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15 2315 23 微机原理与接口技术微机原理与接口技术 第十五讲第十五讲 15 2315 23 2 第六章第六章I OI O接口和总线接口和总线接口和总线接口和总线 6 1 I O接口 一 接口 一 I O接口的功能 二 简单的输入输出芯片 三 接口的功能 二 简单的输入输出芯片 三 I O端口及其寻址方式 四 端口及其寻址方式 四 CPU与外设间的数据传送方式 五 与外设间的数据传送方式 五 I O译码电路译码电路 6 2 总线总线 6 6 1 I O1 I O接口接口接口接口 一 一 一 一 I OI O接口的功能接口的功能接口的功能接口的功能 二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片 三 三 三 三 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 四 四 四 四 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 五 五 五 五 I OI O译码电路译码电路译码电路译码电路 6 6 2 2 总线总线总线总线 内 容 提 要 内内 容容 提提 要要 15 2315 23 3 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配 时序不匹配时序不匹配时序不匹配时序不匹配 第六章第六章 I OI O接口和总线接口和总线 一 一 一 一 I OI O接口的功能接口的功能接口的功能接口的功能 1 1 采用 采用 采用 采用I OI O接口的必要性接口的必要性接口的必要性接口的必要性 CPUCPU与外部设备交换信息的过程 是在控制信号的作用下通过数据与外部设备交换信息的过程 是在控制信号的作用下通过数据与外部设备交换信息的过程 是在控制信号的作用下通过数据与外部设备交换信息的过程 是在控制信号的作用下通过数据 总线来完成的 外部设备种类繁多 它们对所传输的信息的要求也各不总线来完成的 外部设备种类繁多 它们对所传输的信息的要求也各不总线来完成的 外部设备种类繁多 它们对所传输的信息的要求也各不总线来完成的 外部设备种类繁多 它们对所传输的信息的要求也各不 相同 这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下相同 这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下相同 这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下相同 这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题一些问题一些问题一些问题 存储器 输入 输出 接口 运算器 控制器 寄存器组 外围设备 显示器 键盘 鼠标 硬盘 软驱 光驱 扫描仪 系统软件应用软件 15 2315 23 4 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配 时序不匹配时序不匹配时序不匹配时序不匹配 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 1 1 采用 采用I OI O接口的必要性接口的必要性 存储器 输入 输出 接口 运算器 控制器 寄存器组 外围设备 显示器 键盘 鼠标 硬盘 软驱 光驱 扫描仪 系统软件应用软件 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甚大 它 们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬 磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的 串行打印机或速度更慢的键盘 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甚大 它 们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬 磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的 串行打印机或速度更慢的键盘 CPUCPU的速度很高 而外设的速度要低得的速度很高 而外设的速度要低得的速度很高 而外设的速度要低得的速度很高 而外设的速度要低得 多 而且不同的外设速度差异甚大 它多 而且不同的外设速度差异甚大 它多 而且不同的外设速度差异甚大 它多 而且不同的外设速度差异甚大 它 们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬们之中有每秒钟能传送兆位数量级的硬 磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的磁盘 也有每秒钟只能打印百位字符的 串行打印机或速度更慢的键盘 串行打印机或速度更慢的键盘 串行打印机或速度更慢的键盘 串行打印机或速度更慢的键盘 15 2315 23 5 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配 