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1、,教学建议，本章重点为: 为什么要用接口； CPU和输入/输出设备之间的信号； 接口的功能以及在系统中的连接； 中断传输的原理； DMA方式的原理； 输入/输出过程中接口部件和地址总线错位连接的原理。,第5章 微型计算机和外设的数据传输,5.1 为什么要用接口,1、接口的基本概念 所谓接口是指CPU、存储器、外设之间通过总线进行连接的电路部分，是CPU与外界进行信息交换的中转站。 不同的外设有不同的输入/输出接口电路。例如，键盘输入有键盘接口电路，CRT显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打印输出接口电路等等.,微型计算机各种接口框图：,5.1 为什么要用接口,I/O接口是位于系统与外设间、
2、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 I/O接口的硬件分成两类： 1.系统板上的I/O芯片 如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。 2. I/O扩展槽上的接口控制卡 如软驱卡、硬驱卡、图形卡、声卡、打印卡、串行通信卡等。,5.1 为什么要用接口,2、接口按功能分为两类 使CPU正常工作所需要的辅助电路 输入/输出接口 3、外部设备为什么一定要通过接口和主机相连? 外部设备功能多种多样，工作原理不同 外部设备的信息不同，有数字量 、模拟量、开关量 串并行方式不同 外设速度比CPU低得多,5.1 为什么要用接口,4、接口技术的发展及分类 微型计算机接口技术的发展，基本上是与微处
3、理器的发展同步进行的。按照接口技术与接口随着微处理器的发展，可将接口电路分为四类: 固定式接口电路 可编程接口电路 智能接口与通用外围接口 功能接口板,1）、固定式接口电路,早期的微处理器多采用PMOS工艺，集成度低，系统结构与指令系统均比较简单，受半导体工艺的限制，接口芯片的集成度也不高，大都采用TTL与MSI工艺，计算机接口由小规模或中规模集成电路组合而成，要改变其功能与工作方式必须改变硬件连线才能实现，将这种简单接口电路称之为固定式接口电路,2)、可编程接口电路,16位微处理器（例如8086CPU）的出现，使微型计算机的发展进入了第二代，第二代微处理器采用了NMOS工艺，集成度明显提高，
4、Intel公司推出的与此相适应的接口芯片有中断控制器8259A，并行I/O接口芯片8255A，定时/计数器82538254，DMA控制器8237A以及串行通信接口芯片8250等，这些芯片都是采用NMOS工艺的大规模集成（LSI）芯片，而且都是可编程的接口芯片，用户可以通过对接口芯片的在线编程，方便灵活地改变接口的工作方式,3)、智能接口与通用外围接口,Intel公司于1985年首次推出第三代微处理器80386，1989年又推出X86系列的第四代微处理器80486，这时代的芯片大都是采用了NMOS或CMOS工艺的超大规模集成（VLSI）芯片。与此相应，也开发出了大批集成度更高的接口器件。这一时期
5、接口芯片的显著特点是应用了单片机作通用接口，使接口电路智能化 智能化接口集单片机技术与接口技术于一体，可直接与外围设备相连，它是一种结构与功能接近于CPU的专用控制器，有独立的指令系统，通过编写完整的I/O管理程序和预处理程序，来实现对许多外设频繁的I/O进行管理，从而减轻了CPU管理I/O设备的负担，大大提高了微机系统的运行速度,4) 、功能接口板,由于微型计算机使用了各种统一的总线标准，例如：ISA、PCI、SCSI、USB等各种总线，因而从电气特性、机械特性及通信协议等方面都已标准化，开发商已为各种总线开发出了不同功能的专用接口板，可供用户选购，例如：PCI总线的ADC和DAC功能板，P
6、CI的网卡，基于PCI的RS-232串行通行卡等,5.2 CPU和输入/输出设备之间的信号,数据信息 数字量 模拟量 开关量 状态信息 控制信息,都是通过数据总线传送 三种信息对应不同的寄存器,5.3 接口部件的I/O端口,I/O端口 是 I/O接口中可通过编程实现寻址并进行读写的寄存器。CPU 与外设之间交换信息具体是通过I/O端口来进行的。 一个外设与CPU交换信息往往需要几个端口： 数据端口 控制端口 状态端口 编址方式有两种,有时可以合用,5.3 接口部件的I/O端口,5.3 接口部件的I/O端口,CPU与外设通过I/O接口通信示意图,I/O端口地址分配 PC微机是根据上述I/O接口的
7、硬件分类，把I/O空间分成两部分。 PC微机I/O地址线可有16根，对应的I/O端口编址可达64K字节，其端口地址译码是采用部分译码法，即只使用了低10位地址线一个A0A9，故其I/0端口地址范围是0000H003FFH,总共只有1024个端口。,表1 系统板上接口芯片的端口地址 I/O芯片名称 端口地址 DMA控制器1 00001FH DMA控制器2 0C00DFH DMA页面寄存器 08009FH 中断控制器1 02003FH 中断控制器2 0A00BFH 定时器 04005FH 并行接口芯片（键盘接口） 06006FH RT/CMOS RAM 07007FH 协处理器 0F00FFH,表
