第6章_输入输出接口
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第6章常用IO接口电路
二是用专门的译码器进行译码。
6.2.2 常用并行I/O接口电路
1. 并行I/O接口的基本概念 2. 常用简单接口芯片 (1) 缓冲器接口芯片 ①单向缓冲器74LS244 ②双向缓冲器74LS245 （2）锁存器接口芯片 ①锁存器74LS273
②锁存器74LS374
图6-15 74LS374作为输入/输出接口
③量程：量程是指ADC所能够转换的模拟量输入电压范围。 ④绝对精度：是指在ADC输出端获得给定的数字输出时，
所需要的实际模拟量输入值与理论模拟量输入值之差值。 ⑤相对精度：是指ADC进行满刻度校准以后，任意数字输
出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论模拟输入值 （中间值）之差。
（3）ADC0809）ADC0809简介及应用 ①ADC0809的内部结构与引脚功能
6.2.3 常用数/模和模/数转换电路
1.数/模（D/A）转换器 （1）D/A转换原理 ( 2 )D/A转换器的性能参数 ①分辨率 ②转换精度 影响精度的原因有失调误差、增益误差、线性误
差和微分线性误差等。 ③建立时间 ④温度系数
（3）DAC0832简介及应用 ①DAC0832的内部结构与引脚功能
1．无条件传送方式 （1）无条件输入
2．查询传送方式
3．中断传送方式
4．直接存储器存取（DMA）方式
直接存储器存取（DMA，Direct Memory Access）方式， 即外设在专用的接口电路DMA控制器的控制下直接和存储 器进行数据传送的方式。采用DMA方式所传送的数据，无 须CPU干涉，而是在存储器和高速外设之间直接进行交换。
计数器式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式 A/D转换器，并行A/D转换器。 （3）A/D转换器的性能参数 ①分辨率（位数）：分辨率是指A/D转换器可转换成数字 量的最小模拟电压值，它标志着A/D转换器对输入电压微 小变化的响应能力。
6.2.2 常用并行I/O接口电路
1. 并行I/O接口的基本概念 2. 常用简单接口芯片 (1) 缓冲器接口芯片 ①单向缓冲器74LS244 ②双向缓冲器74LS245 （2）锁存器接口芯片 ①锁存器74LS273
②锁存器74LS374
图6-15 74LS374作为输入/输出接口
③量程：量程是指ADC所能够转换的模拟量输入电压范围。 ④绝对精度：是指在ADC输出端获得给定的数字输出时，
所需要的实际模拟量输入值与理论模拟量输入值之差值。 ⑤相对精度：是指ADC进行满刻度校准以后，任意数字输
出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论模拟输入值 （中间值）之差。
（3）ADC0809）ADC0809简介及应用 ①ADC0809的内部结构与引脚功能
6.2.3 常用数/模和模/数转换电路
1.数/模（D/A）转换器 （1）D/A转换原理 ( 2 )D/A转换器的性能参数 ①分辨率 ②转换精度 影响精度的原因有失调误差、增益误差、线性误
差和微分线性误差等。 ③建立时间 ④温度系数
（3）DAC0832简介及应用 ①DAC0832的内部结构与引脚功能
1．无条件传送方式 （1）无条件输入
2．查询传送方式
3．中断传送方式
4．直接存储器存取（DMA）方式
直接存储器存取（DMA，Direct Memory Access）方式， 即外设在专用的接口电路DMA控制器的控制下直接和存储 器进行数据传送的方式。采用DMA方式所传送的数据，无 须CPU干涉，而是在存储器和高速外设之间直接进行交换。
计数器式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式 A/D转换器，并行A/D转换器。 （3）A/D转换器的性能参数 ①分辨率（位数）：分辨率是指A/D转换器可转换成数字 量的最小模拟电压值，它标志着A/D转换器对输入电压微 小变化的响应能力。
计算机原理 第六章输入输出系统
1
2
3
为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
微机原理与接口技术_第6章 IO接口
