微型计算机第6章微型计算机接口

令

第6章微型计算机接口

本章主要内容

＞接口电路中的信息

＞微型计算机接口及其组成

＞计算机与外设交换数据的方式

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接口电路中的信息

接口电路中通常包括3种信息，即：数据信息、

状态信息和控制信息

1.数据信息

CPU与外设交换的基本信息就是数据

数据信息一般分为3种类型，即数字量、模拟量、

开关量

⑴数字量

数字量是以二进制形式表示的数或以ASCH码表

示的数据和字符

令…路…息3

⑵模拟量

当微机系统用于过程控制时，大量的现场物理量

（如温度、压力、流量等）经过传感器转换为连续

变化的电量，经过放大后就是模拟的电压或电流

它们必须经过A/D转换，变成数字量才能送入计

算机

反过来当执行机构需要用模拟量控制时，计算机

输出的数字量也必须经过D/A转换

接口电路中的信息

（3）开关量

开关量就是一些表示两种状态的量，如:

关的开闭，二极管的截止与导通等

能接口电路中的信息5

2.状态信息

状态信息是反映外设当前工作状态的信息

3.控制信息

控制信息是CPU通过接口传送给外设的控制信

息，它是用来控制外设工作的信息

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酶型计算机接口及其组成

■微机与外界要进行数据传送必须通过外部设备

进行；

■微机的外部设备多种多样；

■工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速

度方面彼此差别很大；

■外部设备不能和CPU直接相连；I

所以必须使用I/O接口电路。

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什么是I/O接口

i/o接口是位于系统与外设之间、用来协助完成

数据传送和控制I/O任务的逻辑电路

■PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电

路板（适配器）都是接口电路

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I/O接口的主要功能

■对输入输出数据进行缓冲和锁存

输出接口有锁存环节4

输入接口有缓冲环节

■对信号的形式和数据格式进行变换

微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量

■对I/O端口进行寻址

把选中的外设与总线相接，并将未选中的设

备与总线隔离（高阻态）

■与CPU和I/O设备进行联络

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▼I/O端口的编址

I/O端口有两种编址方式

1.I/O端口与存储器统一编址方式4

外设端口地址和存储器单元地址共占存储器的访

问空间，即一个外设端口占用一个存储单元地址

如:R6502,M6800等采用此种方式

（示意图见下页）

I/O端口与存储器统一编址方式示意

内存空间

FFFFFH

I/O端口与存储器共

享一个地址空间

外设端口作为存储器

的一个单元，对外设的供I/O端《

操作可使用全部的存口使用

储器指令

00000H

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▼I/O端口与存储器统一编址方式示意

■优点：

不需要专门的I/O指令

I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活

■缺点：

I/O口地址占用内存单元号，将减少内存容量

程序不易阅读（不易区别访主存或访问外设）

心。…编址12

2.1/0端口独立编址方式

这种编址方式是I/O端口地址和存储器单元分别建

立两个地址空间，独立编址。CPU用专门的I/O指令

去访问I/O端口

如：8086/8088,Z80等采用此种方式

不意图见下页

I/O端口独立编址方式

■I/O地1内存空间

■CPU彳FFFFFH

■优点:I/O空间

■控FFFFH

■专

1M

■指

■缺点：

增0000H

1/(00000H

14

输入输出指令

在第3章已经介绍。

15

IBMPC/XT的I/O端口地址

■在PC机中，仅用A9〜Ao表示I/O口地址（形成

1KB端口）

000H—1FFH：分配给系统板上的I/O芯片使用

200H—3FFH：分配给扩展槽的I/O的地址

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I/O端口地址译码方法

■I/O地址的译码方法与存储器译码的方法基

本一样，方法也有多种，这里举一个例子：

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染口,迎祉3%-303H

地址总线

片选用rivlrj1/IJ

为8A7A5A3A。

A,A6A4NA\

00300H

01301H

11000000

10302H

11303H

4

接

%口

芯

片

CS

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这是一种局部译码方法，按照系统分配给某

接口的地址区域，对地址总线的某些位进行译

码，产生对该接口包含的寄存器（端口）的组

选信号，再由低位地址线对组内寄存器（端口）

译码寻址，从而确定与CPU通信的外部设备

例如IBMPC系统板上的接口地址译码就是采用

此种译码寻址方式

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CPU与外设信息交换控制方式

本节主要内容

＞无条件传送方式