8、2 扩展槽上接口控制卡的端口地址 I/0接口名称 端口地址 游戏控制卡 20020FH 并行口控制卡1 37037FH 并行口控制卡2 27027FH 串行口控制卡1 3F83FFH 串行口控制卡2 2F02FFH 原型插件板（用户可用） 30031FH 同步通信卡1 3A03AFH 同步通信卡2 38038FH 单显MDA 3B03BFH 彩显CGA 3D03DFH 彩显EGG/VGA 3C03CFH 硬驱控制卡 1F01FFH 软驱控制卡 3F03F7H PC网卡 36036FH,I/O端口地址选用的原则 凡是被系统配置占用了的地址一律不能使用； 未被占用的地址，用户可以使用，但申明保留的
9、地址，不要使用。 用户可使用300H31FH地址。,1、接口的功能 寻址功能 输入/输出功能 数据转换功能 联络功能 中断管理功能 复位功能 可编程功能 错误检测功能,5.4 接口的功能以及在系统中的连接,2、接口与系统的连接,用读信号、写信号和地址A0区分4个寄存器,高位地址和M/IO信号经译码器形成片选信号,例1：使用74LS20/30/32和74LS04设计I/O端口地址为2F8H的只读译码电路。 分析：若要产生2F8H端口地址，则译码电路的输入地址线就应具有如下所示的 值。 译码电路输入地址线的值 地址线 0 0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 二进制 0
10、0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 十六进制 2 F 8,译码电路输入： 地址线:10根,地址值：2F8H A9A0=1011111000B 控制线：AEN=0 IOR=0 译码电路输出： Y=0 为译码选中。,/AEN是总线选通信号,当执行指令： MOV DX，2F8H I N AL，DX 时， Y=0 ，对应端口被选中,4、32位微处理器采用I/O编址的译码电路,A、8位数据端口与低8位数据线的连接,B、8位数据端口与32位数据线的连接,例如： MOV DX，3E0H IN AL，DX ； BE0* 有效，只读端口 IN AX，DX ； BE1* 、BE0*有效， ；读端口1与读端
11、口 IN EAX，DX ； BE3* BE0*均有效， ；读端口3端口,5.5 CPU和外设之间的数据传送方式,程序方式 无条件传送方式 条件传送方式 中断方式 DMA方式,5.5.1 程序方式,无条件传送方式,最简单的I/O控制方式，CPU可以随时根据需要无条件地读写I/O端口 外设要求：简单，数据变化缓慢，操作时间固定，如一组开关或LED显示管。外设被认为始终处于就绪状态 接口特点 CPU的DBI/O接口(输出锁存器)外设 CPU的DBI/O接口(输入缓冲器)外设,无条件传送方式 编程,例 START: MOV DX，INPORT IN AL，DX；读入按键状态 TEST AL，01H；判
12、断最低位按键 JNZ K1；最低位按键没闭合，转 MOV AL，01H；最低位发光 JMP DISP K1：TEST AL，02H； JNZ K2；次低位按键没闭合，转 MOV AL，03H；最低2位发光 JMP DISP .,DISP: MOV DX，OUTPORT OUT DX，AL； JMP START,31,5.5.1 程序方式,条件传送方式也叫查询方式,接口特点：避免了对端口的“盲读”、“盲写” ，数据传送的可靠性高，并且硬件接口相对简单。缺点是CPU工作效率低，I/O响应速度慢；,外设要求：状态口和数据口,在有多个外设的系统中，CPU的查询顺序由外设的优先级确定,一种CPU主动、外
13、设被动的I/O操作方式，很好地解决了CPU与外设之间的同步问题,5.5.1 程序方式,条件传送方式的三个环节 CPU从接口中读取状态字。 CPU检测状态字 如“就绪”状态，则传送数据。,5.5.1 程序方式,图5.4 查询式输入的接口,1,2,3,4,5,?,5.5.1 程序方式,图5.5 查询式输出的接口,5.5.1 程序方式,图5.6 查询式输入过程的流程图,查询的例子 1,DATA_SEG SEGMENT MESSAGE DB BUFFER OVERFLOW，0DH，0AH ATA_SEG ENDS COM_SEG SEGMENT BUFFER DB 82 DUP (?) COUNT D
14、B ? COM_SEG ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS：DATA_SEG，ES：COM_SEG，CS：CODE STAT： MOV AX，DATA_SEG MOV DS，AX MOV AX，COM_SEG MOV ES，AX MOV DI，OFFSET BUFFER MOV COUNT，DI MOV CX，81 CLD,查询的例子 2,NEXT_IN： IN AL，56H TEST AL，02H JZ NEXT_IN IN AL，52H OR AL，0 JPE NO_ERROR JMP ERROR NO_ERROR： AND AL，7FH STOSB MOV CX，17
15、 LOOPNE NEXT_IN JNE OVERFLOW MOV AL，0AH STOSB SUB DI，COUNT MOV COUNT，DI,查询的例子 3,OVERFLOW： MOV SI，OFFSET MESSAGE MOV CX，17 NEXT_OUT： IN AL，56H TEST AL， 01H JZ NEXT_OUT LODSB OUT 54H，AL LOOP NEXT_OUT,多个入设备轮流查询的例子,TREE_IN： MOV FLAG，0 INPUT： IN AL，STAT1 TEST AL，20H JZ DEV2 CALL PROC1 CMP FLAG，1 JNZ INPUT DEV2： IN AL，STAT2 TEST AL，20H JZ DEV3 CALL PROC2 CM
