第六第六章章输入输入输出输出接口接口6.1输入输入/输出接口基础输出接口基础（掌握）（掌握）输入输入/输出接口功能与结构输出接口功能与结构输入输入/输出端口编址输出端口编址6.2接口地址译码接口地址译码（掌握）（掌握）6.3接口信息传输方式接口信息传输方式（掌握）（掌握）程序查询传输方式程序查询传输方式程序中断传输方式程序中断传输方式直接存储器访问直接存储器访问(DMA)方式方式通道方式通道方式6.4并行接口并行接口（掌握）（掌握）无握手信号并行接口无握手信号并行接口带握手信号的并行接口带握手信号的并行接口可编程并行接口可编程并行接口6.5串行接口串行接口（理解）（理解）同步串行接口同步串行接口异步串行接口异步串行接口简单简单并行并行总线总线结构结构 现代并行总线结构 6.1 6.1 输入输入/输出接口输出接口(I/O(I/O接口接口)基础基础 P179P1793/81nCPU与外设两者的信号不兼容，在信号类型、功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致如：信号类型有机械的、物理的、电信号等，信号形式有脉冲、模拟量或数字量等；n两者的工作速度不匹配，CPU速度高，外设速度低；n数据传输方式不同，有并行、串行之分。
n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交道之中，大大降低CPU的效率n外设不能与CPU直接相连,必须经过中间电路再与系统相连,这部分电路被称为I/O接口电路接口分类接口分类 P181P1814 4并行接口：一次传输多个数据位并行接口：一次传输多个数据位串行接口：一次只有一位数据串行接口：一次只有一位数据传输方式传输方式同步接口：总线相连，并同步传输同步接口：总线相连，并同步传输异步接口：无共同的基准时钟异步接口：无共同的基准时钟时序控制方式时序控制方式程序查询方式：程序的执行实现程序查询方式：程序的执行实现程序中断方式：传输时由中断请求信号触发程序中断方式：传输时由中断请求信号触发存储器直接存取访问方式（存储器直接存取访问方式（DMA）通道控制器，通道控制器，I/O处理机处理机传输控制方式传输控制方式外围接口：与外设无关，是系统的一部分外围接口：与外设无关，是系统的一部分外设接口：用于连接外设的接口外设接口：用于连接外设的接口工作对象工作对象接口结构与功能 P1811.1.接口主要功能接口主要功能 数据缓冲数据缓冲 信号转换信号转换 联络控制联络控制2.2.接口硬件结构接口硬件结构 存储器接口、外设接口存储器接口、外设接口3.3.接口技术组成接口技术组成 硬件：地址译码、读写控制、总线（数据）缓冲硬件：地址译码、读写控制、总线（数据）缓冲 软件：驱动程序（初始化、传送控制、结束控制等）软件：驱动程序（初始化、传送控制、结束控制等）接口与端口的区别接口与端口的区别 （P180 最后一段）最后一段）端口端口接口功能接口功能(P181-182)(P181-182)n设备选择：译码选择设备、端口设备选择：译码选择设备、端口n数据收发和格式转换：读数据收发和格式转换：读/写，串写，串/并、并并、并/串串n接收解释执行接收解释执行CPUCPU的命令：控制信号的实现的命令：控制信号的实现n外设状态接收并转发给外设状态接收并转发给CPUCPU：状态端口：状态端口n支持查询、中断、支持查询、中断、DMADMA等多种传输控制方式等多种传输控制方式n提供缓冲、暂存、驱动能力：信号驱动提供缓冲、暂存、驱动能力：信号驱动n错误检测功能：奇偶校验错误检测功能：奇偶校验n复位复位67 7作用：信息存储作用：信息存储操作模式：字节的整数倍操作模式：字节的整数倍器件种类：少器件种类：少速度时序：速度时序：CPU相当、匹配相当、匹配存储器接口存储器接口作用：与外设间的信息交换作用：与外设间的信息交换操作模式：位、字节、多字节操作模式：位、字节、多字节器件种类：多器件种类：多速度时序：差异很大、时序不同速度时序：差异很大、时序不同输入输入/输出接口输出接口存储器接口与输入存储器接口与输入/输出接口的区别输出接口的区别CPU与外设都是面向接口而非直接联络！