三、I/O端口编址 （续） 2.I/O独立编址(续)
缺点： 专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指 令类型少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供MEMR#/MEMW#和IOR#/IOW#两 组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。
三、I/O端口编址 （续）
PC系列微机I/O端口访问 1.I/O端口地址空间
程序控制方式
程序控制方式是指CPU与外设之间的数据传送由程序 控制完成。 程序控制方式又分为无条件传送和条件传送两种 1.无条件传送方式（同步传送） 特点：输入时假设外设已准备好，输出时假设外设 空闲。 要求：输入接口加缓冲器，输出接口加锁存器。 应用：对简单外设的操作。
1. 无条件传送方式（同步传送） 输入接口的设计要求:
寻 址 确定输入端口地址 AB、M/ IO、ALE、DT/R 等待数据输入 等待数据输入 输入缓冲器 读入数据 输入缓冲器 DB CPU
一、 I/O 接口的功能 （续）
3. I/O接口应具有的功能（解决的方案）
1） 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的 不协调问题； 输出时： CPU DB 锁存器 输出设备数据线
以上三类信息分别通过各自的寄存器和相应的控制逻辑 来完成信息的传送。通常将这类寄存器和相应的控制逻辑称 为I/O端口。CPU与一个外设之间通常有三个端口。数据端口 (输入/输出)；状态端口；控制端口。
二、I/O接口的一般结构 （续） I/O接口组成：接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件
接口
这类接口面对总线，因此要使用三态输出器件； 对于输入信号有记忆功能的一般使用三态门； 对于输入信号无记忆功能的一般还要增加锁存功能；
1. 无条件传送方式（同步传送）
第6章 常用的输入输出接口芯片
使数据总线D0~D7浮空。从而CPU将总线交给DMAC
使用。
西安理工大学教学讲稿
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.10 利用8288构成系统总线
西安理工大学教学讲稿
第6章 常用的输入输出接口芯片
6.3 总线裁决器8289
8289是为了构成中、大规模的8086/88多处理器系 统设计的，由于总线及资源的多处理器共享，为了防 止竞争必须进行裁决。 6.3.1 8289引线及简单功能说明 总线裁决器8289引线如图6.11所示。8289的20条引
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.7 共阳LED数码管的示意图
西安理工大学教学讲稿
第6章 常用的输入输出接口芯片
2. 接口电路
这种七段LED数码管与微机系统总线有多种接口 方式。而生产厂家为数码管生产了多种译码器，可直 接作为LED数码管接口，本书不做说明。在此，利用 前面提到的锁存器74LS273作为输出接口，将开路集电 极门7406作为驱动器连接LED数码管。用三态门作为 按钮K的输出接口，其连接图如图6.8所示。
2.内部结构
8255的内部结构框图如图6.15所示。 从图6.15中可以看到,左边的信号与系统总线相接， 而右边是与外设相连接的3个口。3个口均为8位。 为了控制方便,将8255的3个口分成A,B两组。其中
A组包括A口的8条线PA0~PA7和C口的高4位PC4~PC7。
B组包括B口的8条线PB0~PB7和C口的低4位PC0~PC3 。 A组和B组分别由软件编程来加以控制。
西安理工大学教学讲稿
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.15 8255的内部结构框图
西安理工大学教学讲稿
第6章 常用的输入输出接口芯片
第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
第六章 IO接口和总线
