《微机原理与应用教学资料》第六章 io（课件）.ppt

1 第六章I O接口和总线 电气学院学习部资料库 2 6 1I O接口 一 采用I O接口的必要性计算机和外设之间的信息交换存在以下问题 1 速度不匹配 解决方法 设置缓冲器 锁存器2 信号电平不匹配 CPU TTL电平 外设 电源系统解决方法 设置电平转换电路 MC14883 信号格式不匹配 CPU 16位的并行数据外设 数字量 模拟量 开关量 串行 并行解决方法 A D D A转换 串变并 并变串电路 电压变电流 电气学院学习部资料库 3 4 时序不匹配外设 各自的定时和控制逻辑解决方法 设置时序控制电路 实现CPU与外设之间的握手联络 保证同步二 I O接口的功能 1 寻址 统一 独立 片选 组内选2 数据输入 输出3 联络功能4 复位功能5 可编程功能6 检测功能 电气学院学习部资料库 4 三 简单的输入输出接口芯片总线与外设的接口应遵循以下原则 输入三态输出锁存单向 缓冲器74LS244锁存器74LS373双向 缓冲器74LS245 电气学院学习部资料库 5 6 2I O端口及其寻址方式 一 基本概念通信 计算机与外设间交换数据 状态和控制命令的过程 是在控制信号的作用下 通过数据总线来完成的I O设备 外设 输入输出设备 例 键盘 扫描仪 显示器 打印机 磁盘等I O接口 电路 外设和计算机之间传送信息的交接部件 界面 每一个外设都要通过接口电路才能与主机相连I O端口 一个I O接口电路中通常包含多个端口 一个端口对应一个地址例 INAL 60H 60H端口的内容 AL 端口地址为60H 电气学院学习部资料库 6 I O接口和I O端口的关系 一个I O接口电路中通常包含多个端口 CPU在同一时刻只能选中某一个I O端口 CPU访问外设 实质上是对I O接口电路中相应的端口进行访问 I O接口电路中必须包含译码电路以形成I O端口地址 与存储器比较 电气学院学习部资料库 7 一个双向工作的接口芯片通常有四个端口 数据输入寄存器 数据输出寄存器 控制寄存器 状态寄存器 外部输出入设备 数据 控制 状态 DB CB AB 数据端口 电气学院学习部资料库 8 二 I O端口1 数据端口作用 缓冲 暂存数据信息 8位2 状态端口作用 指示外设的当前状态 每个状态用1位表示常用的状态位有 Ready Busy Error3 控制端口作用 用来存放CPU向接口发出的各种命令字和控制字 以便控制接口或设备的动作 电气学院学习部资料库 9 三 I O端口寻址方式 存储器映象寻址方式特点 1 将每一个I O端口看作一个存储单元 I O地址即为整个存储单元的一个部分 统一编址2 无专门I O操作指令3 译码电路复杂 指令长度长 I O单独编址方式 用IN OUT指令 特点 1 将I O地址单独编址 构成一个I O空间 不占用存储空间2 有专门的IN OUT指令 程序清晰 可读性好3 CPU要提供区分存储器和I O端口的信号 如M IO4 译码电路较简单 指令执行速度快 电气学院学习部资料库 10 四 CPU与外设之间数据传送方式 程序方式 中断方式 DMA方式区别 CPU的利用率 数据传输效率 电气学院学习部资料库 11 1 程序控制方式在程序控制下传送数据缺点 CPU利用率低 1 无条件传送 数据传送不能频繁 适用于简单外设或外设的定时是固定或已知的场合例1 检测按键开关状态图6 4 见后页上拉电阻三态门例2 控制LED灯亮 图6 574LS273锁存器 限流电阻OUTPORT2 AL 执行时 WR 0 M IO 0 地址信号使CS 0 CLK输出一上升沿 数据锁存并输出 电气学院学习部资料库 12 上拉电阻的作用 保证开关断开时 有一高电平输入 1G 2G的作用 为低电平时 三态门打开 输入三态读开关状态 INAL PORT1 执行时 RD 0 M IO 0 地址信号使CS 0 1G 2G 0 三态门打开 开关状态读入CPU 电气学院学习部资料库 13 2 条件传送 在程序中通过选通信号接收接口的状态信号 确定数据是否处于准备好传送 确认之后 再传送 握手 例3图6 6 READ S1 INAL PORT S1TESTAL 01HJZREAD S1INAL PORT IN 电气学院学习部资料库 14 电气学院学习部资料库 15 1 选通锁存状态 锁存数据2 CPU执行读指令 INAL PORT S1 CS1有效 Q端高电平送至D0到CPU3 若D0 1 执行读数据指令 INAL PORT IN CS2有效 数据缓冲器打开 读入数据 同时D触发器清零 READY状态位清零 电气学院学习部资料库 16 2 中断方式通过中断请求决定是否进行数据传送 数据的I O是在中断处理子程序控制下完成 实时性较好优点 CPU利用率比较高 由于可进行中断优先级的设定 适用于外设比较多的场合 缺点 传送数据仍须经CPU 且每传送一个数据就得中断一次 中断时 需要中断响应过程 保护现场和恢复现场 中断返回 所以数据传送的效率还比较低 以上两种方式 数据传送都必须逐个字节的进行 且数据必须由外设 CPU寄存器 内存 电气学院学习部资料库 17 3 DMA方式 直接存储器存储 特点 数据在外部设备与内存间直接传送而不经CPU 大大提高数据传送速度 但须一专用的DMAC芯片8237A 例 磁盘和内存之间成批交换信息 电气学院学习部资料库 18 工作原理 外设DMA控制器CPU内存 电气学院学习部资料库 19 S1 发送总线保持请求信号 要求CPU让出总线控制权S1 1 外设接口8237AS1 2 8237ACPUS2 取得总线控制权 由DMA控制器 8237A 取代CPU 临时接管总线S3 数据读写控制能设定和修改传送的字节数送地址 指出存储单元 外设地址 并能自动修改地址指针产生R W控制信号S4 交回总线控制权 保持请求信号 DMA请求信号 电气学院学习部资料库 20 地址锁存器 DMA控制器操作框图 AD15 AD0ALECPUHLDAHOLD 存储器 HRQDMA控制器HLDA 外设 数据总线 控制总线 地址总线 数据总线 控制总线 DREQ DACK DMA传输时数据方向 地址 控制 电气学院学习部资料库 21 6 3I O端口译码电路 8086 I O单独编址方式可寻址的范围 端口地址为0000 FFFFH 共64K个I O端口74LS138 输入 参与译码的地址信号 M IO信号输出 I O接口选择信号接各I O接口的CS端 从而选中相应的接口 继而选中相应的端口 A15 A0参与译码 电气学院学习部资料库 22 例 某一微机系统中 有8块I O接口芯片 每个芯片占有8个端口地址 8块芯片的地址连续分布 若如图所示连接I O端口译码电路 试求出各I O接口芯片的地址范围 I O接口地址范围 1 C000H C007H2 C008H C00FHA2A1A0用于片内寻址 用于对接口芯片中的每一个端口寻址 A15A14A13A12 A11A10A9A8 A7A6A5A4 A3A2A1A01100000000000000001010111 电气学院学习部资料库 23 6 4总线 总线 计算机系统中 用于各部件之间传送信息的公共通路一 按传送的信息类型分 地址总线 数据总线 控制总线二 按规模 用途和应用场合分 1 片级总线 元件级总线