时序不匹配时序不匹配时序不匹配时序不匹配 1 1 采用 采用I OI O接口的必要性接口的必要性 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 存储器 输入 输出 接口 运算器 控制器 寄存器组 外围设备 显示器 键盘 鼠标 硬盘 软驱 光驱 扫描仪 系统软件应用软件 CPU所使用的信号都是所使用的信号都是TTL电平 而外设 大多是复杂的机电设备 往往不能用 电平 而外设 大多是复杂的机电设备 往往不能用TTL 电平所驱动 必须有自己的电源系统和信 号电平 电平所驱动 必须有自己的电源系统和信 号电平 CPUCPU所使用的信号都是所使用的信号都是所使用的信号都是所使用的信号都是TTLTTL电平 而外设电平 而外设电平 而外设电平 而外设 大多是复杂的机电设备 往往不能用大多是复杂的机电设备 往往不能用大多是复杂的机电设备 往往不能用大多是复杂的机电设备 往往不能用TTLTTL 电平所驱动 必须有自己的电源系统和信电平所驱动 必须有自己的电源系统和信电平所驱动 必须有自己的电源系统和信电平所驱动 必须有自己的电源系统和信 号电平 号电平 号电平 号电平 15 2315 23 6 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配 时序不匹配时序不匹配时序不匹配时序不匹配 1 1 采用 采用I OI O接口的必要性接口的必要性 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 存储器 输入 输出 接口 运算器 控制器 寄存器组 外围设备 显示器 键盘 鼠标 硬盘 软驱 光驱 扫描仪 系统软件应用软件 CPU系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是8位 位 16位或位或32 位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各 不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是 数字量或开关量 有些设备上的信息是电流 量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方 式传送数据 而有些则用并行方式 位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各 不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是 数字量或开关量 有些设备上的信息是电流 量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方 式传送数据 而有些则用并行方式 CPUCPU系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是8 8位 位 位 位 1616位或位或位或位或3232 位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各位的并行数据 而各种外设使用的信息格式各 不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是不相同 有些设备上用的是模拟量 而有些是 数字量或开关量 有些设备上的信息是电流数字量或开关量 有些设备上的信息是电流数字量或开关量 有些设备上的信息是电流数字量或开关量 有些设备上的信息是电流 量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方量 而有些却是电压量 有些设备采用串行方 式传送数据 而有些则用并行方式 式传送数据 而有些则用并行方式 式传送数据 而有些则用并行方式 式传送数据 而有些则用并行方式 15 2315 23 7 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 速度的不匹配 外部设备多种多样 信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配信号电平不匹配 信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配信号格式不匹配 时序不匹配时序不匹配时序不匹配时序不匹配 1 1 采用 采用I OI O接口的必要性接口的必要性 各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的 CPU时序不一致 因此输入输出设备不能直接 与 时序不一致 因此输入输出设备不能直接 与CPU的系统总线相连 必须在的系统总线相连 必须在CPU与外设 之间设置专门的接口 与外设 之间设置专门的接口 Interface 电路来解决这 些问题 电路来解决这 些问题 各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的各种外设都有定时和控制逻辑 与计算机的 CPUCPU时序不一致 因此输入输出设备不能直接时序不一致 因此输入输出设备不能直接时序不一致 因此输入输出设备不能直接时序不一致 因此输入输出设备不能直接 与与与与CPUCPU的系统总线相连 必须在的系统总线相连 必须在的系统总线相连 必须在的系统总线相连 