5. I/O接口和I/O端口的区别 • I/O接口：CPU与外设间的缓冲电路 • I/O端口：接口电路中的寄存器 AB 地址 I/O端口1 译码 C 外 P DB 数据 I/O端口2 缓冲 U CB 控制 I/O端口3 设 电路 6. I/O接口中的信息种类 • CPU与I/O接口间的信息 –数据：双向 –状态：从外设输入 –控制：向外设输出，又称命令信息