计算机硬件技术基础 微型计算机原理与接口技术 IO接口

I/O接口

一、存储器结构的确定(单体？多体？)根据数据总线的位数确定二、存储器芯片的选配位扩展、字扩展、字位扩展三、存储器接口的设计线选法、局部译码法、全译码法复习如何设计存储器？MOVAL，[BX]CPU与存储器交换信息：21000设(DS)=2000H,(BX)=1000H,MOVAL，[BX]

指令的数据传送过程。20H20H20HCPU与存储器交换信息：CPU与外设交换信息：1、数字量信息2、模拟量信息3、脉冲量信息4、开关量信息6.1I/O接口的基本功能与结构6.2I/O端口的编址方式6.3I/O同步控制方式6.4I/O接口中的中断技术第六章I/O接口6.1I/O接口的基本功能与结构一、接口的基本概念I/O接口：总线与外设间的接口。I/O设备：用于输入/输出的外部设备。（系统中除CPU和M的每个部分都可看作外设）（接口是把微机与外界各种检测、控制对象联系起来的纽带和桥梁。）MPURAMROMI/O接口外设ABDBCB一般接口由接口电路,连接器(连接电缆),接口软件(程序)组成。主机系统(CPU系统)总线接口电路连接电缆外部设备I/O接口技术：是信息传送的控制技术。是一种采用软、硬件结合的方法，实现CPU与外设之间协调与匹配，实现二者之间高效、可靠的信息传递的一门技术。用户交互接口内务操作接口传感器接口控制接口1.

按接口所连外设的形式和功能不同，接口通常分为：

接收来自用户的信息或向用户发送信息。

使微处理器能发挥最基本的处理和控制功能。如：时钟电路、内存接口等。

解决信号的功率放大和数模转换两大问题。

将传感器输出信号转换成微机所能接受的数字量。二、接口的分类并行接口串行接口可编程接口不可编程接口3.按可编程的性质，可分为：2.按外设的数据传输方式，可分为：不同外设的接口，其功能及与外设的连接、通信方式各不相同。但任何接口电路的基本功能是相同的：基本功能作为微型机与外设传递数据的缓冲站；正确寻址与微机交换数据的外设；提供微型机与外设间交换数据所需的控制逻辑和状态信号。同样，不同外设接口的内部结构可能千差万别，但其基本结构也是相似的。与接口的基本功能相对应，接口电路必须包含以下三种基本逻辑部件：I/O数据缓冲寄存器——与功能1)对应寄存器地址译码器——与功能2)对应读/写控制逻辑——与功能3)对应对于一些比较复杂的接口,为了增强功能和适应不同I/O同步控制方式的需要，往往还要引入一些别的逻辑电路。基本结构外部设备工作时序图典型结构接口的组成数据寄存器：保存外设给CPU和CPU发往外设的数据.命令寄存器：保存CPU给外设或接口电路的命令.状态寄存器：保存外设或接口电路的状态.数据总线缓冲器：芯片内总线和外部数据总线的连接。地址译码：选择接口电路内部各端口寄存器的地址；控制部件：产生一些接口电路内部的控制信号。联络逻辑部件：产生CPU和外设之间数据传送的同步信号。联络状态逻辑中断请求中断响应准备好选通组成：寄存器和控制逻辑两大部分。并非所有接口都具备上述全部组成部分通常把接口中可被CPU读/写的寄存器称为I/O端口。端口寄存器的全部或部分端口线被连接到外设上。如图所示:M

P

UABDBCB接口数据状态控制I/O设备I/O端口1I/O端口2I/O端口3

所谓的I/O操作,是指I/O端口操作，而不是指I/O设备操作，即CPU访问的是与外设相连的I/O端口，而不是笼统的I/O设备。6.2I/O端口的编址方式微处理器与指定外设间的信息交换是通过访问该外设相对应的端口来实现，如何实现对这些端口的访问，则取决于这些端口的编址方式。通常有两种编址方式：存储器映像方式隔离I/O方式6.2.1存储器映像方式这种方式是将I/O端口与存储器单元同等看待，一起编址，所以也叫统一编址方式。则对外部设备输入输出操作可视为存储器的读写操作。读/写AB存储空间存储器I/O端口控制控制逻辑MPUDBRDWR整个存储器寻址空间分为两半：高半地址为I/O端口地址，低半地址是真正的存储器地址。存储器空间:0000——EFFFH端口空间:F000——FFFFHMOVAL,[F100H](端口地址)DS=0000HMOVAL,[0100H](存储器地址)ADD[F101H],AL(端口地址)