必须在CPUCPU与外设与外设与外设与外设 之间设置专门的接口之间设置专门的接口之间设置专门的接口之间设置专门的接口 InterfaceInterface 电路来解决这电路来解决这电路来解决这电路来解决这 些问题 些问题 些问题 些问题 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 15 2315 23 8 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 15 2315 23 9 2 2 2 2 接口的功能接口的功能接口的功能接口的功能 设置数据缓冲设置数据缓冲设置数据缓冲设置数据缓冲以解决两者速度差异所带来的不协调问题 以解决两者速度差异所带来的不协调问题 以解决两者速度差异所带来的不协调问题 以解决两者速度差异所带来的不协调问题 设置信号电平转换电路设置信号电平转换电路设置信号电平转换电路设置信号电平转换电路 在接口电路中设置电平转换电路来解决外设和在接口电路中设置电平转换电路来解决外设和在接口电路中设置电平转换电路来解决外设和在接口电路中设置电平转换电路来解决外设和CPUCPU之间信号电平的不一之间信号电平的不一之间信号电平的不一之间信号电平的不一 致问题 致问题 致问题 致问题 设置信息转换逻辑设置信息转换逻辑设置信息转换逻辑设置信息转换逻辑 外设传送的信息可以是模拟量 数字量 开关量 而计算机只能处理数外设传送的信息可以是模拟量 数字量 开关量 而计算机只能处理数外设传送的信息可以是模拟量 数字量 开关量 而计算机只能处理数外设传送的信息可以是模拟量 数字量 开关量 而计算机只能处理数 字信号 通过设置信息转换逻辑来解决 字信号 通过设置信息转换逻辑来解决 字信号 通过设置信息转换逻辑来解决 字信号 通过设置信息转换逻辑来解决 设置时序控制电路设置时序控制电路设置时序控制电路设置时序控制电路同步同步同步同步CPUCPU和外设的工作 和外设的工作 和外设的工作 和外设的工作 提供地址译码电路提供地址译码电路提供地址译码电路提供地址译码电路 有外设地址译码电路 使有外设地址译码电路 使有外设地址译码电路 使有外设地址译码电路 使CPUCPU在同一时刻只能选中某一个在同一时刻只能选中某一个在同一时刻只能选中某一个在同一时刻只能选中某一个I OI O端口 此端口 此端口 此端口 此 外 接口电路中还有输入输出控制 读外 接口电路中还有输入输出控制 读外 接口电路中还有输入输出控制 读外 接口电路中还有输入输出控制 读 写控制及中断控制等逻辑 写控制及中断控制等逻辑 写控制及中断控制等逻辑 写控制及中断控制等逻辑 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 15 2315 23 10 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O接口的功能接口的功能 15 2315 23 11 第六章第六章I OI O接口和总线接口和总线接口和总线接口和总线 6 1 I O接口 一 I O接口的功能 二 简单的输入输出芯片 三 I O端口及其寻址方式 四 CPU与外设间的数据传送方式 五 I O译码电路 6 2 总线 6 6 1 I O1 I O接口接口 一 一 I OI O接口的功能接口的功能 二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片 三 三 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式 四 四 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 五 五 I OI O译码电路译码电路 6 6 2 2 总线总线 内 容 提 要 内内 容容 提提 要要 15 2315 23 12 二 二 二 二 简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片 最常用的简单输入输出接口芯片主要有最常用的简单输入输出接口芯片主要有缓冲器缓冲器 Buffer Buffer 和和锁锁 存器存器 Latch Latch 缓冲器缓冲器74LS24474LS244和和74LS24574LS245 锁存器锁存器74LS37374LS373 6 6 1 I O1 I O接口接口 15 2315 23 13 缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器74LS24474LS244芯片芯片芯片芯片 8 8路数据缓冲器路数据缓冲器路数据缓冲器路数据缓冲器 6 6 1 I O1 I O接口接口 简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片 15 2315 23 14 缓冲器缓冲器缓冲器缓冲器74LS24574LS245芯片芯片芯片芯片 8 8路双向数据缓冲器 路双向数据缓冲器 路双向数据缓冲器 路双向数据缓冲器 6 6 1 I O1 I O接口接口 简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片 G G 为为 0 0 是有效是有效 DIRDIR为为 1 1 时 时 A A B B DIRDIR为为 0 0 时 时 A A B B 15 2315 23 15 