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1、微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 第六章第六章 I/O接口和并行接口接口和并行接口芯片芯片8255A微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群6.1 I/O接口接口 6.1.1 I/O接口的功能接口的功能 1. 接口接口 接口是指接口是指连接连接CPU与外部设备的连接部件与外部设备的连接部件，这些部件是，这些部件是CPU与外设之间进行信息传送的媒介，也称为与外设之间进行信息传
2、送的媒介，也称为I/O接口。接口。 2. 输入输入/输出设备输出设备 （外部设备外部设备 ）与与CPUCPU之间：之间：1.1.速度不匹配；速度不匹配；2.2.信号电平不匹配；信号电平不匹配；3.3.信号格式不匹配；信号格式不匹配；4.4.时序不匹配。时序不匹配。 因此，输入输出设备因此，输入输出设备不能直接与不能直接与CPUCPU的系统总线相的系统总线相连连，必须在，必须在CPUCPU与外设之间设置专门的与外设之间设置专门的接口电路接口电路。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 3
3、. 3. 接口的基本功能接口的基本功能设置数据缓冲器设置数据缓冲器( (实现速度匹配实现速度匹配););电平转换电路电平转换电路( (实现电平匹配实现电平匹配););信息转换电路信息转换电路( (实现实现A/DA/D、D/AD/A、串、串/ /并、并并、并/ /串转换串转换););时序控制电路时序控制电路( (接收接收CPUCPU的命令、控制信号和定时信的命令、控制信号和定时信号，实施对外设的控制与管理号，实施对外设的控制与管理););地址译码电路地址译码电路( (以便以便CPUCPU实现片间与片内寻址实现片间与片内寻址););输入输入/ /输出控制，读输出控制，读/ /写控制，中断控制。写控
4、制，中断控制。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 6.1.2 I/O端口及其寻址方式端口及其寻址方式1.I/O端口（端口（Port） CPU与外设通信时，传输的信息主要是与外设通信时，传输的信息主要是数据信数据信息、状态信息和控制信息息、状态信息和控制信息。I/O端口：端口：在接口电路（芯片）中，在接口电路（芯片）中，用于存储不同信息用于存储不同信息的寄存器的寄存器及其控制逻辑及其控制逻辑统称为统称为I/O端口。端口。 接口电路中的接口电路中的I/O端口：端口：数据端口、状态端口和
5、命令数据端口、状态端口和命令端口（控制端口）。端口（控制端口）。2. I/O端口的寻址方法端口的寻址方法（1）I/O 、存储器统一编址（、存储器统一编址（存储器映像寻址存储器映像寻址）（2）I/O 端口独立编址（端口独立编址（专门专门I/O指令指令） 8086用地址线的用地址线的低低16位位来寻址来寻址I/O端口端口微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 6.1.3 CPU与外设之间的数据传送方式与外设之间的数据传送方式 CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有三种：与外设之间传输数据
6、的控制方式通常有三种：程序控制方式程序控制方式、中断方式中断方式和和DMA方式方式。 1、程序控制方式、程序控制方式 指用输入指用输入/输出指令来控制信息传输的方式，是一输出指令来控制信息传输的方式，是一种种软件控制方式软件控制方式，根据程序控制的方法不同，又可以，根据程序控制的方法不同，又可以分为分为无条件传送方式无条件传送方式和和条件传送方式条件传送方式。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 1) 1)无条件传送方式无条件传送方式 CPUCPU认为认为接口始终是处于接口始终是处于
7、“准备好准备好”状态状态，能随时，能随时接收或发送数据，适用于那些接收或发送数据，适用于那些能随时读写能随时读写的设备。的设备。 无条件传送方式接口简单，要求无条件传送方式接口简单，要求输入有缓冲，输出输入有缓冲，输出有锁存有锁存。但应用的局限性较大，因为很难保证外设在每但应用的局限性较大，因为很难保证外设在每次信息传送时次信息传送时都处于都处于“准备好准备好”状态状态，一般只用在诸如，一般只用在诸如开关控制开关控制、七段数码管的显示七段数码管的显示控制等场合。控制等场合。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商
8、学院山东工商学院 高群高群简单输入接口（读按键状态）简单输入接口（读按键状态）微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群简单输出接口（点亮简单输出接口（点亮LED）微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 2) 2)条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式） 在传送数据前，在传送数据前，CPU必须必须先确认先确认外设已经处于准备传送数外设已经处于准备传送数据的状态据的状态，才能