1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输 入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题 速度不匹配（CPU快，外设慢） 信号电平不匹配 （CPU使用TTL电平，外设多为机电设备） 信号格式不匹配 （CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等） 时序不匹配 解决方案： 用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电 路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子 例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D
第6章-并行输入输出接口
R1 R2
数据
状态 控制
CPU
I/O 接口 „
Rn
外设
图6-1
I/O接口的基本结构
根据I/O接口的功能，接口电路的典型结构如图6-1所示。接口作为 一个“桥梁”，一边连着系统总线，另一边连着外部设备，是CPU与 外设进行信息交换的中转站。
正如上图所示，每个接口部件都包含一组寄存器，CPU与外设之间 进行数据传输时，各种不同的信息（数据信息、状态信息和控制信息） 进入不同的寄存器。
数据总线（DB ） 中央 处理器 CP U 控制总线（C B ） 地址总线（AB ） I/O 接口 I/O 接口
内存储器
I/O 设备
图1-1
I/O 设备
微机系统结构示意图
一. I/O接口的定义
伴随着计算机技术的飞速发展，各种功能繁多的外设不断出现。这些 外设的组成及工作原理千差万别（机械式、电子式、光电式），所采用的 信号形式也各不相同（数字量、模拟量、开关量），工作速度差异也很大 （高速、中速、低速），„ „ 。由于它们的多样性和复杂性，使得这些 外设不可能像存储器那样直接连在系统总线上，CPU也无法直接对所有外 设进行管理与控制。因此，CPU与外设之间必须有某个中间环节，这就是
2. 独立编址方式 这种方式中，内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的。比 如在8086/8088CPU中，其内存地址是从00000H～FFFFFH连续的 1M字节，而I/O地址范围从0000H ～FFFFH ，它们相互独立，互不 影响。同时，设置了专门的IN、OUT等I/O指令。 优点： 不占用内存空间；访问I/O端口的指令格式较短，速度 快，程序可读性强。 缺点：需设置专用指令，这些指令功能较弱； CPU的I/O 控制 逻辑相对比较复杂。
数据
状态 控制
CPU
I/O 接口 „
Rn
外设
图6-1
I/O接口的基本结构
根据I/O接口的功能，接口电路的典型结构如图6-1所示。接口作为 一个“桥梁”，一边连着系统总线，另一边连着外部设备，是CPU与 外设进行信息交换的中转站。
正如上图所示，每个接口部件都包含一组寄存器，CPU与外设之间 进行数据传输时，各种不同的信息（数据信息、状态信息和控制信息） 进入不同的寄存器。
数据总线（DB ） 中央 处理器 CP U 控制总线（C B ） 地址总线（AB ） I/O 接口 I/O 接口
内存储器
I/O 设备
图1-1
I/O 设备
微机系统结构示意图
一. I/O接口的定义
伴随着计算机技术的飞速发展，各种功能繁多的外设不断出现。这些 外设的组成及工作原理千差万别（机械式、电子式、光电式），所采用的 信号形式也各不相同（数字量、模拟量、开关量），工作速度差异也很大 （高速、中速、低速），„ „ 。由于它们的多样性和复杂性，使得这些 外设不可能像存储器那样直接连在系统总线上，CPU也无法直接对所有外 设进行管理与控制。因此，CPU与外设之间必须有某个中间环节，这就是
2. 独立编址方式 这种方式中，内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的。比 如在8086/8088CPU中，其内存地址是从00000H～FFFFFH连续的 1M字节，而I/O地址范围从0000H ～FFFFH ，它们相互独立，互不 影响。同时，设置了专门的IN、OUT等I/O指令。 优点： 不占用内存空间；访问I/O端口的指令格式较短，速度 快，程序可读性强。 缺点：需设置专用指令，这些指令功能较弱； CPU的I/O 控制 逻辑相对比较复杂。
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