锁存器锁存器锁存器锁存器74LS37374LS373芯片芯片芯片芯片 6 6 1 I O1 I O接口接口 简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片简单的输入输出接口芯片 D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ D D C C QQ OEOE 1D1D 2D2D 3D3D 4D4D 5D5D 6D6D 7D7D 8D8D 1 1 3 3 4 4 7 7 8 8 1313 1414 1818 2 2 5 5 6 6 9 9 1212 1515 1616 1919 1111 GG 1O1O 2O2O 3O3O 4O4O 5O5O 6O6O 7O7O 8O8O 15 2315 23 16 第六章第六章I OI O接口和总线接口和总线接口和总线接口和总线 6 1 I O接口 一 I O接口的功能 二 简单的输入输出芯片 三 I O端口及其寻址方式 四 CPU与外设间的数据传送方式 五 I O译码电路 6 2 总线 6 6 1 I O1 I O接口接口 一 一 I OI O接口的功能接口的功能 二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片 三 三 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式 四 四 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 五 五 I OI O译码电路译码电路 6 6 2 2 总线总线 内 容 提 要 内内 容容 提提 要要 15 2315 23 17 三 三 三 三 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 1 1 I OI O端口端口端口端口 CPUCPU与外设通信时 传送的信息主要包括 与外设通信时 传送的信息主要包括 与外设通信时 传送的信息主要包括 与外设通信时 传送的信息主要包括 数据信息数据信息数据信息数据信息 状态状态状态状态 信息信息信息信息和和和和控制信息控制信息控制信息控制信息 在接口电路中 这些信息分别进入不同的 在接口电路中 这些信息分别进入不同的 在接口电路中 这些信息分别进入不同的 在接口电路中 这些信息分别进入不同的寄存寄存寄存寄存 器器器器 通常将这些 通常将这些 通常将这些 通常将这些寄存器寄存器寄存器寄存器和它们的和它们的和它们的和它们的控制逻辑控制逻辑控制逻辑控制逻辑统称为统称为统称为统称为I OI O端口端口端口端口 Port Port CPUCPU可对端口中的信息直接进行读写 可对端口中的信息直接进行读写 可对端口中的信息直接进行读写 可对端口中的信息直接进行读写 6 6 1 I O1 I O接口接口 15 2315 23 18 在一般的接口电路中都要设置以下在一般的接口电路中都要设置以下在一般的接口电路中都要设置以下在一般的接口电路中都要设置以下几种端口几种端口几种端口几种端口 数据端口数据端口数据端口数据端口 数据端口数据端口数据端口数据端口 Data Port Data Port 用来用来用来用来存放存放存放存放外设送往外设送往外设送往外设送往CPUCPU的数据以及的数据以及的数据以及的数据以及CPUCPU要输出到要输出到要输出到要输出到 外设去的外设去的外设去的外设去的数据数据数据数据 状态端口状态端口状态端口状态端口 Status Port Status Port 指示指示指示指示外设的当前状态外设的当前状态外设的当前状态外设的当前状态 接口电路状态端口中最常用的状态位有 接口电路状态端口中最常用的状态位有 接口电路状态端口中最常用的状态位有 接口电路状态端口中最常用的状态位有 准备就绪位准备就绪位准备就绪位准备就绪位 Ready Ready 忙碌位忙碌位忙碌位忙碌位 Busy Busy 错误位错误位错误位错误位 Error Error 命令端口命令端口命令端口命令端口 Command Port Command Port 也称为也称为也称为也称为控制端口控制端口控制端口控制端口 Control Port Control Port 它用来它用来它用来它用来存放存放存放存放CPUCPU向接口发出的向接口发出的向接口发出的向接口发出的各种各种各种各种 命令和控制字命令和控制字命令和控制字命令和控制字 以便控制接口或设备的动作 以便控制接口或设备的动作 以便控制接口或设备的动作 以便控制接口或设备的动作 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 19 CPUCPU与外设交换的数据是以字节为单位进行的 因此一个外设与外设交换的数据是以字节为单位进行的 因此一个外设与外设交换的数据是以字节为单位进行的 因此一个外设与外设交换的数据是以字节为单位进行的 因此一个外设 的的的的数据端口含有数据端口含有数据端口含有数据端口含有8 8位 位 位 位 而而而而状态口状态口状态口状态口和和和和命令口命令口命令口命令口可以可以可以可以只包含一位或几位只包含一位或几位只包含一位或几位只包含一位或几位信信信信 息 所以不同外设的状态口息 所以不同外设的状态口息 所以不同外设的状态口息 所以不同外设的状态口允许共用一个端口允许共用一个端口允许共用一个端口允许共用一个端口 命令口也可共用 