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1、第四章第四章 计算机硬件的接口和总线计算机硬件的接口和总线4.1 输入输出接口4.2 总线4.1输入输出接口4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识4.1.2 输入输出传送方式输入输出传送方式4.1.3 I/O端口的寻址方式端口的寻址方式4.1.4 I/O接口读写接口读写4.1.5 串行接口和并行接口串行接口和并行接口 输入输入/输出输出(I/O)接口是主机与接口是主机与I/O设备之间所设备之间所设置的逻辑控制部件，通过它实现主机与设置的逻辑控制部件，通过它实现主机与I/O设备设备之间的信息交换。之间的信息交换。接口电路有两类：接口电路有两类：辅助接口电路：辅助接口电路：接收时钟、中断
2、请求信号接收时钟、中断请求信号 输入输入/输出接口电路：输出接口电路：连接外部设备连接外部设备思考问题：思考问题：微型计算机和外设之间为什么需要接口微型计算机和外设之间为什么需要接口?4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识 一般情况下，存储器可以与总线直接相连，而一般情况下，存储器可以与总线直接相连，而外部设备却需要通过接口与外部设备却需要通过接口与CPU的总线相连，原的总线相连，原因是由存储器和外设的特点决定：因是由存储器和外设的特点决定：存储器：存储器：功能单一功能单一 传输方式单一（一次一个字或一个字节）传输方式单一（一次一个字或一个字节）操作方式单一（读和写）操作
3、方式单一（读和写）制造工艺与制造工艺与CPU相似，速度与相似，速度与CPU相匹配相匹配4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识接口接口：解决以上差异解决以上差异,协调、匹配外设与主机正常协调、匹配外设与主机正常工作的逻辑部件及相应控制软件。工作的逻辑部件及相应控制软件。外设外设：种类繁多种类繁多(输入输入,输出输出,输入输入/输出输出,检测检测,控制控制)信号种类不一信号种类不一(A,D,开关量开关量)信号带宽不同信号带宽不同(串行串行,并行并行)同一个时刻同一个时刻CPU通常通常只和一个外设交换信息只和一个外设交换信息工作速度不同工作速度不同4.1.1 4.1.1 接口技
4、术的基本知识接口技术的基本知识1、数据信息、数据信息数字量信息：数字量信息：离散的二进制形式数据，最小单位离散的二进制形式数据，最小单位为为“位位(b)”，8位为一个字节位为一个字节(B)。模拟量信息：模拟量信息：用模拟电压或模拟电流幅值大小表用模拟电压或模拟电流幅值大小表示的物理量。示的物理量。开关量：开关量：只有两个状态，只有两个状态，“开开”和和“关关”，用一，用一位二进制数即可表示。位二进制数即可表示。4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识2、状态信息、状态信息 反映当前外设所处的工作状态，实际中通过状反映当前外设所处的工作状态，实际中通过状态端口信息表现。态端口
5、信息表现。3、控制信息、控制信息 由由CPU发出的用来控制外设工作的信号。发出的用来控制外设工作的信号。例如例如：控制输入控制输入/输出装置的启动或停止输出装置的启动或停止 问题提出：数据信息、状态信息、控制信息是不问题提出：数据信息、状态信息、控制信息是不同性质的信息，被分别传送，如何实现？同性质的信息，被分别传送，如何实现？4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识 问题解决问题解决：数据信息、状态信息、控制信息使：数据信息、状态信息、控制信息使用不同的端口地址。用不同的端口地址。问题结论问题结论：都通过数据总线传送，但放在接口：都通过数据总线传送，但放在接口的不同寄存器