第6章 常用的输入输出接口芯片
这种七段LED数码管与微机系统总线有多种接口 方式。而生产厂家为数码管生产了多种译码器，可直 接作为LED数码管接口，本书不做说明。在此，利用 前面提到的锁存器74LS273作为输出接口，将开路集电 极门7406作为驱动器连接LED数码管。用三态门作为 按钮K的输出接口，其连接图如图68所示。
第6章 常用的输入输出接口芯片
6.4.2 8255的工作方式
8255有3种工作方式。这些工作方式可用软件编程 来指定。这里我们首先对每一种工作方式进行说明。 1. 工作方式0,又称为基本输入输出方式 在此方式下,可分别将A口的8条线、B口的8条线、
C口高4位对应的4条线和C口低4位对应的4条线定义为
输入或输出。
第6章 常用的输入输出接口芯片
OUT DX，AL
JM PSTART KOPEN：MOVDX，00F0H MOV AL，7DH OUT DX，AL
JM
PSTART
第6章 常用的输入输出接口芯片
6.2 总线控制器8288
6.2.1 引线及功能 如图69所示，总线控制器包括与处理器相连接的 两组输入信号和两组输出信号，即处理器状态和控制 信号、总线命令输出信号和由它输出的控制信号。下 面仅对这些信号做最简单地说明。
门,使数据由PA0~PA7输出。
第6章 常用的输入输出接口芯片
② 此时A口输入、输出均具备锁存数据的能力。
③在这种方式下,A口的数据输入或数据输出均可 引起中断。
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.20 方式2下的信号定义
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.21 方式2下的时序图
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.8 LED数码管及按钮的一种接口电路
第6章 常用的输入输出接口芯片
第6章 常用的输入输出接口芯片
6.4.2 8255的工作方式
8255有3种工作方式。这些工作方式可用软件编程 来指定。这里我们首先对每一种工作方式进行说明。 1. 工作方式0,又称为基本输入输出方式 在此方式下,可分别将A口的8条线、B口的8条线、
C口高4位对应的4条线和C口低4位对应的4条线定义为
输入或输出。
第6章 常用的输入输出接口芯片
OUT DX，AL
JM PSTART KOPEN：MOVDX，00F0H MOV AL，7DH OUT DX，AL
JM
PSTART
第6章 常用的输入输出接口芯片
6.2 总线控制器8288
6.2.1 引线及功能 如图69所示，总线控制器包括与处理器相连接的 两组输入信号和两组输出信号，即处理器状态和控制 信号、总线命令输出信号和由它输出的控制信号。下 面仅对这些信号做最简单地说明。
门,使数据由PA0~PA7输出。
第6章 常用的输入输出接口芯片
② 此时A口输入、输出均具备锁存数据的能力。
③在这种方式下,A口的数据输入或数据输出均可 引起中断。
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.20 方式2下的信号定义
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.21 方式2下的时序图
第6章 常用的输入输出接口芯片
图6.8 LED数码管及按钮的一种接口电路
第6章 常用的输入输出接口芯片
第6章 输入输出及终端系统
外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态 标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态 标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并将DATA下100B数据输出。
51
状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
48
查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
33
按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
51
