微机原理与接口技术课件PPT

1、第5章 输入输出接口,5.1 微机接口及接口技术 5.2 i/o端口及其编址方式 5.3 端口地址译码 5.4 cpu与外设之间的数据传送方式,5.1 微机接口及接口技术,5.1.1 为什么要设置接口电路 5.1.2 接口电路中的信息 5.1.3 接口的基本功能 5.1.4 接口的基本结构,返 回,db ab cb,图1-1微机系统各类接口框图,返 回,5.1.1 为什么要设置接口电路,cpu与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致 两者的工作速度不兼容，cpu速度高，外设速度低 若不通过接口，而由cpu直接对外设的操作实施控制，就会使cpu处于穷于应付与外设打

2、交道之中，大大降低cpu的效率 若外部设备直接由cpu控制，也会使外设的硬件结构依赖于cpu，对外设本身的发展不利。,5.1.2 接口电路中的信息,数据信息 状态信息 控制信息 习惯上把分别传送这三种信息的端口称为 数据口、状态口、控制口,1数据信息,（1）数字量： 通常以8位或16位的二进制数以及ascii码的形式传输，主要指由键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。 （2）模拟量： 模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言，需先经过传感器转换成电信号，再经a/d转换器变成数字量；如果需要输出模拟控制量的话，就要进行上述过程的逆转换。 （3）开关量： 用“0

3、”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断、电机的转/停、阀门的开/关等。,2状态信息,cpu在传送数据信息之前，经常需要先了解外设当前的状态。如输入设备的数据是否准备好、输出设备是否忙等。 用于表征外设工作状态的信息就叫做状态信息，它总是由外设通过接口输入给cpu的。 状态信息的长度不定，可以是1个二进制位或多个，含义也随外设的具体情况不同而不同。,3控制信息,用来发布控制命令、控制外设工作的信息，例如a/d转换器的启停信号。 控制信息总是cpu通过接口发出的。,返 回,5.1.3 接口的基本功能,1 数据缓冲功能 2 端口选择功能 3. 信号转换功能 4 接收和执行cpu命令的功能 5. 中

4、断管理功能 6 可编程功能 7. 返回外设状态的功能 8. 数据宽度与数据格式转换的功能,1. 数据缓冲功能,接口电路中一般都设置有数据寄存器或锁存器数据口，以解决高速的主机与低速的外设之间的速度匹配问题，避免因主机与外设的速度不匹配而丢失数据。,2 端口选择功能,微机系统中常有多个外设，而cpu在任一时刻只能与一个端口交换信息，因此需要通过接口的地址译码电路对端口进行寻址。,3. 信号转换功能,外设所提供的数据、状态和控制信号可能与微机的总线信号不兼容，所以接口电路应进行相应的信号转换。,4 接收和执行cpu命令的功能,cpu对外设的控制命令一般以代码形式输出到接口电路的控制端口，接口电路对

5、命令代码进行识别、分析，分解成若干控制信号，传送到i/o设备，并产生相应的具体操作。,5. 中断管理功能,当外设需要及时得到cpu的服务，特别是出现故障需要cpu立即处理时，就要求接口中设置中断控制器，以便于cpu处理有关中断事务（如中断请求、中断优先级排队、提供中断向量等）。,6 可编程功能,由于i/o接口电路大多由可编程接口芯片组成，因此就有可能在不改变硬件电路的情况下，只要修改接口驱动程序就可以改变接口的工作方式，提高了接口的灵活性和可扩充性，使接口向智能化方向发展。,7. 返回外设状态的功能,接口电路在执行命令之前、执行命令过程中和执行命令之后，外部设备及接口电路都会有一些情况发生，包

6、括正常工作状态和故障状态。 “忙”、“闲”、“准备就绪”、“未准备就绪”、“满”、“空”、“溢出错”、“格式错”等 接口中一般都设置状态寄存器，称“状态口”。状态信号以状态代码形式存放在接口电路的状态寄存器中。 cpu从状态口读取状态信息，供cpu作出判断与处理。,8. 数据宽度与数据格式转换的功能,cpu所处理的是并行数据，而有的外设只能处理串行数据，接口应具有数据“并串”、 “串并”的转换能力。 cpu与有些外设交换数据时，要求按照一定的数据格式传送，所以在cpu与通信设备之间进行数据格式转换。,返 回,5.1.4接口的基本结构,1端口 2地址译码电路 3数据缓冲器与锁存器,1端口,i/o