6、的不同寄存器(I/O端口端口)中，其中：中，其中：v输入输出的数据信息放在数据缓冲器输入输出的数据信息放在数据缓冲器v输入的状态信息放在状态寄存器输入的状态信息放在状态寄存器v输出的控制信息放在控制寄存器输出的控制信息放在控制寄存器4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识接口接口数据输入寄存器数据输入寄存器数据输出寄存器数据输出寄存器控制输出寄存器控制输出寄存器状态输入寄存器状态输入寄存器外外部部输输入入或或输输出出设设备备CPUDBABCB外设通过接口与外设通过接口与CPU之间的连接之间的连接数据数据控制控制状态状态ABCBDB4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接
7、口技术的基本知识访问接口的过程描述：访问接口的过程描述：1.CPU先将地址信息发送到地址总线，将确定先将地址信息发送到地址总线，将确定的控制信息发送到控制总线的控制信息发送到控制总线(打开相应端口打开相应端口);2.CPU传输数据信息到数据总线上等待相应端传输数据信息到数据总线上等待相应端口接收，或者口接收，或者CPU等待接口把指定端口的内等待接口把指定端口的内容送到数据总线上容送到数据总线上(收发数据收发数据)。注意注意：地址是端口地址是端口(寄存器寄存器)的地址，而不是接口部件的的地址，而不是接口部件的地址，一个接口部件包含多个端口，即多个地址。地址，一个接口部件包含多个端口，即多个地址。
8、4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识几点说明几点说明:I/O端口即端口即I/O接口的寄存器，接口中的每个寄接口的寄存器，接口中的每个寄存器都有一个端口地址，每个存器都有一个端口地址，每个I/O接口都有一组接口都有一组寄存器。寄存器。CPU与外设的信息交流就是与外设的信息交流就是CPU与接口寄存器与接口寄存器(端口端口)的交流。的交流。数据输入和数据输出寄存器可以使用同一地址；数据输入和数据输出寄存器可以使用同一地址；控制输出和状态输入寄存器可以使用同一地址。控制输出和状态输入寄存器可以使用同一地址。4.1.1 4.1.1 接口技术的基本知识接口技术的基本知识定义定义：在
9、数据传送过程中，输入或输出数据一方不查在数据传送过程中，输入或输出数据一方不查询、判断对方的状态，进行无条件的数据传送。询、判断对方的状态，进行无条件的数据传送。CPU能够确信外设准备就绪，就不用查询外设能够确信外设准备就绪，就不用查询外设的状态而可以直接进行数据传输。的状态而可以直接进行数据传输。例如：例如：CPU要输出一个数据到显示器显示，由要输出一个数据到显示器显示，由于显示器是可以根据输入数据而随时改变显示内于显示器是可以根据输入数据而随时改变显示内容的设备，因而容的设备，因而CPU就可以直接向其发送数据，就可以直接向其发送数据，而无需查询。而无需查询。4.1.2 4.1.2 输入输出
10、传送方式输入输出传送方式1.程序方式程序方式-无条件传送方式无条件传送方式三态三态缓冲器缓冲器输输入入设设备备地址译码器地址译码器&数据数据来自来自外设外设数据总线数据总线地址总线地址总线IO/MRDCPU无条件传送的输入方式无条件传送的输入方式4.1.2 4.1.2 输入输出传送方式输入输出传送方式锁存器锁存器输输出出设设备备地址译码器地址译码器&数据数据到外设到外设数据总线数据总线地址总线地址总线IO/MWRCPUCE无条件传送的输出方式无条件传送的输出方式4.1.2 4.1.2 输入输出传送方式输入输出传送方式 定义：定义：CPU执行程序不断读取并测试外设的状态，如执行程序不断读取并测试
11、外设的状态，如果外设处于准备好（输入）或空闲（输出）状态，果外设处于准备好（输入）或空闲（输出）状态，则执行输入或输出指令，进行数据交换，否则等则执行输入或输出指令，进行数据交换，否则等待。待。4.1.2 4.1.2 输入输出传送方式输入输出传送方式2.程序方式程序方式-查询方式查询方式 完成一次数据传送的过程：完成一次数据传送的过程：1)CPU从状态端口读取外设的状态字从状态端口读取外设的状态字;2)CPU检测状态字对应位是否满足检测状态字对应位是否满足“就绪就绪”条件条件;3)如不满足，则重复执行如不满足，则重复执行1）2）过程，直到条件）过程，直到条件 满足满足;4)如果条件满足，表明外
