数字量输入输出

1、微机原理与应用 主讲教师： 姜涛教学内容:第一章第一章 微型计算机基础微型计算机基础第二章第二章 微型计算机指令系统微型计算机指令系统第三章第三章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计第四章第四章 半导体存储器半导体存储器第五章第五章 数字量输入输出数字量输入输出第六章第六章 模拟量输入输出模拟量输入输出微机原理与应用第第1 1章、微型计算机基础章、微型计算机基础1.31.3微型计算机系统的组成、分类和配置微型计算机系统的组成、分类和配置1.3.11.3.1微型计算机系统的组成微型计算机系统的组成4微型计算机系统的三个层次微处理器微处理器存储器I/O接口总线 硬件系统软件系统微微 型型计算机计算机

2、系系 统统微微 型型计算机计算机( (主机主机) )外 设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪系统软件应用软件5微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线地址总线 ABAB输出设备CPU数据总线数据总线 DBDB控制总线控制总线 CBCBI/O接口AB: Address BusDB: Data BusCB: Control Bus6第第5 5章章数字量输入输出数字量输入输出7主要内容：5.1概述5.2系统总线及接口5.3中断控制系统5.4计数定时接口5.5并行输入输出接口5.6串行输入输出接口5.7直接存储器存取DMA5.8高档微机中的I/O接

3、口电路85.2系统总线及接口5.2.1总线概述 多个电路传输信号的公共通道。总线特性： 多信号源 分时使用 主-从设备控制接口电路的基本结构数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or 三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or 三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机105.2系统总线及接口5.2.1总线概述总线分级：作用范围 片内总线； 系统级总线：机箱内，插板间的 连接总线 ISA, PCI AGP 设备级总线：机箱外，外设与计 算机间的连接总线 串口RS232，并口Centronics11微型计算机的物理结构CPU北桥北桥南桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSK

4、BD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡接口卡外设总线扩展槽北桥负责CPU和内存、显卡之间的数据交换,南桥负责CPU和PCI总线以及外部设备的数据交换12INTEL 845GE13个人计算机：图中左侧最长的插槽为ISA插槽（黑色），中间白色的为PCI插槽，右边棕色的插槽为AGP插槽！14主板的主要硬件构成 CPU插座 芯片组（南北桥/HUB） 内存插槽 高速缓存（现已集成到CPU内部） 系统BIOS，硬件控制 CMOS，存放硬件配置参数 总线扩展槽，PCI、ISA 串行、并行接口 软/硬盘、光驱插座15PC/XT总线/ISA总

5、线1981年：IBM公司在PC/XT 电脑采用的系统总线，基于8bit的8088 处理器，称为PC总线或者PC/XT总线。 1984年，IBM 推出基于16-bit Intel80286处理器的PC/AT 电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并被称呼为PC/AT 总线。 而为了开发与IBM PC 兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBM PC 总线规范为基础的ISA（工业标准架构：Industry Standard Architecture ）总线。 ISA总线最大传输速率仅为8MB/s ，传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等，很快使ISA总线在飞速发展的计算机技术中成为瓶颈

6、。 1988年：ISA 扩展到32-bit，这就是著名的EISA（Extended ISA，扩展ISA）总线。达到了32MB/s . 仍旧由于速度有限，并且成本过高，给PCI 总线给取代了。5.2.2系统总线标准16 PCI 总线1992年:Intel 在发布486处理器的时候，也同时提出了32-bit 的PCI（周边组件互连）总线。 工作在33MHz 频率，传输带宽达到了133MB/s（33MHz X 32bit/8），比ISA 总线有了极大的改善，基本上满足了当时处理器的发展需要。目前计算机上广泛采用的是这种32-bit、33MHz 的PCI 总线。 AGP 总线（总线（Accelerat

7、ed Graphics Port） 由于PCI 总线只有133MB/s 的带宽，对付声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备也许显得绰绰有余，但对于胃口越来越大的3D 显卡却力不从心，并成为了制约显示子系统和整机性能的瓶颈。因此，PCI 总线的补充AGP 总线就应运而生了。 Intel 于1996年7月正式推出了AGP（ 加速图形接口，Accelerated Graphics Port）接口 ，这是显示卡专用的局部总线，工作频率为66MHz ，1X 模式下带宽为266MB/S，是PCI 总线的两倍。后来依次又推出了AGP 2X 、AGP4X，现在则是AGP 8X ，传输速度达到了2.1GB/

8、S。175.2.2系统总线标准 国际标准化组织详细规定连接总线的插接件的几何尺寸、引脚排序，电路信号名称，及其电气特性。 外设IO设备对计算机CPU的接口= 外设IO设备对系统总线的接口185.2.2系统总线标准1、PC/XT及ISA总线PC/XT-8位ISA总线-16位EISA总线-32位195.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接1、数据信号的连接 接口数据信号与系统数据总线按位序对应连接。数据的传送方式并行一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送速度快、距离短、成本高串行数据按位按位进行传送速度慢、距离远、成本低205.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接2、控制信号