9、进行相应的输入，才能进行相应的输入/ /输出操作。输出操作。 一一般般外外设设均均可可以以提提供供一一些些反反映映其其状状态态的的信信号号，比比如如 “准准备备好好”（“READYREADY”）信信号号，“READYREADY”1 1 表表示示输输入入数数据据已已准准备备好好（比比如如A/D）。 “忙忙”( (“BUSYBUSY”) )信信号号，“BUSYBUSY”1 1表表示示当当前前时时刻刻不不能能接接收收CPUCPU来来的的数数据据，只只有有当当“BUSYBUSY”0 0时时，才才表明它可以接受来自于表明它可以接受来自于CPUCPU的输出数据的输出数据（比如（比如D/A） 。特点：特点：
10、接口电路简单，接口电路简单，CPUCPU利用率低利用率低( (程序循环等待程序循环等待) )，接口需，接口需向向CPUCPU提供查询状态。提供查询状态。适用场合：适用场合：适用于适用于CPUCPU不太忙，不太忙，传送速度要求不高的场合传送速度要求不高的场合。各。各种外设不能同时工作，种外设不能同时工作，外设处于被动状态外设处于被动状态。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群查询方式输入操作的程序流程查询方式输入操作的程序流程 （比如（比如A/D）微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与
11、接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群查询方式输出操作的程序流程查询方式输出操作的程序流程（比如（比如D/A）微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 2、中断方式、中断方式 查查询询方方式式下下，CPU要要不不断断地地查查询询外外设设的的状状态态，当当外外设设未未准准备备好好时时，CPU就就只只能能循循环环等等待待，不不能能执执行行其其它它程程序序，这这样样就就浪浪费费了了CPU的的大大量量时时间间，降降低低了了主主
12、机机的利用率。为了解决这个矛盾，提出了中断方式。的利用率。为了解决这个矛盾，提出了中断方式。中中断断传传送送方方式式：当当外外设设准准备备好好时时，由由外外设设通通过过接接口口电电路路向向CPUCPU发发出出中中断断请请求求信信号号，CPUCPU在在允允许许中中断断的的情情况况下下，暂暂停停执执行行当当前前正正在在执执行行的的程程序序，响响应应外外设设中中断断，转转入入执执行行相相应应的的中中断断服服务务子子程程序序，与与外外设设进进行行一一次次数数据据传传送送，数数据据传传送送结结束束后后，CPUCPU返返回回继继续续执执行行原原来来被被中中断断的的程程序序。这这样样CPUCPU就就避避免免
13、了了把把大大量量时时间间耗耗费费在在等等待待、查查询询状态信号的操作上，使其工作效率大大提高。状态信号的操作上，使其工作效率大大提高。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群特点：特点：CPU的利用率高，的利用率高，外设具有申请外设具有申请CPU中断的主中断的主动权动权， CPU和外设之间处于和外设之间处于并行工作状态并行工作状态。但中断服。但中断服务需要保护断点和恢复断点（占用存储空间，降低速务需要保护断点和恢复断点（占用存储空间，降低速度），度），CPU和外设之间需要和外设之间需要中
14、断控制器中断控制器。适用场合：适用场合：适用于适用于CPU的任务较忙、传送速度要求高的任务较忙、传送速度要求高的场合，尤其适合实时控制中的紧急事件处理。的场合，尤其适合实时控制中的紧急事件处理。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群3、存储器直接存取方式（、存储器直接存取方式（DMA） 中断方式中断方式要要经过经过CPU才能在才能在外设与外设、外设外设与外设、外设与存储器与存储器之间进行传送数据，对于之间进行传送数据，对于高速外设进行大批高速外设进行大批量传送数据传送时量传送数据传送时
15、，会造成，会造成中断次数过于频繁中断次数过于频繁，这样，这样不仅传送速度慢，也浪费了大量的不仅传送速度慢，也浪费了大量的CPU时间。时间。 如如果果需需要要在在内内存存的的不不同同区区域域之之间间，或或者者在在内内存存与与外外设设端端口口之之间间进进行行大大量量信信息息快快速速传传送送的的话话，用用查查询询或或中中断断方方式式均均不不能能满满足足速速度度上上的的要要求求，这这时时应应采采用用直直接接存储器存取方式存储器存取方式，即，即DMA数据传送方式。数据传送方式。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山
16、东工商学院 高群高群DMA方式：方式：外设外设利用专用的接口（利用专用的接口（ DMA 控制器控制器）控控制存储器与外设间进行高速数据传送制存储器与外设间进行高速数据传送，并不经过，并不经过CPU（ CPU 不参与数据传送工作不参与数据传送工作），在），在DMA方式下方式下总线总线控制权控制权不在不在CPU处，而由处，而由DMA 控制器控制。控制器控制。特点：特点：接口电路复杂，硬件开销大。接口电路复杂，硬件开销大。大批量数据传送大批量数据传送速度极快速度极快。适用于存储器与存储器之间、存储器与外。适用于存储器与存储器之间、存储器与外设之间的设之间的大批量数据传送大批量数据传送的场合。的场合。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群DMA方式接口方式接口微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第六章第六章 I/O接口和并行接口芯片接口和并行接口芯片8255A山东工商学院山东工商学院 高群高群 DMA传送的基本过程：传送的基本过程：（1）外设外设准备就绪时，准备就绪时，向向
