微机原理与接口技术课件第六章.ppt

,第六章 I/O接口和总线,主要内容,一、I/O接口及简单I/O接口芯片,二、I/O端口及其编址方式,三、CPU与外设间的数据传送方式,四、总线的基本概念,一、I/O接口及简单I/O接口芯片,1. I/O接口 将外设连接到总线上的一组逻辑 电路的总称。,CPU I/O接口 外设,控制 数据 地址,控制 数据 状态,2. I/O接口的主功能,速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门，三态锁存器),3. 几种简单I/O接口芯片,单向缓冲器接口芯片(74LS244),输出锁存器接口芯片(74LS273和74LS373),二、I/O端口及其编址方式,1. I/O端口 I/O接口芯片内部的寄存器或缓冲器。连接不同设备的I/O接口芯片，其功能往往差别很大，但是其中至少会有一个寄存器或缓冲器。即其中至少会有一个端口。,2. I/O端口的类型,3. I/O端口的编址方式,端口与内存的统一编址,特点： 指令及控制信号统一 内存地址资源减少,内存 地址 960KB,端口的独立编址,特点： 内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令较少,内存 地址,I/O 端口 地址,00000H,FFFFFH,FFFFH,0000H,8088/8086的I/O端口编址,采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(03FFH),三、CPU与外设间的数据传送方式,1 无条件传送,适用于总是处于准备好状态的外设 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄,2、查询工作方式,外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口,优点： 软件相对简单 缺点： CPU效率低，数据传送 的实时性 差，速度较慢,适用场合：,外设并不总是准备好； 对传送速率和效率要 求不高。,对外设及接口的要求：,READY?,与外设进 行数据交换,读入并测试外设状态,Y,N,Finish？,N,Y,单一外设时的工作流程,初始化,查询工作方式例（输出）,外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并编程将DATA单元开始100字节数输出。,程序段？,3、中断控制方式,特点： 外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序。 优点：CPU效率高，实时性好。 缺点：需要相应的硬件和软件资源。,以上三种I/O方式的共性,均需CPU作为中介： 软件： 外设与内存之间的数据传送是通过CPU执 行程序来完成的（PIO方式）； 硬件： I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信 号都是由CPU发出的； 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约 为几十KB/秒）。,4、DMA控制方式,特点： 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。,CPU DMAC RAM/ROM I/O,总线,DB,AB,CB,CPU,外设,存储器,总线,：执行程序指令的数据传送路径； ：DMA方式的数据传送路径,外设,外设,DMAC,内存,内存,DMAC,DMA传送的几种形式,AB DB CB,CPU DMAC Memory I/O,HOLD,HLDA,(1) DMAC接收I/O接口的DMA请求，并向CPU发出总线请求信号HOLD；,DMA的基本功能和工作步骤,(2) 当CPU发出总线回答信号HLAD后，接管对总线的控制，进入DMA传送过程；,(3) 能实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数据传送过程中自动修改地址；,(4) 能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号；,(5) 能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束；,(6) 在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对总线的控制。,四、总线的基本概念,总线分类,片级总线 ：元件级总线，用于芯片 一级的互连；,系统总线：板级总线，计算机中各插 件板间的互连；,外部总线：通信总线，用于计算机之 间或系统与计算机间的互连。,本章小结,在这一章中我们重点讨论了和I/O接口相关的一般概念。主要包括什么是I/O接口及I/O接口的功能、什么是I/O端口、I/O端口的编址方式以及CPU与外设间的数据传送方式等等。 重点掌握： 1. I/O接口与I/O端口两概念的区别和联系； 2. CPU与外设间常用的数据传送方式； 3. 查询式输入和输出电路的硬件和软件原理。,作业1： 某个微机系统中，有8块I/O接口芯片，每个芯片占有8个端口地址，若起始地址为9000H,8块芯片的地址连续分布，