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1、第七章：输入 / 输出接口,内容摘要： 输入和输出设备是计算机系统的组成部分 程序、数据和各种信息，需要通过输入设备送入计算机 计算结果或控制信号要通过输出设备得以实现 CPU与外设交换信息是计算机系统中重要和频繁的操作 本章主要介绍： 接口的概念 CPU与外围设备交换信息的方式,71 接口概述, 计算机系统由主机和外部设备两大部分组成, 外设不能直接和计算机系统的三总线相连接。其原因如下： 1外设的多样性，形式复杂：电子式、电磁式、光电式等； 2外设与CPU之间交换的信息的多样性： 信息类型：数据信息、控制信息、状态信息 信息模式：模拟信息、数字信息 传递形式：串行传递、并行传递 3从外设管
2、理和提高CPU的效率方面, 须在外设和CPU三总线之间增设一个能控制外设与CPU进行信息 交换的中转电路，用来协调CPU和外设的信息交换及工作秩序。 这个中转电路就是接口电路 对于不同的外部设备，其接口电路也是不同的。（见下图）,不同外设与计算机主机之间的接口,711 I/O 接口的主要功能及结构,1接口电路是外设和CPU进行连接的桥梁和交换信息的中转站 2通过接口电路交换的信息： 状态信息：外设状态经接口电路传递给 CPU，使CPU 了解外设 当前的状态，以便进行下一步的操作； 控制信息：CPU 的控制信息经接口电路传递给外部设备，控制 外设进行有序的工作； 数据信息：通过接口电路CPU与外
3、设间交换有效的传递。 3接口的基本功能就是对数据传送控制： 包括信号暂存、数据格式转换、传送路径的切换控制和状态信号 的交换、通讯控制、设备动作、定时控制、中断管理及错误检测 等功能。,一、接口的概念：,I/O 连接示意图, 接口在 CPU 与外设之间建立一个缓冲区 解决了CPU与外设之间在： 数据形式、数据传递方式及传递速率上存在很大差异的矛盾。,二、I/O 接口电路的组成：,1与外设相连接，用以传递信息，具有暂存信息的寄存器部件。 暂存信息的部件被称为 端口 端口根据存放信息类型的不同，分以下三种： 1）数据端口：一般为双向 2）控制端口：单向输出 3）状态端口：单向输入 每个端口具有自己
4、的地址。因此，接口电路具有多个端口地址 2与计算机总线相连接： 数据总线缓冲器：接数据总线，用传递数据信息，为双向三态 逻辑控制电路：接控制总线，控制端口的读、写状态 地址译码电路：接地址总线，接受地址信息，寻找被访问的端口,接口是接在计算机总线和外设之间的一个电路,7.1.2 I/O 端口的编址方式, 接口电路中的端口是用来暂存与CPU交换的信息， 由接口电路中的内部寄存器构成； CPU可以象访问存储器一样直接对端口进行读写操作。 因此，必须对接口电路中的这些端口一一分配地址。 对端口分配地址的方式称为：端口地址编址方式 编址方式有两种： 1统一编址 和存储器的存储单元一起进行编址 2单独编
5、址 给端口单独分配地址空间,7.1.2 I/O 端口的编址方式,一、I/O 端口统一编址, I/O 端口和存储单元按照存储单元的编址方法统一编排地址号， 由 I/O 端口地址和存储单元地址共同构成一个统一的地址空间。 优点：访问端口同访问存储器一样，不需专用的指令 缺点：占用了存储器的地址空间，使存储器的地址空间减少, I/O 地址空间和内存地址空间是相对独立的，有两个地址空间， 即 MEM 和 I/O 地址空间，由专用控制线来确定要访问的对象。 优点：不占用存储器的地址空间 缺点：访问端口必须使用专用的指令（如 IN / OUT） 8086 CPU系统采用了单独编址方式，并通过 M /IO
6、控制信号来 区分地址线上的地址是用于访问存储器或是访问端口的。,二、I/O 端口独立编址,7.1.2 I/O 端口的编址方式,三、端口地址的寻址方式,1直接端口寻址方式： 输入输出端口地址在指令中以立即数 n （8 bit）表明。 直接寻址可寻址256个输入端口和256个输出端口。 2间接端口寻址方式 输入输出端口地址由 DX 寄存器（16 bit）间接寻址。 间接寻址可寻址 65536 个输入输出端口。, 虽然PC机有高达20位的地址总线，但对I/O端口地址来讲仅使用 A0A15位地址线，因此I/O接口地址最大寻址范围为 64K。,7.1.3 I/O 端口地址的译码,一、固定式译码 二、开关
7、式可选地址译码 三、PC/XT 端口地址分配,请自学,72 数据传送方式, CPU与接口之间的信息传递，实际上是与外设之间的信息传递。 因外设接收和发送信息的速度差别很大，应针对不同的外设采用 不同的控制方式进行信息的传递。 常用传递信息的方式有四种：,无条件传送方式,中断控制方式,查询传送方式,DMA 控制方式,7.3.1 无条件传送方式, 外设的接口电路，应随时做好接收或输出数据的准备；以保证 信息的可靠传输，下列设备可采用此控制方式进行信息的传送： 1输入设备：信息变化缓慢的外设； 2输出设备：能对输出的信息立即做出反应的外设； 3信息变化呈周期性、且定时的周期为已知的外设。,CPU 可
8、以没有任何条件随时访问外部设备与其交换信息,7.2.2 查询传送方式, 当CPU 需要同外设交换信息时，首先对外设的状态进行查询， 得知外设已做好数据接收或发送的准备时，才进行信息交换。,一查询输入传送方式,三态 缓存器,数据 锁存器,状 态 信 号,输 入 设 备,地 址 译 码,02H,数据,控制,STB,01H,LL：IN AL，02H TEST AL，01H JZ LL IN AL，01H,CP,D,Q,RD,RD：置零,1,二查询输出传送方式,NN：IN AL，04H AND AL，80H JNZ NN MOV AL，DATA OUT 03H，AL,7.2.3 中断传送方式, 在查询方式下，CPU主动查询外设的状态，占用了CPU 大 量的时间资源，降低了CPU的工作效率。 在中断方式下，由外设主动向 CPU 提出中断请求， CPU 响应外设的中断请求后，才和外设进行一次信息交换； 交换结束后返回继续进行其它的操作。,中断控制方式进行数据输入时的基本电路,7.3.4 直接存储器方式,一、DMA传送方式简介 DMA传送方式是在存储器和外设之间、存储器和存储器之间直接 进行数据传送 传送过程无需 CPU 介入，因此传送时不必进行保护现场等一系列 额外操作，传输速度基本取决于存储器和外设的速度。,7.3.4 直接存储器方式,二、DMA控制器的工作方式,请看下一节 并行接口技术,