状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
48
查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
33
按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
微机原理 第6章 输入和输出
14
⒈无条件传送的输入方式
数据 三 来自 外设 态 缓冲器 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
当执行： 当执行： IN AL , n
IO/M RD 图6-2 无条件传送的输入方式
15
⒉无条件传送的输出方式
74LS273 锁存器 到外设 CLK n IO/M WR 无条件传送的输出方式 8 数据总线DB 数据总线 地址译码器 地址总线
第6章 输入和输出
6.1 概述 6.2 输入和输出的寻址方式 6.3 CPU与I/O之间的接口信号 与 之间的接口信号 6.4 CPU与外设之间数据的传送方式 与外设之间数据的传送方式
1
6.1 概 述
输入和输出设备是计算机系统的重要 输入和输出设备是计算机系统的重要 组成部分。 组成部分。
程序 原始 数据 信息
25
1. 查询输入方式
数据口 • o 输 数据 入 > 装 +5V • oR
D 数据 M / IO
o
o o
CS
RD 地址译码
A7~ A0
数据端口
去DB 状态信息
Q
状态端口 地址 译码
Ready(D4) o 状态口 o CS o o
选通 信号
›
M / IO
RD
图6-5 查询式输入接口电路
26
当输入装置数据准备好① 当输入装置数据准备好①发出一个选通信 一面把数据锁存起来,一面送 号,一面把数据锁存起来 一面送 触发器的 一面把数据锁存起来 一面送D触发器的 CLK端,将D=1打入 端,使Q=1；②CPU读入状 打入Q端 使 端将 打入 ； 读入状 态信息READY(D4) ；③当READY=1,输入数据； 输入数据； 态信息 输入数据 读入数据同时,将状态信号清零 将状态信号清零。 ④读入数据同时 将状态信号清零。 程序段如下： 程序段如下：
微机原理第6章_3学分
第六章输入/输出方式与接口芯片第一节输入/输出方式第二节中断第三节可编程定时/计数器8254及其应用第四节可编程并行I/O接口芯片8255A及其应用第五节可编程中断控制器8259及其应用第一节输入/输出方式●教学目标介绍I/O 接口的基本概念介绍I/O端口的编址方式介绍CPU与外设间的数据传送关系●学习要求掌握I/O接口的基本功能，了解接口的一般结构熟悉I/O端口的编址方式，了解IN/OUT指令的执行过程掌握微机与外设的各种传送方式，了解DMA传送过程一、I/O接口1）I/O接口的基本概念I/O接口是连接CPU与外设的逻辑控制部件，它主要在CPU与外设间起着传输状态与命令信息，实现数据的缓冲、数据格式转换等作用。
它的主要功能有：选择外设对外设进行控制和监视进行数据寄存和缓冲进行数据格式转换进行信号电平转换I/O接口的分类并行I/O接口和串行I/O接口可编程接口和不可编程接口专用接口和通用接口2）I/O接口的基本结构主要包含有数据端口、状态端口和控制端口数据端口用于存放数据信息，包括数据输入寄存器和数据输出寄存器，主要作用是协调CPU和外设之间的数据传输速度。
控制端口用于存放控制信息，控制信息是CPU通过接口传送给外设的，其主要作用是控制外设工作，如控制输入输出装置的启/停等。
状态端口用于存放状态信息，即反映外设当前工作的状态信息，CPU可通过读取这些信息，了解外设当前的工作情况。
3）I/O端口的寻址方式在一个微机系统中既有存储单元地址又有I/O端口地址，根据两者地址的不同安排可分为以下两种寻址方式。
存储器统一编址在这种方式中，把I/O端口作为存储器的一个单元来对待，即每个端口占用一个存储单元地址。
此时，对I/O端口操作可以使用全部的存储器指令，而不必另设专门的I/O指令。
由于该方式是将I/O地址映射到了存储器地址空间，所以也称为存储器映像方式。
I/O端口独立编址在这种方式下，I/O端口与存储器各自独立编址，这样存储器地址和I/O端口地址可以重叠。
微机原理与接口技术第6章_IO接口和总线