＞查询方式（条件传送方式）

＞中断控制方式

＞直接存储器存取（DMA）控制方式

令20

L无条件传送控制方式

■在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认

为他们总是处于“就绪”状态，随时可以进行

数据传送；称为无条件传送，或称为立即传送、

同步传送

■适用于简单设备，如LED数码管、按键或按钮

等

■无条件传送的接口和操作均十分简单

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L无条件传送控制方式

■这种传送有一个前提，就是：外设必须随时

就绪，外部控制过程的各种动作时间是固定的

且是已知的情况

■其输入输出原理如下页图所示

22

无条件传送控制I/O原理示意

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2.条件传送控制方式

♦条件传送又称为查询传送，它是在传送数据前，CPU需

要了解（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”状态），实现数据的输入输出。若

外设未准备好，CPU就要等待

♦对多个外设的情况下，CPU将按一定的顺序依次查询每

个设备（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换

■查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽；缺点是传送

效率低

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就绪(Ready)的意义

■在输入场合

■“就绪”说明输入接口已准备好送往CPU

的数据，等着CPU来读取

■该状态也可以用接口中数据缓冲器已“满”

来描述

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就绪（Ready）的意义

■在输出场合

“就绪”说明输出接口已做好准备，等待接

收CPU输出的数据

该状态也可以用接口中数据缓冲器已“空”，

或者用外设“闲”或不"忙（BUSY）”来

描述

26

查询传送的两个环节

■查询环节

寻址状态口

■读取状态寄存器的标志位

若不就绪就继续查询，直至就

绪

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查询传送的两个环节

■传送环节

■寻址数据口

■是输入，通过输入指令从数据端

口读入数据

■是输出，通过输出指令从数据端

口输出数据

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⑴查询输入

怖

人

装

置

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①输入时的数据和状态信息

依据端口（8位）

（输人）

伏态端口（1位）

(HA)

READY”位)

令③31

查询输入的程序实现

LTEST:INAL,STATUS_PORT；从状态口读入信息

ANDAL,80H;检查ready=l?

JZLTEST;ready不等于1,循环

INAL,DATA_PORT;ready=l,从数据口读

入数据

32

▼④查询输入方式小结

查询输入方式，输入数据必须经过三个步骤:

♦:.CPU从状态口读取状态字

♦:.CPU用指令查询状态是否满足条件，不满足

再读状态字，否则进入下一步

♦CPU从数据口读取数据

I

(

曾

剑

)

丑

集

相

用

0

令

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3.中断控制方式

■无条件传送方式，需要已知定时时间，因此

可靠性差，但硬件、软件简单

■查询传送方式，CPU需要花大量的时间去读

状态字，效率低；多个外设操作采用轮询机制,

因此实时性差

■中断控制方式适用于多个外设及实时系统

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(1)中断控制方式过程

CPU若采用中断控制方式与外设交换数据,

其过程是：CUP启动外设工作后，就去作自己

的工作，这时外设和CPU是并行工作的，即外

设准备数据，CPU执行程序。当外设准备就绪,

向CPU发出中断请求

一旦CPU响应请求，就暂停原程序的执行,

而转去执行一段预先安排好的中断服务程序

令36

(1)中断控制方式过程

在中断服务程序中，进行数据传输；此时

CPU和外设是串行工作的

服务结束主程序

续执行原来E中断服务程序

中断请求

对外设

断点〒进行处理

继续执行返回断点

▼

r(2)中断传送方式进行数据输入时的基本

电路

输

入

设

备

38

▼中断控制方式小结

■中断传送是一种效率更高的程序传送方式

■进行传送的中断服务程序是预先设计好的

■中断请求是外设随机向CPU提出的

■CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每一个指令的最后一个时钟周期采

样中断请求输入引脚

■但是

■每传送一次数据，就要中断一次

不适用大数据量传送

■有关8086/8088的中断系统,详见第7章

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屹宜接存储器存取(DMA)

•希望克服程序控制传送的不足:

外设〉CPU〉存储器

外设V・CPUV・存储器

•直接存储器存取DMA：

外设,存储器用于高速的i/o及成组交换数据

外设v■存储器

•CPU释放总线，I/O操作完全由DMA控制器管理

▼DMA控制的基本原理

DMA控制的基本原理如下图所示。

蛔址和