命令口也可共用 命令口也可共用 命令口也可共用 数据信息数据信息数据信息数据信息 状态信息状态信息状态信息状态信息和和和和控制信息控制信息控制信息控制信息的含义各不相同 按理这些信的含义各不相同 按理这些信的含义各不相同 按理这些信的含义各不相同 按理这些信 息应分别传送 但在微型计算机系统中 息应分别传送 但在微型计算机系统中 息应分别传送 但在微型计算机系统中 息应分别传送 但在微型计算机系统中 CPUCPU通过接口和外设交换通过接口和外设交换通过接口和外设交换通过接口和外设交换 数据时 只有输入数据时 只有输入数据时 只有输入数据时 只有输入 ININ 和输出和输出和输出和输出 OUTOUT 两种指令 所以只能把状态信息两种指令 所以只能把状态信息两种指令 所以只能把状态信息两种指令 所以只能把状态信息 和命令信息也都当作数据信息来传送 且将状态信息作为输入数和命令信息也都当作数据信息来传送 且将状态信息作为输入数和命令信息也都当作数据信息来传送 且将状态信息作为输入数和命令信息也都当作数据信息来传送 且将状态信息作为输入数 据 控制信息作为输出数据 于是据 控制信息作为输出数据 于是据 控制信息作为输出数据 于是据 控制信息作为输出数据 于是三种信息都可以通过数据总线传三种信息都可以通过数据总线传三种信息都可以通过数据总线传三种信息都可以通过数据总线传 送送送送了 但要注意 这三种信息被了 但要注意 这三种信息被了 但要注意 这三种信息被了 但要注意 这三种信息被送入三种不同端口的寄存器送入三种不同端口的寄存器送入三种不同端口的寄存器送入三种不同端口的寄存器 因而 因而 因而 因而 能能能能实施不同的功能实施不同的功能实施不同的功能实施不同的功能 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 20 存储器映象寻址方式存储器映象寻址方式存储器映象寻址方式存储器映象寻址方式 I OI O指令寻址方式指令寻址方式指令寻址方式指令寻址方式 CPUCPU对外设的访问实质上是对对外设的访问实质上是对对外设的访问实质上是对对外设的访问实质上是对I OI O接口电路中相应的端口接口电路中相应的端口接口电路中相应的端口接口电路中相应的端口 进行访问 也需要由译码电路来形成进行访问 也需要由译码电路来形成进行访问 也需要由译码电路来形成进行访问 也需要由译码电路来形成I OI O端口地址 端口地址 端口地址 端口地址 I OI O端端端端 口的编址方式有两种口的编址方式有两种口的编址方式有两种口的编址方式有两种 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 21 存储器映象寻址方式 存储器映象寻址方式 存储器映象寻址方式 存储器映象寻址方式 若把系统中的每个若把系统中的每个若把系统中的每个若把系统中的每个I OI O端口都看作端口都看作端口都看作端口都看作 个存储单元 并个存储单元 并个存储单元 并个存储单元 并与存储单元一样统与存储单元一样统与存储单元一样统与存储单元一样统 一编址一编址一编址一编址 这样访问存储器的所有指令均可用来访问 这样访问存储器的所有指令均可用来访问 这样访问存储器的所有指令均可用来访问 这样访问存储器的所有指令均可用来访问I OI O端口 端口 端口 端口 不用不用不用不用设置设置设置设置专专专专 门的门的门的门的I OI O指令指令指令指令 这种寻址方式称为 这种寻址方式称为 这种寻址方式称为 这种寻址方式称为存储器映象的存储器映象的存储器映象的存储器映象的I OI O寻址方式寻址方式寻址方式寻址方式 Memory Memory Mapped I O Mapped I O 优点 优点 优点 优点 微处理器的指令集中不必包含微处理器的指令集中不必包含微处理器的指令集中不必包含微处理器的指令集中不必包含I OI O操作指令 简化了指令系统的设计 操作指令 简化了指令系统的设计 操作指令 简化了指令系统的设计 操作指令 简化了指令系统的设计 能用类型多 功能强的访问存储器指令 对能用类型多 功能强的访问存储器指令 对能用类型多 功能强的访问存储器指令 对能用类型多 功能强的访问存储器指令 对I OI O设备进行方便 灵活的操设备进行方便 灵活的操设备进行方便 灵活的操设备进行方便 灵活的操 作 作 作 作 I OI O地址空间可大可小 能根据实际系统上的外设数目来调整 地址空间可大可小 能根据实际系统上的外设数目来调整 地址空间可大可小 能根据实际系统上的外设数目来调整 地址空间可大可小 能根据实际系统上的外设数目来调整 缺点 缺点 缺点 缺点 是是是是I OI O端口占用了存储单元的地址空间 为了尽可能减小所占的内存空端口占用了存储单元的地址空间 为了尽可能减小所占的内存空端口占用了存储单元的地址空间 为了尽可能减小所占的内存空端口占用了存储单元的地址空间 为了尽可能减小所占的内存空 间 必须用全译码方式来形成间 必须用全译码方式来形成间 必须用全译码方式来形成间 必须用全译码方式来形成I OI O地址 使地址 使地址 使地址 使I OI O译码电路变得较复杂 此译码电路变得较复杂 此译码电路变得较复杂 此译码电路变得较复杂 此 外 访问存储器的指令一般要比外 访问存储器的指令一般要比外 访问存储器的指令一般要比外 访问存储器的指令一般要比I OI O指令长指令长指令长指令长 两个字节 这会延长输入 两个字节 这会延长输入 两个字节 这会延长输入 