在微型计算机系统中，CPU通过接口和外设交换数据时，只有输 入（IN）和输出（OUT）两种指令，所以只能把状态信息和命 令信息当作数据来传送，并且将状态信息作为输入数据，控制信 息作为输出数据，于是三种信息都可以通过数据总线来传送了。 这三种信息被送入三种不同端口的寄存器，因而能实施不同的功 能。
6.1、 I/O接口
查询式输入代码片段
6.1、 I/O接口
查询式输出
6.1、 I/O接口
查询式输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空 闲。
外设
数据线
状态线
6.1、 I/O接口
查询式输出工作过程
当输出设备将数据输出后，会发出一个ACK信号，使D触 发器翻转为0。
CPU查询到这个状态信息后，便知道外设空闲，可以执行 输出指令，将新的输出数据发送到数据总线上，同时 把数据口地址发送到地址总线上。
由地址译码器产生的译码信号和WR相“与”后，发出选 通信号，将输出数据送至8位锁存器。同时，将D触发 器置为1，并通知外设进行数据输出操作。
6.1、 I/O接口 查询式输出流程图
6.1、 I/O接口
常用的状态线有empty，busy 功能： 1、输出设备空闲，BUSY无效； 2、CPU写数据端口，输出设备输出数据，
缓冲器74LS244和74LS245 锁存器74LS373
6.1、 I/O接口 二、简单的输入输出接口芯片 1. 缓冲器74LS244和74LS245
连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力。 在CPU或I/O接口电路需要输入输出数据时，在它 的使能控制端EN（或G）作用一个低电平脉冲，使它的 内部的各缓冲单元接通，即处在输出0或1的透明状态。 数据被送上总线。 当使能脉冲撤除后，它处于高阻态。这时，各缓冲单元 像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。 74LS244和74LS245就是最常用的数据缓冲。除缓冲作用 外，它们还能提高总线的驱动能力。
6.1、 I/O接口
查询式输入代码片段
6.1、 I/O接口
查询式输出
6.1、 I/O接口
查询式输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空 闲。
外设
数据线
状态线
6.1、 I/O接口
查询式输出工作过程
当输出设备将数据输出后，会发出一个ACK信号，使D触 发器翻转为0。
CPU查询到这个状态信息后，便知道外设空闲，可以执行 输出指令，将新的输出数据发送到数据总线上，同时 把数据口地址发送到地址总线上。
由地址译码器产生的译码信号和WR相“与”后，发出选 通信号，将输出数据送至8位锁存器。同时，将D触发 器置为1，并通知外设进行数据输出操作。
6.1、 I/O接口 查询式输出流程图
6.1、 I/O接口
常用的状态线有empty，busy 功能： 1、输出设备空闲，BUSY无效； 2、CPU写数据端口，输出设备输出数据，
缓冲器74LS244和74LS245 锁存器74LS373
6.1、 I/O接口 二、简单的输入输出接口芯片 1. 缓冲器74LS244和74LS245
连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力。 在CPU或I/O接口电路需要输入输出数据时，在它 的使能控制端EN（或G）作用一个低电平脉冲，使它的 内部的各缓冲单元接通，即处在输出0或1的透明状态。 数据被送上总线。 当使能脉冲撤除后，它处于高阻态。这时，各缓冲单元 像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。 74LS244和74LS245就是最常用的数据缓冲。除缓冲作用 外，它们还能提高总线的驱动能力。
第6章(304)
第6章 输入/输出接口技术
(3) 开关量。开关量可表示两个状态，如开关的闭合和断开、 电机的运转和停止、阀门的打开和关闭等，这样的量只要用一 位二进制数表示就可以了。
以上数据信息一般是由外设通过接口芯片输入给系统的。 在输入过程中，数据信息由外设经过外设和接口之间的数据线 进入接口，再经过系统的数据总线送给CPU。在输出过程中， 数据信息从CPU经过数据总线进入接口，再通过接口和外设之 间的数据线送到外设。
第6章 输入/输出接口技术
6.1.6 简单的I/O接口图6-2 三态门电路 不同的I/O设备，所需采用的I/O接口电路复杂程度可能相