(2)I/O端口数目(即外设数目)只受总存储容量的限制,大大增加了系统的吞吐率。1.优点：(1)I/O操作与存储器操作完全相同，无需使用专用I/O指令，而存储器操作指令及其寻址方式非常丰富，从而使I/O功能增强，编程方便、灵活。

(3)使微机系统的读写控制逻辑简单。使用统一的MEMR*或MEMW*控制信号即可。与内存区别只需通过地址译码去实现。读/写AB存储空间存储器I/O端口控制控制逻辑MPUDBRDWR(2)

为识别一个端口，必须对全部地址线译码，增加了地址译码电路的复杂性，并使外设寻址时间增长。(1)占用了存储器的一部分地址空间，使可用的内存空间减少。2.缺点：(3)

访问存储器与I/O操作区别不明显。读/写AB存储空间存储器I/O端口控制控制逻辑MPUDBRDWR将I/O端口和存储器分开编址，即两者的地址空间是互相“隔离”的。6.2.2隔离I/O方式有两个地址空间，MPU使用不同的读写控制信号访问存储器和I/O端口。MPU必须采用专用I/O指令访问I/O端口，以便产生相应的I/O读写信号。存储器(1MB)MPU控制逻辑I/O端口(256个)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB独立地址空间存储器空间:0000——EFFFH端口空间:00——FFHMOVAL,[80H]MOV[60H],AL访问M单元:INAL,80HOUT60H,AL访问端口:1.优点：存储器全部地址空间都不受I/O寻址影响；I/O地址译码较简单，I/O寻址速度较快；使用专用I/O指令和存储器访问指令有明显区别，可使编制的程序清晰易懂，便于检查。存储器(1MB)MPU控制逻辑I/O端口(256个)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB2.缺点：

I/O指令类型少，不如存储器访问指令丰富，使程序设计灵活性较差；I/O指令只能在规定的内部寄存器和I/O端口间交换信息，处理能力和灵活性不如存储器映象式强；MPU必须提供存储器和I/O两组读写控制信号,增加了控制逻辑的复杂性。存储器(1MB)MPU控制逻辑I/O端口(256个)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB6.2.3Intel系列处理器的I/O编址方式

Intel系列MPU既可采用隔离I/O编址方式,又可使用存储器映象I/O编址方式。8086/8088CPU就是采用隔离I/O编址方式：内存地址范围为00000---FFFFFH;I/O端地址的范围为0000---FFFFH。以8086／8088为例：①直接寻址（地址范围：00－FFH）

INAL，portOUTPort，ALINAX，portOUTport，AXINEAX，portOUTport，EAX②间接寻址（地址范围：0100－FFFFH）

INAL，DXOUTDX，ALINAX，DXOUTDX，AXINEAX，DXOUTDX，EAXI/O端口寻址方式有直接寻址和间接寻址两种：PC机系统中的I/O地址空间:PC机只用10根I/O地址线（A0-A9），即只使用前1K字节I/O寻址空间。1KB的I/O端口在系统中如何分配？6.3I/O同步控制方式数据输入缓存器数据输出缓存器接口数据数据总线MPU外设

系统ABIOR/IOW①③②③I/O同步控制方式是微机基本系统与I/O外设之间数据传送的管理方法，是微机系统的一种调度策略。输入过程输出过程输入输出①②②、③由输入指令完成①、②由输出指令完成I/O设备的同步控制方式通常有五种：无条件传送方式程序查询式控制中断驱动式控制直接存储器存取式控制（DMA）延时等待式控制1.无条件传送方式（同步传送方式）这种传送有前提：一旦CPU与外设交换数据时，外设必须就绪。而CPU可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送;适合于简单设备，如LED数码管、按键或按纽等;(1)特点：指CPU对外设接口的读写随时都可以进行，不需要等待某种条件的满足。0－闭合（红）1－打开（绿）

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTST:INAL,68H0－闭合（红）1－打开（绿）0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTTESTAL,80HJZRED

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAH0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTMOVAL,0AAH

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST0－闭合（红）1－打开（绿）OUT68H,AL

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAH0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTRe:JMPSTJMPRe

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAH0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTST:INAL,68H

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAH0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTTESTAL,80HJZRED

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAH0－闭合（红）1－打开（绿）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTRed:MOVAL,55H

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST0－闭合（红）1－打开（绿）OUT68H,AL

K闭合红灯亮，打开绿灯亮。

红灯亮：01010101＝55H

绿灯亮：10101010＝AAHI/O操作总是由MPU通过程序查询外设的状态来启动，即总是MPU主动，I/O被动。2.程序查询式控制CPU需要选了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出。对多个外设的情况，则