[理学]第五章 输入输出接口

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1、 第5章 输入/输出接口5.1 输入输出及接口5.5 输入输出的传送方式5.2 输入输出端口及编址方式5.4 端口译码方式5.3 简单输入输出端口CLK READY RESETRDWRIOM/A19A16 ALEAD15AD0DENRDT/MXMN/8282 锁存器OE地址STB地址/数据8286 收发器OET8086 CPU存储器 DATABHE地址总线I/O外设 DATA数据总线VCCRESVCC8284 时钟 发生器7/SBHE最小模式下8086系统配置数据总线 DB控制总线 CB地址总线 AB内 存I/O 接 口输 入 设 备I/O 接 口输 出 设 备CPU微型计算机的结构示意图数字

2、化存储 示波器、数 字化万用表终端、调制 解调器A/D转换器开关量输入D/A转换器开关量输出键盘、鼠标、数 字化 仪、光笔、 图形输入仪麦克 风、扫描仪打印机 显示器磁盘磁带 软盘光盘智能仪器接口通信接口过程控制接口输入接口输出接口外存接口CPU内存DBABCB微机系统各类接口框图 u 为什么外设不能象内存一样直接挂在CPU上第5章 输入输出接口 5.1 输入输出及接口计算机 外设接口键盘键盘 鼠标鼠标 CRTCRT 打印机打印机 绘图仪绘图仪内存功能单一： （1）传送方式单一(传送一个字节) （2）品种单一RAM、ROM（控制信号确定) （3）格式单一（并行数字信号） （4）工作速度匹配外设

3、功能复杂： （1）仅作输入、仅作输出、入/出兼作。 （2）格式多种（并串），位数多种 （3）外设品种繁多（光、机、电、声、磁等） （4）信号形式有脉冲、模拟量或数字量 （5）速度不匹配5.1.1 I/O信息的组成一、数据信息 要交换的数据本身 1.数字量：按一定的编码标准（2#，ASCII码 ）由若干位组合所表示的数或字符。如键盘、CRT、打印机等设备与CPU交换的信息。2. 模拟量：现场信息（如温度、压力、流量、位移等非电量）经过传感器而转换成电量（电压、电流），这些模拟量经过A/D、D/A转换器在CPU与外设间交换。3. 开关量：一位2#信息：0、1。如开关的断开与闭合；控制电机的启、停等

4、。通常这些开关量要经过相应的电平转换才能与计算机连接。第5章 输入输出接口 数据的传送可采用 并行（n位同时传送）串行（一位一位地传送）数据信息、状态信息数据信息、状态信息及及控制信息控制信息二、状态信息表征外设的工作状态 对对输入接口输入接口, , CPUCPU是否准备好接收数据，是否准备好接收数据，“ “READY” READY” 准备好准备好? ? 对对输出接口输出接口, , 外设是否准备好接收数据，外设是否准备好接收数据，“ “BUSY” BUSY” 外设忙吗外设忙吗? ?三、控制信息CPU控制外设工作的命令CPUCPU通过接口发出，如通过接口发出，如A/DA/D转换器的启转换器的启/

5、 /停信号，设置外设的停信号，设置外设的 工作模式工作模式 等。等。第5章 输入输出接口 第5章 输入输出接口 接口（interface）与端口（port）：uu传送这三种信息传送这三种信息（数据、状态、控制）的接口电路中的的接口电路中的寄存器寄存器 称为称为数据、状态和控制端口。数据、状态和控制端口。uu不同的寄存器有不同的端口地址，即用不同的寄存器有不同的端口地址，即用地址来访问。地址来访问。uu端口端口由一个或多个由一个或多个寄存器寄存器组成。组成。接口接口由若干个端口加上相应的由若干个端口加上相应的 控制逻辑组成，地址不是对接口而言。控制逻辑组成，地址不是对接口而言。第5章 输入输出接

6、口 5.1.2 I/O接口的作用uu 数据缓冲或锁存数据缓冲或锁存uu 设备选择设备选择uu 信号转换（电平、格式）信号转换（电平、格式）uu 接收、解释并执行接收、解释并执行CPUCPU的命令的命令uu 中断管理中断管理uu 可编程功能可编程功能一. I/0接口电路的功能第5章 输入输出接口 5.1.2 I/O接口的作用二. I/0接口电路分类uu数据传送方式：数据传送方式： 并行接口并行接口 串行接口串行接口 uu功能选择的灵活性：功能选择的灵活性： 可编程接口可编程接口 不可编程接口不可编程接口 uu通用性：通用性： 通用接口（通用接口（8253 定时/计数器、8259 中断控制器、82

7、57 DMA、8250 8251 串行接口、 8255 并行接口） 专用接口专用接口（软盘控制器 8271 8272、CRT 8275、键盘显示 8279）第5章 输入输出接口 三. I/0接口电路的结构 数据 缓冲器状态 寄存器控制 寄存器接外设一侧主机外设 总线驱动地址译码控制逻辑接CPU一侧DBABCB数据信息控制信息状态信息端口接口接口实现对实现对CPUCPU数据总线速度数据总线速度 和驱动能力的匹配和驱动能力的匹配实现各寄存器端口实现各寄存器端口 寻址操作寻址操作 实现接口电路中的各寄存器端口的实现接口电路中的各寄存器端口的 读读/ /写操作和时序控制写操作和时序控制1端口 I/O接

