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1、第四单元 输入/输出系统和设备刘卫东教学内容安排第一讲 输入/输出系统概述和输入/输出方式第二讲 总线第三讲 接口电路第四讲 输入设备和输出设备第五讲 本单元小结及考试说明第三讲 接口电路设计2003年11月主要教学内容接口电路的作用接口电路的一般组成串行接口并行接口USB接口SCSI接口输入/输出系统控制方式：处理器如何管理设备总线：数据发送和通信接口：总线和设备的连接连接总线和设备（对设备提供编码）接收处理器（主设备）的命令，并提交给外部设备，同时，为主设备提供外部设备的状态数据缓冲对主设备屏蔽外部设备的差异（一种接口可以连接多种类型的设备）设备：完成输入/输出任务接口的基本功能提供主机识
2、别（指定、找到）使用的I/O设备的支持（为每个设备规定几个地址码或编号）建立主机和设备之间的控制与通信机制提供主机和设备之间信息交换过程中的数据缓冲机构提供主机和设备之间信息交换过程中的其他特别需求支持通用可编程接口电路通用能有多种用法与入/出功能可编程能通过指令指定接口的功能和运行控制参数接口内部组成设备识别电路数据缓冲寄存器（输入/输出）控制寄存器状态寄存器中断电路其他电路8251的基本功能的基本功能可用于同步或异步传送可用于同步或异步传送同步传送时同步传送时 每字可为每字可为bits，可用内或外同步，能自动可用内或外同步，能自动插入同步字符。插入同步字符。异步传送时异步传送时 每字可为每
3、字可为bits，接收和发送时钟可为接收和发送时钟可为1，16或或64倍的波特率。可产生中止字符并自动检测和处理。倍的波特率。可产生中止字符并自动检测和处理。可用可用1，1.或位停止位。能检测假启动完全双工，或位停止位。能检测假启动完全双工，双缓冲的发送器和接受器。具有检测奇偶错，数据丢双缓冲的发送器和接受器。具有检测奇偶错，数据丢失错和帧错的能力。全部入出信号为失错和帧错的能力。全部入出信号为 TTL 电平电平缓缓冲冲器器D7D0（外部数据总线外部数据总线） 状态状态缓冲器缓冲器接受数据接受数据缓冲器缓冲器发送数据命令发送数据命令缓冲器缓冲器接收控制接收控制接收器接收器S-PxRxRDY/Rx
4、Cx发送器发送器P-S发送控制发送控制TxCTxETxRDY读写读写控制控制逻辑逻辑RESETCLKC/ D/RD/WR/CS调制解调制解调器控制调器控制/DTR/DSR/RTS/CTS串行异步传送中的有关概念串行异步传送中的有关概念奇偶校验：奇偶校验：传送的波特率：传送的波特率：波特率因子：波特率因子：数据采样：数据采样：接口接口CPU终端终端串串行行并并行行.数据位，如数据位，如 8 位位1位位1、1.5、2位位标标识识态态一次完整的数据传送时间一次完整的数据传送时间CPU接口接口接口接口CPU串行：串行：异步、同步：异步、同步：单工，半双工，全双工：单工，半双工，全双工：停止位：停止位：
5、数据位：数据位：起始位：起始位：D7D6D5D4D3D2D1D0同步同步?Y( D1D0 = 00 )N ( D1 D0 0 0 ) D6: 外同步检测外同步检测1 外同步外同步SYNDET为输入为输入0 内同步内同步SYNDET为输出为输出D7: 同步字符同步字符1 单同步字符单同步字符 0 双同步字符双同步字符规定帧控制规定帧控制00 无效无效01 1个个 停止位停止位10 1.5个停止个停止位位11 2个个 停止位停止位确定字符长度确定字符长度00 5bits01 6bits10 7bits11 8bitsTxC , RxC 波特率因子波特率因子00 同步方式同步方式 01 异步异步1倍
6、倍10 异步异步16倍倍11 异步异步64倍倍对奇偶校验的规定对奇偶校验的规定 X0 不校验不校验11 偶校验偶校验01 奇校验奇校验方式命令字的格式方式命令字的格式EHIRERSBBKRxEDTRTxENRTSD7D6D5D4D3D2D1D0工作命令字的格式工作命令字的格式发发送送器器使使能能信信号号，1有有效效接接收收器器使使能能信信号号，1有有效效数数据据终终端端就就绪绪，使使出出 为为低低/DTR使使三三个个出出错错标标志志位位复复位位发发包包 信信号号BREAK请请求求发发送送信信号号，使使出出 为为低低/RTS发发软软 信信号号RESETD7D6D5D4D3D2D1D0DSRSYN
7、DETFEOEPETxERxRDYTxRDY接口状态寄存器的内容格式接口状态寄存器的内容格式发发送送器器就就绪绪信信号号，1有有效效并并到到串串的的发发送送器器空空，1有有效效接接收收器器就就绪绪信信号号，1有有效效奇奇偶偶错错溢溢出出错错数数据据帧帧错错数数据据设设备备就就绪绪，1有有效效INTEL 8251 串行接口芯片串行接口芯片 1 D2 D1 28 2 D3 D0 27 3 RXD VCC 26 4GRD /RX C 25 5D4 /DTR 24 6D5 /RTS 23 7D6 /DSR 22 8D7 RESET 21 9/TXC CLK 20 10/WR TX D 19 11/CS