两个字节 这会延长输入 输出操作的时间 输出操作的时间 输出操作的时间 输出操作的时间 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 22 I OI O单独编址方式 单独编址方式 单独编址方式 单独编址方式 若对系统中的输入输出端口地址若对系统中的输入输出端口地址若对系统中的输入输出端口地址若对系统中的输入输出端口地址单独编址单独编址单独编址单独编址 构成一个 构成一个 构成一个 构成一个I OI O空间 它们空间 它们空间 它们空间 它们不不不不 占用存储空间占用存储空间占用存储空间占用存储空间 而是用 而是用 而是用 而是用专门的专门的专门的专门的ININ指令和指令和指令和指令和OUTOUT指令指令指令指令来访问这种具有来访问这种具有来访问这种具有来访问这种具有独立独立独立独立 地址空间地址空间地址空间地址空间的端口 这种寻址方式称为的端口 这种寻址方式称为的端口 这种寻址方式称为的端口 这种寻址方式称为I OI O单独编址方式单独编址方式单独编址方式单独编址方式 优点 优点 优点 优点 将输入输出指令和访问存储器的指令明显区分开 使程序清晰 可将输入输出指令和访问存储器的指令明显区分开 使程序清晰 可将输入输出指令和访问存储器的指令明显区分开 使程序清晰 可将输入输出指令和访问存储器的指令明显区分开 使程序清晰 可 读性好 而且读性好 而且读性好 而且读性好 而且I OI O指令长度短 执行的速度快 也不占用内存空间 指令长度短 执行的速度快 也不占用内存空间 指令长度短 执行的速度快 也不占用内存空间 指令长度短 执行的速度快 也不占用内存空间 I OI O 地址译码电路较简单 地址译码电路较简单 地址译码电路较简单 地址译码电路较简单 缺点 缺点 缺点 缺点 CPUCPU指令系统中必须有专门的指令系统中必须有专门的指令系统中必须有专门的指令系统中必须有专门的ININ和和和和OUTOUT指令 这些指令的功能没有指令 这些指令的功能没有指令 这些指令的功能没有指令 这些指令的功能没有 访问存储器指令强 另外 访问存储器指令强 另外 访问存储器指令强 另外 访问存储器指令强 另外 CPUCPU要能提供区分存储器读要能提供区分存储器读要能提供区分存储器读要能提供区分存储器读 写和写和写和写和I OI O读读读读 写写写写 的控制信号 的控制信号 的控制信号 的控制信号 例如例如例如例如Z80 CPUZ80 CPU的的的的MREQMREQ和和和和IORQIORQ 80868086的的的的M IOM IO和和和和80888088的的的的 IO MIO M信号 信号 信号 信号 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 23 两种寻址方式各有利弊 一般要根据所用的两种寻址方式各有利弊 一般要根据所用的两种寻址方式各有利弊 一般要根据所用的两种寻址方式各有利弊 一般要根据所用的CPUCPU类型来确定类型来确定类型来确定类型来确定I OI O寻址方寻址方寻址方寻址方 式 例如 对于式 例如 对于式 例如 对于式 例如 对于MotorolaMotorola公司的公司的公司的公司的CPUCPU 通常没有专门的通常没有专门的通常没有专门的通常没有专门的ININ和和和和OUTOUT指令 指令 指令 指令 因此都采用存储器寻址方式编址 而对于因此都采用存储器寻址方式编址 而对于因此都采用存储器寻址方式编址 而对于因此都采用存储器寻址方式编址 而对于8086 80888086 8088系统 习惯上都采用系统 习惯上都采用系统 习惯上都采用系统 习惯上都采用 I OI O寻址方式寻址方式寻址方式寻址方式 6 6 1 I O1 I O接口接口 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式端口及其寻址方式 15 2315 23 24 第六章第六章I OI O接口和总线接口和总线接口和总线接口和总线 6 1 I O接口 一 I O接口的功能 二 简单的输入输出芯片 三 I O端口及其寻址方式 四 CPU与外设间的数据传送方式 五 I O译码电路 6 2 总线 6 6 1 I O1 I O接口接口 一 一 I OI O接口的功能接口的功能 二 简单的输入输出芯片二 简单的输入输出芯片 三 三 I OI O端口及其寻址方式端口及其寻址方式 四 四 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 五 五 I OI O译码电路译码电路 6 6 2 2 总线总线 内 容 提 要 内内 容容 提提 要要 15 2315 23 25 四 四 四 四 CPUCPUCPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 在微型机系统中 可采用的在微型机系统中 可采用的在微型机系统中 可采用的在微型机系统中 可采用的输入输出方式输入输出方式输入输出方式输入输出方式主要有主要有主要有主要有 程序控制方式程序控制方式程序控制方式程序控制方式 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 条件传送条件传送条件传送条件传送 中断方式中断方式中断方式中断方式 DMADMA方式方式方式方式 前两种方式主要由软件实现 前两种方式主要由软件实现 前两种方式主要由软件实现 前两种方式主要由软件实现 