8、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。 目前，可编程大规模集成接口芯片中都包含这些基本电路。三. I/0接口电路的结构端口/ 地址译码电路/数据缓冲与锁存器第5章 输入输出接口 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

9、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、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。另外，一些读/写操作及时序的控制电路是必不可少的 。第5章 输入输出接口 第5章 输入输出接口 uu为了区分接口电路的各个寄存器，系统为它们各自分配了一个为了区

10、分接口电路的各个寄存器，系统为它们各自分配了一个 地址，称为地址，称为I/OI/O端口地址端口地址，以便对它们进行寻址。，以便对它们进行寻址。uuI/OI/O端口有端口有两种编址方式两种编址方式：统一编址方式、统一编址方式、I/OI/O独立编址方式独立编址方式1. 统一编址uu指指I/OI/O端口与存储器端口与存储器共享共享一个寻址空间，又称为一个寻址空间，又称为存储器映像方存储器映像方 式编址式编址。在这种系统中，在这种系统中，CPUCPU可以用可以用同样的指令同样的指令对对I/OI/O端口和存端口和存 储器单元的进行访问。储器单元的进行访问。uu优点优点：对对I/OI/O口的访问灵活方便，

11、有利于提高端口数据的处理口的访问灵活方便，有利于提高端口数据的处理 能力。能力。uu缺点缺点：I/OI/O端口占用了主存地址，相对减少了主存的可用范围端口占用了主存地址，相对减少了主存的可用范围 。5.2 输入输出的编址方式第5章 输入输出接口 2. I/O独立编址uu 指主存地址空间和指主存地址空间和I/OI/O端口地址空间端口地址空间相互独立，分别编址。相互独立，分别编址。 CPUCPU通过通过指令指令来区分是访问来区分是访问I/OI/O口还是存储单元。口还是存储单元。uu 优点优点：主存和：主存和I/OI/O端口的地址可用范围都比较大；端口的地址可用范围都比较大；uu 缺点缺点：I/OI

12、/O指令的功能一般比较弱，在指令的功能一般比较弱，在I/OI/O操作中必须借助操作中必须借助 CPUCPU的寄存器进行中转。的寄存器进行中转。MEMR MEMWCPU控制逻辑存储器 （1MB）I/O端口 （64K个）R/W 控制20 AB 2016 DB 1616 8IOR IOW图5-2 独立编址方式 第5章 输入输出接口 uu 80X8680X86系列微处理器采用独立的系列微处理器采用独立的I/OI/O编址方式编址方式CPU通过IO/M来区分对MEM还是对I/O操作。对应的指令 不同，该信号线输出不同的电平。uu CPUCPU使用地址总线中的使用地址总线中的A0A0A15A15来寻址来寻址

13、I/OI/O口，故最大口，故最大I/OI/O空空 间是间是64K64K个字节端口（或个字节端口（或32K32K个字端口个字端口）若用直接寻址方式寻址外设，可寻址256个端口，A0A7译码 。若用DX间接寻址外设，端口地址是16位的，用A15A0译码 。第6章 输入/输出和中断 在PC/XT中，扩展总线上用A9A0作为外设端口译码（部分译 码方式），共可寻址210=1K个端口。当A9=0时，寻址主机板上的512个端口。当A9=1时，寻址I/0卡上的512个端口。8038680386微处理器或此后的微微处理器或此后的微 处理器构成的微机系统，采处理器构成的微机系统，采 用全译码的方法，端口为用全译

14、码的方法，端口为64K64K 个字节端口或个字节端口或32K32K个字端口个字端口I/OI/O端口地址选用的原则端口地址选用的原则 uu自行设计接口电路或给微机系统添加接口卡时，必须自行设计接口电路或给微机系统添加接口卡时，必须避免端口避免端口 地址发生冲突地址发生冲突. . uu申明保留的地址，不要使用。用户可使用申明保留的地址，不要使用。用户可使用300H-31FH300H-31FH地址。地址。AEN为低时，AEN为高，表示CPU掌管总线I/O芯片名称端口地址DMA控制器1 DMA控制器2 DMA页页面寄存器00001FH 0C00DFH 08009FH 中断控制器1 中断控制器20200

15、3FH 0A00BFH定时时器 并行接口芯片（键盘键盘 接口） RT/CMOS RAM 协处协处 理器04005FH 06006FH 07007FH 0F00FFH表5-1系统板上接口芯片的端口地址 第5章 输入输出接口 I/O接口名称端口地址 游戏戏控制卡20020FH 并行口控制卡1 并行口控制卡237037FH 27027FH 串行口控制卡1 串行口控制卡23F83FFH 2F02FFH 原型插件板（用户户可用）30031FH 同步通信卡1 同步通信卡23A03AFH 38038FH 单显单显 MDA 彩显显CGA 彩显显EGA/VGA3B03BFH 3D03DFH 3C03CFH 硬驱驱控制卡 软驱软驱 控制卡1F01FFH 3F03F7H PC网卡36036FH表5-2扩展槽上接口控制卡的端口地址 第5章 输入输出接口 I/0接口硬件分类 不可编程可编程8253 定时/计数器8259 中断控制器通用接口 8257 DMA8250、8251 串行接口芯片 或 8255、8155并行接口芯片软盘控制器 8271、8272专用接口 CRT 8275键盘显示 8279不可编程的I/O接口属简单的I/O接口，典型的芯片是三态缓 冲器和数据锁存器。如： 74LS244，245