8、 TX EMPTY 18 12C/ D /CTS 17 13/RD SYNDET/BD 16 14RXRDY TXRDY 15D7D0 : I/O数据数据器器 件件 引引 脚脚 图图CLK： 主时钟主时钟/RxC,RxD: 接收时钟、数据接收时钟、数据/TxC,TxD: 发送时钟、数据发送时钟、数据/WR、/RD: 写、读命令写、读命令/CS: 片选信号片选信号C/ D： 控制控制 / 数据信号数据信号RESET： 总清信号总清信号RxRDY: 接收准备就绪接收准备就绪TxRDY: 发送发送准备就绪准备就绪TxEMPTY: 发送寄存器空发送寄存器空/DTR、/DSR：/RTS、 /CTS：EH
9、IRERSBBKRxEDTRTxENRTSD7D6D5D4D3D2D1D0D7D6D5D4D3D2D1D0DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDY工作命令字的格式工作命令字的格式接口状态寄存器的内容格式接口状态寄存器的内容格式 内存储器和串行接口内存储器和串行接口存储器由存储器由 2 组组 8 位区组成，位区组成，可运行于可运行于8 位或位或16位方式；位方式；每组由每组由 1 片片 2716 RAM 和和 2 片片 28C64 ROM芯片组成，亦可选芯片组成，亦可选用用2764 ROM芯片。芯片。对对16位地址的最高位地址的最高3位译码，产位译码，产生生 8 个存储器片选信号
10、，各自对个存储器片选信号，各自对应应8192 的存储容量。的存储容量。2 路串行接口，其中一路正常路串行接口，其中一路正常运行，另一路经扩展后方可运行，另一路经扩展后方可使用。使用。对对 8 位位 IO 端口地址的最高端口地址的最高 4位位译码，产生译码，产生 8 个个 IO芯片的片选芯片的片选信号。信号。1 片双片双 2-4 译码器译码器 139 给出内存给出内存和和 IO 的读写命令信号。的读写命令信号。2 片片GAL 和和 2 片片 373 寄存器用于寄存器用于支持中断响应与处理实验。支持中断响应与处理实验。TEC-2000 机串行口初始化的程序机串行口初始化的程序MVRD R0， 4E
11、hOUT 81hMVRD R0,37hOUT 81h方式设置：方式设置：0 1 0 0 1 1 1 01个停止位个停止位无奇偶校验无奇偶校验字符为字符为 8 bits16*波特率波特率命令设置：命令设置： 0 0 1 1 0 1 1 1 不用不用请请求求发发送送错错误误标标志志复复位位不不用用允允许许发发送送允允许许接接收收数数据据终终端端准准备备好好 对对 OUT 指令而言，指令而言， 81h、83h 为控制寄存器地址；为控制寄存器地址； 对对 IN 指令而言，指令而言， 81h、83h 为状态寄存器地址；为状态寄存器地址；编程用串行口执行输入任务编程用串行口执行输入任务/输出操作输出操作I
12、NCH:IN81hSHRR0SHRR0JRNC,INCHIN80hPUSH R1MOV R1,00FFhANDR0,R1POPR1RETOUTCH:PUSH R0OUT1: IN 83h SHR R0 JR NC, OUT1 POP R0 OUT 82h RET对对 IN 指令而言，指令而言， 80h 是输入数据寄存器地址，是输入数据寄存器地址，对对 OUT 指令而言，指令而言， 80h 是输出数据寄存器地址，是输出数据寄存器地址，双串行口同时运行的程序例子双串行口同时运行的程序例子 loop1: in 83 shr r0 shr r0 jr nc, loop in 82 out 82 out
13、 80 jp loop ret Loop: in 81 shr r0 shr r0 jr nc, loop1 in 80 out 80 out 82 并行接口8255USB接口用户不必再设置卡上、设备上的开关或跳线不必打开机箱来安装新的输入输出设备应该只需要一根电缆线就可以将所有设备连接起来输入/输出设备应可以从电缆上得到电源单台计算机最多可以连接127个设备系统应能支持实时设备（声卡、电话）可在计算机运行时安装设备不必重新启动计算机成本低USB结构USB协议USB帧控制帧配置设备，对设备发出命令，查询设备状态同步帧实时设备同步块传送帧非实时设备的大量数据传送中断帧发出中断帧，收集设备数据US
14、B线缆有4根线组成，电源、地和双数据线。同步传输方式SCSI接口小型计算机系统接口（Small Computer System Interface）1986年成为国际标准，1991年扩充为SCSI-2成为主机和智能外设连接的统一I/O接口单端输出和差分输出两种输出方式50根线的扁平电缆，25根地线，8位数据线，9条控制线，1根奇偶校验线，其余备用。最多可连接8个设备（包括主机适配器），每个设备有一个ID。采用集中式菊链仲裁。SCSI接口信号线SCSI接口参数标准总线宽度最高数据传输率（MB/S）总线最大长度连接设备数量单端差分SCSI856258Fast SCSI8103258Wide SCSI16103258Fast Wide SCSI162032516Ultra SCSI8201.5258Wide Ultra SCSI1640-2516Ultra2 SCSI840未定未定8Wide Ultra2 SCSI1680未定未定16