DMADMA方式主要由硬件实现 方式主要由硬件实现 方式主要由硬件实现 方式主要由硬件实现 6 6 1 I O1 I O接口接口 15 2315 23 26 概述概述概述概述 无条件传送无条件传送无条件传送无条件传送 CPUCPU与外设同步工作 与外设同步工作 与外设同步工作 与外设同步工作 外部控制过程各种动作外部控制过程各种动作外部控制过程各种动作外部控制过程各种动作时间是固定的时间是固定的时间是固定的时间是固定的 而且 而且 而且 而且是已知的是已知的是已知的是已知的 查询方式查询方式查询方式查询方式 CPUCPU与外设不同步工作 与外设不同步工作 与外设不同步工作 与外设不同步工作 传送前 传送前 传送前 传送前 先查询外设状态先查询外设状态先查询外设状态先查询外设状态 准备好才传送 否则 准备好才传送 否则 准备好才传送 否则 准备好才传送 否则CPUCPU处于等待状态 处于等待状态 处于等待状态 处于等待状态 中断方式 中断方式 中断方式 中断方式 外设与外设与外设与外设与CPUCPU处于并行工作处于并行工作处于并行工作处于并行工作 一旦外设准备好 外设向 一旦外设准备好 外设向 一旦外设准备好 外设向 一旦外设准备好 外设向CPUCPU发中断申发中断申发中断申发中断申 请 条件具备 请 条件具备 请 条件具备 请 条件具备 CPUCPU暂停原程序执行 响应中断 外设与暂停原程序执行 响应中断 外设与暂停原程序执行 响应中断 外设与暂停原程序执行 响应中断 外设与CPUCPU串行工串行工串行工串行工 作作作作 DMADMA方式方式方式方式 高速 高速 高速 高速I OI O及成组交换数据 及成组交换数据 及成组交换数据 及成组交换数据 CPUCPU不干予 不干予 不干予 不干予 由硬件实现由硬件实现由硬件实现由硬件实现存储器与外设之间存储器与外设之间存储器与外设之间存储器与外设之间交换数据 称直接存取存交换数据 称直接存取存交换数据 称直接存取存交换数据 称直接存取存 储器 储器 储器 储器 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 27 无条件传送方式也无条件传送方式也无条件传送方式也无条件传送方式也称为同步传送方式称为同步传送方式称为同步传送方式称为同步传送方式 主要用于对简单外设进行操作 主要用于对简单外设进行操作 主要用于对简单外设进行操作 主要用于对简单外设进行操作 或者外设的定时是固定的或已知的场合 也就是说 对于这类外设 在或者外设的定时是固定的或已知的场合 也就是说 对于这类外设 在或者外设的定时是固定的或已知的场合 也就是说 对于这类外设 在或者外设的定时是固定的或已知的场合 也就是说 对于这类外设 在 任何时刻均已准备好任何时刻均已准备好任何时刻均已准备好任何时刻均已准备好数据或处于接收数据状态 或者在某些固定时刻 数据或处于接收数据状态 或者在某些固定时刻 数据或处于接收数据状态 或者在某些固定时刻 数据或处于接收数据状态 或者在某些固定时刻 它们处在数据就绪或准备接收状态 因此程序可以不必检查外设的状它们处在数据就绪或准备接收状态 因此程序可以不必检查外设的状它们处在数据就绪或准备接收状态 因此程序可以不必检查外设的状它们处在数据就绪或准备接收状态 因此程序可以不必检查外设的状 态 而在需要进行输入或输出操作时 直接执行输入输出指令 当态 而在需要进行输入或输出操作时 直接执行输入输出指令 当态 而在需要进行输入或输出操作时 直接执行输入输出指令 当态 而在需要进行输入或输出操作时 直接执行输入输出指令 当I OI O 指令执行后 数据传送便立即进行 这是一种最简单的传送方式 所需指令执行后 数据传送便立即进行 这是一种最简单的传送方式 所需指令执行后 数据传送便立即进行 这是一种最简单的传送方式 所需指令执行后 数据传送便立即进行 这是一种最简单的传送方式 所需 要的硬件和软件都较少 要的硬件和软件都较少 要的硬件和软件都较少 要的硬件和软件都较少 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 28 实现方法实现方法实现方法实现方法 CPUCPU不查询外设工作状态 不查询外设工作状态 不查询外设工作状态 不查询外设工作状态 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 与外设速度的匹配通过在软件上延时完成 在程序中直接用在程序中直接用在程序中直接用在程序中直接用I OI O指令 完成与外设的数据传送指令 完成与外设的数据传送指令 完成与外设的数据传送指令 完成与外设的数据传送 特点特点特点特点 适用于外设动作时间已知 在适用于外设动作时间已知 在适用于外设动作时间已知 在适用于外设动作时间已知 在CPUCPU与外设进行数据传送时 外与外设进行数据传送时 外与外设进行数据传送时 外与外设进行数据传送时 外 设保证已准备好的情况设保证已准备好的情况设保证已准备好的情况设保证已准备好的情况 软硬件十分简单 软硬件十分简单 软硬件十分简单 软硬件十分简单 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 29 例如例如例如例如 要将几个按键开关的状要将几个按键开关的状要将几个按键开关的状要将几个按键开关的状 态输入态输入态输入态输入CPUCPU时 将这些开关时 将这些开关时 将这些开关时 将这些开关 