6.1.2 输入输出端口编址 P182 为了区分接口电路的各个寄存器，系统为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地址，称为它们各自分配了一个地址，称为I/OI/O端口地址端口地址，以便对它们以便对它们进行寻址进行寻址并与并与存储器地址存储器地址相区别相区别,I/OI/O端口地址有两种编址方式：端口地址有两种编址方式：(1)(1)统一（存储器映像）编址方式统一（存储器映像）编址方式(2)(2)独立编址方式独立编址方式I/OI/O地址映射方式地址映射方式1 1：统一：统一(存储器映像存储器映像)编址编址（如（如ARMARM、FreescaleFreescale的系列芯片）的系列芯片）存储单存储单元地址元地址00000H00001HFF0FFHI/O端端口地址口地址FF100HFF101HFFFFFH 特特点点：将将端端口口看看作作存存储储单单元元，仅仅以以地地址址范范围围的的不不同同来来区分两者。
区分两者优优点点：对对端端口口的的操操作作和和对对存存储储单单元元的的操操作作完完全全一一样样，因因此此系系统统简简单单，并并且且对对端端口口操作的指令种类较多操作的指令种类较多 缺缺点点：CPUCPU对对存存储储单单元元和和I/OI/O端端口口的的实实际际寻寻址址空空间间都都小于其最大寻址小于其最大寻址空间空间注意：存储器单元内容仅能由存注意：存储器单元内容仅能由存储器写指令修改，而储器写指令修改，而I/O端口映像端口映像的单元内容还可以由外设修改的单元内容还可以由外设修改存储器映像编址存储器映像编址端口寄存器读写端口寄存器读写(C(C语言语言)1.常量定义常量定义#defineGPJCON(*(volatileunsigned*)0 x560000D0)#defineGPJDAT(*(volatileunsigned*)0 x560000D4)#defineGPJUP(*(volatileunsigned*)0 x560000D8)2.使用方式使用方式GPJCON=0 x00aaaa;GPJDAT=(10)|(11)|(12)|(1B12中断请求信号中断请求信号+至至CPU的的INTR引脚引脚优先权失效信号优先权失效信号（CPU没有处理中断时，置位）没有处理中断时，置位）+优先优先权寄权寄存器存器CPU 1 2 3 4 5 6 7 8可由程序设置的可由程序设置的中断允许寄存器中断允许寄存器由外设设置的由外设设置的中断请求寄存器中断请求寄存器1 2 3 4 5 6 7 8中断控制方式的接口电路中断控制方式的接口电路程序中断与子程序调用的区别 子程序的执行是程序员事先安排好的（由调用子程序子程序的执行是程序员事先安排好的（由调用子程序的指令转入）；中断服务子程序的执行的指令转入）；中断服务子程序的执行一般由随机一般由随机的中断事件的中断事件引发。
引发子程序的执行受到主程序或上层子程序的控制；中断子程序的执行受到主程序或上层子程序的控制；中断服务子程序一般与被中断的现行程序无关服务子程序一般与被中断的现行程序无关不存在同时调用多个子程序的情况，因此子程序不需不存在同时调用多个子程序的情况，因此子程序不需要进行优先级排队；而不同中断源则可能同时向要进行优先级排队；而不同中断源则可能同时向CPUCPU提出服务请求提出服务请求程序查询和程序中断程序查询和程序中断方式方式的特点的特点n程序查询传送方式的特点程序查询传送方式的特点u电路简单电路简单u不能实时响应不能实时响应u适用于简单的无实时性要求的场合适用于简单的无实时性要求的场合u需要需要CPUCPU参与参与n程序中断传送方式的特点程序中断传送方式的特点u实时响应，需要中断控制电路实时响应，需要中断控制电路u适用于传输数据量较少，而要求实时性较高的场合适用于传输数据量较少，而要求实时性较高的场合u需要需要CPUCPU参与参与DMADMA特点：数据不通过特点：数据不通过CPUCPU，而由，而由DMACDMAC直接完成直接完成存储单元或存储单元或IOIO端口之间的数据传送端口之间的数据传送。