7、接口通常设置有若干个寄存器，用来暂存cpu和外设之间传输的数据、状态和控制信息。 一般有三类寄存器，分别是数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器。 接口内的寄存器通常被称为端口。根据寄存器内暂存信息的类型，分别称为数据端口、控制端口和状态端口。 每个端口有一个独立的地址，cpu可以用端口地址代码来区别各个不同的端口，并对它们分别进行读/写操作。,2地址译码电路,它由译码器或能实现译码功能的其它芯片构成。 它的作用是进行设备选择，是接口中不可缺少的部分。这部分电路不包含在集成接口芯片中，要由用户自行设计。,3数据缓冲器与锁存器,在微机系统的数据总线上，连接着许多能够向cpu发送数据的设备，如内存储器

8、、外设的数据输入端口等。 为了不使系统数据总线的信号传输发生“信息冲突”，要求所有的这些连接到系统数据总线的设备具有三态输出的功能。 也就是说，在cpu选中该设备时，它能向系统数据总线发送数据信号，而在其它时刻，它的输出端必须呈高阻状态。为此，所有接口的输入端口必须通过三态缓冲器与系统数据总线相连。,返 回,5.2 i/o端口及其编址方式,5.2.1 i/0端口 5.2.2 i/o端口的编址方式 5.2.3 i/o端口地址分配,返 回,5.2.1 i/0端口,端口（port）是接口电路中能被cpu直接访问的寄存器的地址。 计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个端口，因此,cpu在访问这些寄存器

9、时，只需指明它们的端口，不需指出是什么寄存器。 cpu对数据端口进行一次读或写操作，也就是与该接口连接的外设进行一次数据传输 cpu对状态端口进行一次读操作，就可以获得外设或接口自身的状态代码 cpu把若干位控制代码写入控制端口，则意味着对该接口或外设发出一个控制命令，要求该接口或外设按规定的要求工作,返 回,5.2.2 i/o端口的编址方式,1 端口地址和存储器地址统一编址，也称存储器映射方式 2 i/o端口地址和存储器地址分开独立编址，也称i/o映射方式,1 统一编址方式,从存储器空间划出一部分地址空间给i/o设备，把i/o接口中的端口当作存储器单元一样进行访问，不设置专门的i/o指令 优

10、点： 访问i/o端口可实现输入/输出操作，还可以对端口内容进行算术逻辑运算、移位等等； 能给端口有较大的编址空间，这对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的； 缺点： 端口占用了存储器的地址空间，使存储器容量小； 指令长度比专门i/o指令要长，因而执行速度较慢；,2 独立编址方式,i/o端口地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的，即i/o端口地址不占用存储器地址空间。 优点 i/o端口地址不占用存储器空间； 使用专门的i/o指令对端口进行操作，i/o指令短、执行速度快； 并且由于专门i/o指令与存储器访问指令有明显的区别，使程序中i/o操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。 缺点 这种编

11、址方式中，微处理器对存储器及i/o端口是采用不同的控制线进行选择的，因而接口电路比较复杂。,图解,访问存储单元用地址总线a19a0，全译码后得到00000hfffffh共1mb地址空间. i/o端口只利用其中的一部分地址线，即a15a0地址线，可译出0000hffffh共64kb个i/o端口地址. 由于端口是与存储器隔离的，所以用户可扩展存储器到最大容量，而不必为i/o端口留出地址空间.,返 回,5.2.3 i/o端口地址分配,表5-1中分配给每个接口芯片的i/o端口地址，在实际使用中并未全部用完。 中断控制器8259a，只使用了前面2个端口地址，20h、21h（主片）和a0h，a1h（从片）。 并行接口芯片8255a，只使用了前面4个端口地址60h63h。 使用端口地址最多的dma控制芯片8237a，也只用了前面的16个地址（0fh）。,表5-2扩展槽上接口控制卡的端口地址,从表5-2中，可以看到允许用户使用的端口地址是300h31fh。这一段地址是留给用户在开发ibm-pc系列机功能模块（插板）时使用的端口地址，系统是不会占用它的。 除在表5-1和表5-2中已经分配了的i/o地址之外，其余的地址均由厂商保留使用。,i/o端口地址选用的原则,凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用 原则上讲，未被占用的地址，用户可以选用，但对计算机厂家申明保