12、设就绪，则传送数据，如果条件满足，表明外设就绪，则传送数据，同时同时I/O的状态复位。的状态复位。4.1.2 4.1.2 输入输出传送方式输入输出传送方式2.程序方式程序方式-查询方式查询方式 两种查询传送方式：两种查询传送方式：1.查询式输入查询式输入 2.查询式输出查询式输出查询式输入方式描述查询式输入方式描述 查询式输入是程序控制下的查询式输入方式，查询式输入是程序控制下的查询式输入方式，在传送前，在传送前，CPU必须去查询一下外设的状态，当外必须去查询一下外设的状态，当外设准备好了才传送；若未准备好，设准备好了才传送；若未准备好，CPU则等待。则等待。4.1.2 4.1.2 输入输出传
13、送方式输入输出传送方式2.程序方式程序方式-查询方式查询方式锁存器锁存器锁存器锁存器三态缓冲器三态缓冲器(8位位)输输入入设设备备地地址址译译码码器器&数据数据选通信号选通信号DBABIO/MRDCPU三态缓冲器三态缓冲器(1位位)&准备就绪准备就绪触发器触发器DQR+5VDiREADY(状态信息状态信息)查询式输入接口电路查询式输入接口电路三态缓冲器三态缓冲器(8位位)三态缓冲器三态缓冲器(1位位)三态缓冲器三态缓冲器(8位位)三态缓冲器三态缓冲器(8位位)锁存器锁存器锁存器锁存器输输入入设设备备地地址址译译码码器器&数据数据选通信号选通信号DBABIO/MRDCPU三态缓冲器三态缓冲器(1
14、位位)&准备就绪准备就绪触发器触发器DQR+5VDiREADY(状态信息状态信息)查询式输入接口电路查询式输入接口电路1.输入设备准备好后，发选通信号输入设备准备好后，发选通信号;2.数据进入锁存器锁存，并使数据进入锁存器锁存，并使D触发器置触发器置1，从而，从而使三态缓冲器输出状态信号使三态缓冲器输出状态信号;3.CPU从状态端口读入状态字从状态端口读入状态字;4.CPU检测状态位，如果条件满足检测状态位，如果条件满足;5.CPU从数据端口读入数据从数据端口读入数据;6.清状态字。清状态字。查询式输入的过程：查询式输入的过程：D7D08位位数据端口数据端口(8位位)(输入输入)D7状态端口状
15、态端口(1位位)(输入输入)查询式输入时的数据和状态信息：查询式输入时的数据和状态信息：“READY”(1位位)数据信息数据信息状态信息状态信息LOOP1:INAL,STATUS_PORT ;读入状态值读入状态值 TESTAL,80H ;READY=1？JZLOOP1 ;未准备好未准备好?循环循环 INAL,DATA_PORT ;是是,输入数据输入数据查询式输入的查询程序：查询式输入的查询程序：讨论：分析查询程序，熟悉汇编语言在接讨论：分析查询程序，熟悉汇编语言在接口电路中的应用。口电路中的应用。输输出出设设备备地地址址译译码码器器&数据数据选通信号选通信号DBABIO/MRDCPU状态缓冲器
16、状态缓冲器(1位位)&忙触发器忙触发器DQR+5V数据数据锁存器锁存器查询式输出接口电路查询式输出接口电路WRACKBUSY状态忙置状态忙置11.通过通过IO/M,WR信号将数据写入锁存器，并同时信号将数据写入锁存器，并同时将状态触发器置将状态触发器置1，进而使状态位，进而使状态位BUSY置置1，防，防止止CPU再次传送数据；再次传送数据；2.外设读取数据；外设读取数据；3.外设向接口发外设向接口发ACK信号，将状态位信号，将状态位BUSY清零。清零。查询式输出的过程：查询式输出的过程：D7D08位位数据端口数据端口(8位位)(输出输出)D7状态端口状态端口(1位位)(输出输出)查询式输出时的数据和状态信息：查询式输出时的数据和状态信息：“READY”(1位位)数据信息数据信息状态信息状态信息LOOP2:INAL,STATUS_PORT;读状态信息读状态信息TEST AL,80H ;检查检查BUSY位位JNZLOOP2;BUSY=0?MOV AL,STORE ;为零为零,取数据取数据OUTDATA_PORT,AL ;数据端口输出数据端口输出查询式输出的查询程序：查询式输出的查询程序：问
