[第六章微型计算机的输入与输出.doc

第6章 微型计算机的输入/输出 CPU与外设通讯的特点 输入/输出方式 CPU与外设通信的接口 8086CPU的输入/输出 一、 CPU与外设通信特点 1、通信特点 需要有接口作为CPU与外设通讯的桥梁； 需要有数据信息传送之前的“联络”； 要传递的信息有三方面内容：状态、数据及控制信息。 CPU I\O接口 外设 接口电路通常包含一组能够与处理器交换信息的、并编过地址的寄存器或缓冲器，称为I/O端口 数据端口—— 存放数据信息 状态端口—— 存放状态信息，即反映外设当前工作状态的信息 控制端口—— 存放控制信息 2、接口的用途 进行地址译码或设备选择，以便使CPU能与某一指定的外部设备通讯； 状态信息的应答，以协调数据传送之前的准备工作； 进行中断管理，提供中断信号； 进行数据格式转换，如正负逻辑的转换，串行与并行数据转换等； 进行电平转换，如TTL电平与RS232电平间的转换； 协调速度，如采用锁存、缓冲、驱动等； 时序控制，提供实时时钟信号。 简而言之：4大功能： 速度协调、 输入三态缓冲、 输出数据锁存、 数据转换 缓冲器与锁存器区别： 可编程接口芯片的缓冲器是由多个三态门构成的部件，当控制端有效时，输入端的信号直接送到输出端，只起到缓冲功能；当控制端无效时，输出端处于高阻浮空状态。  锁存器是由多个D触发器构成的部件，当时钟控制端有效时，输出端Q等于输入端D，直到下一时钟触发为止，有锁存功能。 I/O寻址方式有两种： 2）I/O口映像的I/O口寻址（独立编址） 特点：I/O口编址与内存完全独立。 优点：直接用IN、OUT指令，不占用内存空间。 缺点：增加硬件开支。 硬件连接方法：可用A7～A0（8位）或A15～A0（16位）编址。如图6.2所示。 用8位地址：1＃I/O口地址为80H～87H（A2~A0可 假设均为0或1）。 2＃I/O口地址为88H～8FH（A2~A0可 假设均为0或1）。 接口中硬件和软件分别称为接口硬件和接口软件。 1）．接口硬件 接口电路通常做在一块大规模或超大规模集成电路芯片上，因而常被称为接口芯片。当然，有时也有根据需要而用中、小规模集成电路。不同功能的接口电路，其结构虽各有不同，但都是由寄存器和控制逻辑两大部分组成，每部分又都包含几个基本组成部分，如图5-2所示。 （1）数据缓冲寄存器。数据缓冲寄存器有时也简称缓存器，它分为输入缓存器和输出缓存器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。 （2）控制寄存器。控制寄存器用于存放处理器发来的控制命令和其他信息，以确定接口电路的工作方式和功能。控制寄存器是写寄存器，其内容只能由处理器写入，而不能读出。 （3）状态寄存器。状态寄存器用于保存外设现行各种状态信息。它的内容可以被处理器读出，从而使处理器了解外设状况及数据传送过程中正在发生或最近已经发生的事情，供处理器做出正确的判断，使它能安全可靠地与接口完成交换数据的各种操作。 以上3种寄存器是接口电路中的核心部分。 为了保证在处理器和外设之间通过接口正确地传送数据，接口电路还必须包括下面几种控制逻辑电路： （1）数据总线和地址总线缓冲器。 （2）端口地址译码器。 （3）内部控制逻辑。 （4）对外联络控制逻辑。 2）．接口软件 接口软件又称为设备驱动程序。从实现接口的功能来看，一个完整的设备驱动程序大约包括如下一些程序段。 （1）初始化程序段。 （2）传送方式处理程序段。 （3）主控程序段。 （4）程序终止与退出程序段。 （5）辅助程序段。该程序段主要解决人—机对话等内容。 二、 输入/输出方式 1、程序控制传送方式 （1）同步传送方式：外设与CPU速度匹配时用。如：慢速的开关和快速的D/A转换器及多种常用的数据缓冲器等。 （2）异步查询方式：慢速的外设和快速的CPU之间的速度协调，CPU需等待。 （3）中断方式：异步查询方式占用CPU时间较多，可用硬件中断方式。 2、DMA传送方式： 借用CPU总线直接实现内存与I/O口之间信息传送，不需要通过CPU。 程序控制传送方式 同步传送方式 CPU直接与外设传送数据并不需要了解外设状态，认为外设已经准备就绪，直接与外设传送数据 由于不查询外设状态，接口电路不需要状态寄存器 异步查询方式 1.在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。 2.输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数 据是否已经准备就绪； 3.输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲。 中断方式 4.当外设作好传送准备后，主动向