程序程序/中断控制方式中断控制方式：以：以CPU为控制中心，数据传输时为控制中心，数据传输时首先从数据源读取数据到首先从数据源读取数据到CPU内部的寄存器，然后从内部的寄存器，然后从寄存器写入数据目的地寄存器写入数据目的地因此，（因此，一次性传输大量数一次性传输大量数据不能使用据不能使用程序程序/中断控制方式中断控制方式）DMA控制方式控制方式：DMAC管理大部分的管理大部分的I/O事物，事物，完成传送后完成传送后DMAC主动通知主动通知CPU6.3.3 直接存储器访问（直接存储器访问（DMA）方式）方式 P195数据数据缓缓冲器冲器地址地址缓缓冲器冲器数据数据总线总线地址地址总线总线时时序控序控制制逻辑逻辑IOR MEMRMEMW片片选选IOWCLK计计数指示数指示总线请总线请求求复位复位总线总线仲仲裁裁逻辑逻辑DMA控控制制逻辑逻辑地址寄地址寄存器存器计计数寄数寄存器存器状状态态寄寄存器存器总线总线响响应应DMA请请求求DMA应应答答D DMAMA控制器结构控制器结构外设申请外设申请DMA操作操作CPU响响应应DMADMAC初始化初始化DMAC传输传输D DMAMA传送过程传送过程I/ODMA请请求求DMAC总线请总线请求求CPU总线总线响响应应DMA响响应应1.可从存储器向可从存储器向I/O设备传送数据。
设备传送数据2.可从可从I/O设备向存储器传送数据设备向存储器传送数据3.可从存储器向存储器传送数据可从存储器向存储器传送数据DMADMA方式的特点方式的特点n可在可在I/O设备设备和存和存储储器之器之间间直接直接传传送数据n传传送送时时，源和目的均直接由硬件指定源和目的均直接由硬件指定n传输传输的数据的数据块长块长度需要指定，度需要指定，计计数由硬件自数由硬件自动进动进行n在一批数据在一批数据传输传输完成后，一般通完成后，一般通过过中断方式通知中断方式通知CPU进进行后行后续处续处理nCPU和和I/O设备设备能在一定程度上并行工作，效率高能在一定程度上并行工作，效率高n一般用于高速大批量数据的一般用于高速大批量数据的传输传输 DMAC具备的功能具备的功能n接收外设发来的接收外设发来的DMA请求；请求；n向向CPU发出总线请求信号；发出总线请求信号；n接收接收CPU发出的总线请求允许信号；发出的总线请求允许信号；n向外设发出向外设发出DMA请求允许信号；请求允许信号；n发出地址信息，能对存储器寻址及修改地址指针发出地址信息，能对存储器寻址及修改地址指针n能发出读能发出读/写等控制信号；写等控制信号；n能提供数据的传输数量；能提供数据的传输数量；n能撤销总线请求信号，使能撤销总线请求信号，使CPU恢复正常工作恢复正常工作DMADMA和中断和中断nDMADMA方式主要是直接依靠硬件实现方式主要是直接依靠硬件实现单纯的数据单纯的数据传送传送，不运行程序，不能处理较复杂的事件，不运行程序，不能处理较复杂的事件，不能完全取代中断方式不能完全取代中断方式n当某事件处理不是单纯的数据传送时，还须当某事件处理不是单纯的数据传送时，还须采用中断方式采用中断方式n当当DMADMA方式传送完一批数据后，常常采用中断方式传送完一批数据后，常常采用中断方式通知方式通知CPUCPU进行结束处理进行结束处理通道方式 P198I/O处理机处理机：采用专用计算机（通道：采用专用计算机（通道Channel、外、外围处理机围处理机PPU）来负责）来负责I/O工作。
工作智能终端、智能外设智能终端、智能外设6.4.1 无握手并行接口 P199（对应无条件程序控制方式）端口端口译码器译码器WRRDABDBu 外设数据变化缓慢，始终处于就绪状态外设数据变化缓慢，始终处于就绪状态,如开关或。