连接到一个三态缓冲器 连接到一个三态缓冲器 连接到一个三态缓冲器 连接到一个三态缓冲器 缓缓缓缓 冲器的输出冲器的输出冲器的输出冲器的输出接到接到接到接到CPUCPU的的的的数据数据数据数据 总线总线总线总线 构成一个最简单的输 构成一个最简单的输 构成一个最简单的输 构成一个最简单的输 入端口 入端口 入端口 入端口 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 1Y11Y1 1Y21Y2 1A11A1 2Y42Y4 1A21A2 2Y42Y4 74LS24474LS244 1G 2G1G 2G M IOM IO CS CS RDRD D D0 0 D D1 1 D D7 7 开关开关开关开关 5V 5V 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 30 一个无条件传送的典型例一个无条件传送的典型例一个无条件传送的典型例一个无条件传送的典型例 子是用程序来控制子是用程序来控制子是用程序来控制子是用程序来控制LEDLED显显显显 示器示器示器示器的点燃和熄灭 的点燃和熄灭 的点燃和熄灭 的点燃和熄灭 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 M IOM IO CSCS WRWR 1D1D 2D2D 1Q1Q 2Q2Q 8D8D8Q8Q CLKCLK 74LS27374LS273 D D0 0 D D1 1 D D7 7 LEDLED 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 31 实现方法实现方法实现方法实现方法 在与外设进行传送数据前 在与外设进行传送数据前 在与外设进行传送数据前 在与外设进行传送数据前 CPUCPU先查询外设状态先查询外设状态先查询外设状态先查询外设状态 当外设准备 当外设准备 当外设准备 当外设准备 好后 才执行好后 才执行好后 才执行好后 才执行I OI O指令 实现数据传送 指令 实现数据传送 指令 实现数据传送 指令 实现数据传送 特点特点特点特点 CPUCPU通过不断查询外设状态 实现与外设的速度匹配 通过不断查询外设状态 实现与外设的速度匹配 通过不断查询外设状态 实现与外设的速度匹配 通过不断查询外设状态 实现与外设的速度匹配 CPUCPU的工作效率低的工作效率低的工作效率低的工作效率低 条件传送方式条件传送方式条件传送方式条件传送方式 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 32 查询式输入方式的查询式输入方式的查询式输入方式的查询式输入方式的接口电路接口电路接口电路接口电路如图所示 如图所示 如图所示 如图所示 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 33 查询式输入方式的查询式输入方式的查询式输入方式的查询式输入方式的工作流程工作流程工作流程工作流程 如图所示 如图所示 如图所示 如图所示 数据准备好数据准备好数据准备好数据准备好 传送完传送完传送完传送完 输入一数据输入一数据输入一数据输入一数据 CPUCPU 数据数据数据数据 内存缓冲区内存缓冲区内存缓冲区内存缓冲区 初初初初 始始始始 化化化化 读读读读 入入入入 状状状状 态态态态 结结结结 束束束束 Y Y N N N N Y Y 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 34 设设设设 状态口的地址为状态口的地址为状态口的地址为状态口的地址为PORT S1PORT S1 输入数据口的地址为输入数据口的地址为输入数据口的地址为输入数据口的地址为PORT INPORT IN 传送传送传送传送 数据的的总字节数为数据的的总字节数为数据的的总字节数为数据的的总字节数为COUNT 1COUNT 1 则查询式输入数据的程序段为 则查询式输入数据的程序段为 则查询式输入数据的程序段为 则查询式输入数据的程序段为 MOV MOV BX 0BX 0 初始化地址指针初始化地址指针初始化地址指针初始化地址指针BXBX MOVMOVCX CX COUNT 1COUNT 1 字节数字节数字节数字节数 READ S1 READ S1 ININAL AL PORT S1PORT S1 读入状态位读入状态位读入状态位读入状态位 TESTTESTAL AL 0101H H 数据准备好否 数据准备好否 数据准备好否 数据准备好否 JZJZREAD S1READ S1 否 循环检测否 循环检测否 循环检测否 循环检测 ININAL AL PORT INPORT IN 已准备好 读入数据已准备好 读入数据已准备好 读入数据已准备好 读入数据 MOVMOV BX AL BX AL 存到内存缓冲区中存到内存缓冲区中存到内存缓冲区中存到内存缓冲区中 INCINCBXBX 修改地址指针修改地址指针修改地址指针修改地址指针 LOOPLOOPREAD S1READ S1 未传送完 继续传送未传送完 继续传送未传送完 继续传送未传送完 继续传送 6 6 1 I O1 I O接口接口 CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式 15 2315 23 35 查询式输出方式的接口电路如图所示 查询式输出方式的接口电路