9、的连接 系统控制总线对接口的3个控制信号： IOR输入输出读信号，低电平有效 IOW输入输出写信号，低电平有效 AEN，DAMC驱动的总线信号，高电平有效215.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接3、地址信号的连接 系统地址总线高位地址经译码产生片选信号与接口电路的片选端连接，决定接口的芯片地址。 系统地址总线低位地址与接口电路的低位地址对应连接，产生片内地址。 接口电路物理地址=芯片地址+片内地址 （1）8088/8086 CPU的I/O端口编址方式采用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地址线上的地址信号用 来区分：来区分： 时为时为I/O地址地址I/

10、O操作只使用20根地址线中的16根： A15 A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)个I/O地址范围为0FFFFHIBM PC只使用了只使用了1024个个I/O地址(03FFH)IO/M=1IO/M （2）I/O端口地址的译码 、 、 A15 A0OUT指令将使总线的 信号有效IN指令将使总线的 信号有效当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。 例如：例如： 某外设接口有某外设接口有4个端口，地址为个端口，地址为2F0H2F3H，则其基地址为则

11、其基地址为2F0H，由，由A15A2译码得到，而译码得到，而A1、A0用用来确定来确定4个端口中的某一个。个端口中的某一个。IORIOWIOW IOR25接口电路的基本结构4、接口举例数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or 三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or 三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机 数据输入/输出寄存器暂存输入/输出的数据命令寄存器存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。状态寄存器保存外设当前状态，以供CPU读取。数据输入接口必须具有三态输出能力，以便与总线挂接必须具有三态输出能力，以便与总线挂接外设有数据保持能力时可用三态门实现外

12、设无数据保持能力时用三态输出的锁存器实现数据输出接口常用锁存器实现 三态门：高电平、低电平、高阻态通常一个器件中包含8个三态门常用芯片：74LS244应用例子：开关接口工作波形图如下：A0A15IOR#译码输出D0D7开关状态地址有效304、接口举例（1）简单输入接口MOV DX, 218HIN AL, DX31（2）输出接口MOV DX, 219HOUT DX, AL锁存器：由D触发器构成通常一个器件包含8个D触发器常用芯片：74LS27374LS374(具有三态输出的锁存器)应用例子：发光二极管接口简单的输出接口举例译码器=1=1.+5VRD0D7CPQ0Q7.D0D7A0A15IOW#7

13、4LS273R（3）输入/输出接口综合应用例子根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号共阳极7段数码管结构用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管74LS273的地址假设为F0H用74LS244作为输入口，读入开关K0K3的状态74LS244的地址假设为F1H当开关的状态分别为00001111时，在7段数码管上对应显示0F(7段码表见下页) 符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba000111111801111111100000110901100111201011011A01110111301001111B01111100401100110C00111001501

14、101101D01011110601111101E01111001700000111F01110001O1 I1O2 I2O3 I3O4 I4#E1 K0K3+5VGG2AG2BCBA174LS244D0 Q0 | Q1D7 Q2 Q3 Q4CP Q5 Q6 Q7 abcdefgDP74068个反相器74LS273Rx8174LS138D0D7IOW#IOR#Y0Y1F0H = 0000 0000 1111 0000F1H = 0000 0000 1111 0001&1A7A4A15A8A3A2A1A0D0D1D2D3译码电路相应程序段如下相应程序段如下：Seg7DB3FH,06H,5BH,4

15、FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HLEABX, Seg7；取；取7段码表基地址段码表基地址MOVAH, 0GO:MOVDX, 0F1H；开关接口的地址为；开关接口的地址为F1HINAL, DX；读入开关状态；读入开关状态ANDAL, 0FH；保留低；保留低4位位MOVSI, AX；作为；作为7段码表的表内位移量段码表的表内位移量MOVAL, BX+SI ；取；取7段码段码MOVDX, 0F0H；7段数码管接口的地址为段数码管接口的地址为F0HOUTDX, ALJMPGO37(3)简单接口举例 计算机甲与计算机乙通过IO接口通讯38 MOV DX, CS1 IN AL, DX MOV CX, DELAYTIMECHKS: MOV DX, CS0 IN AL, DX AND AL, 1 JZ DATIN LOOP CHDATIN: MOV DX, CS1 IN AL, DX(3)简单接口举例 计算机甲与计算机乙通过IO接口通讯395.3中断控制系统5.3.1中断的基本概念405.3中断控制系统5.3.2可编程中断控制电路415.3中断控制