差甚远，但分解到最基本的功能，接口中应用最多的是三态缓 冲器和数据锁存器。
1．三态缓冲器 所谓三态，是指电路输出端具有三种稳态，即1态(高电平 状态)，0态(低电平状态)和第三态(高阻态或称浮空态)。三态门 电路的逻辑符号如图6-2所示。
6.1.5 端口及编址方式 1．端口 所谓端口，是指I/O接口(包括芯片和控制卡)中供CPU直接
存取访问的那些寄存器或某些硬件特定电路。一个I/O接口总要 包括若干个端口，除常见的数据端口、命令端口和状态端口外， 还有特殊用途的端口，如方式控制端口、操作结果端口和地址 索引端口等。端口的多少及相应的功能完全取决于与I/O接口所 关联的I/O设备。但需要指出的是，一个端口可设定为只读(一 般为状态和结果信息)、读写(一般为数据或命令信息)或只写(读 出无意义，如方式控制、命令参数信息)。这些属性是在设计 I/O接口功能时决定的，用户不能改变。
信息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位
或16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
第6章输入输出系统-选择题
第6章输⼊输出系统-选择题第6章输⼊输出系统(I/O管理)-选择题1.以下关于设备属性的叙述中,正确的是()。
A.字符设备的基本特征是可寻址到字节,即能指定输⼊的源地址或输出的⽬标地址B.共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C.共享设备是指同⼀时间内允许多个进程同时访问的设备D.在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁2.虚拟设备是指()A.允许⽤户使⽤⽐系统中具有的物理设备更多的设备B.允许⽤户以标准化⽅式来使⽤物理设备C.把⼀个物理设备变换成多个对应的逻辑设备D.允许⽤户程序不必全部装⼊主存便可使⽤系统中的设备3.磁盘设备的1O控制主要采取()⽅式A.位B.字节C.帧D. DMA4.为了便于上层软件的编制,设备控制器通常需要提供()A.控制寄存器、状态寄存器和控制命令B.1/O地址寄存器、⼯作⽅式状态寄存器和控制命令C.中断寄存器、控制寄存器和控制命令D.控制寄存器、编程空间和控制逻辑寄存器5.在设备控制器中⽤于实现设备控制功能的是()A. CPUB.设备控制器与处理器的接C.I/O逻辑D.设备控制器与设备的接⼝6.在设备管理中,设备映射表(DMT)的作⽤是()A.管理物理设备B.管理逻辑设备C.实现输⼊/输出D.建⽴逻辑设备与物理设备的对应关系7.DMA⽅式是在()之间建⽴⼀条直接数据通路A.I/O设备和主存D.CPU和主存8.通道⼜称1/O处理机,它⽤于实现()之间的信息传输。
A.内存与外设B.CPU与外设C.内存与外存D.CPU与外存9.在操作系统中,()指的是⼀种硬件机制A.通道技术B.缓冲池C. Spooling技术D.内存覆盖技术10.若1O设备与存储设备进⾏数据交换不经过CPU来完成,则这种数据交换⽅式是()A.程序查询B.中断⽅式C.DMA⽅式D.⽆条件存取⽅式11.计算机系统中,不属于DMA控制器的是()A.命令/状态寄存器B.内存地址寄存器C.数据寄存器D.堆指针寄存器12.()⽤作连接⼤量的低速或中速1O设备A.数据选择通道B.字节多路通道 D.I/O处理机C.数据多路通道13.在下列问题中,()不是设备分配中应考虑的问题A.及时性B.设备的固有属性C.设备独⽴性D.安全性14.将系统毎台设备按某种原则统⼀进⾏编号,这些编号作为区分硬件和识别设备的代号,该编号称为设备的()A.绝对号B.相对号C.类型号D.符号A.设备控制器和通道可以分别控制设备B.对于同⼀组输⼊输出命令,设备控制器、通道和设备可以并⾏⼯作回C.通道控制设备控制器、设备控制器控制设备⼯作D.以上答案都不对16.有关设备管理的叙述中,不正确的是()A.通道是处理输⼊输出的软件B.所有设备的启动⼯作都由系统统⼀来做C.来⾃通道的IO中断事件由设备管理负责处理D.编制好的通道程序是存放在主存中的17.【2010统考真题】本地⽤户通过健盘登录系统时,⾸先获得健盘输⼊信息的程序是()A.命令解释程序B.中断处理程序C.系统调⽤服务程序D.⽤户登录程序18. I/O中断是CPU与通道协调⼯作的⼀种⼿段,所以在()时,便要产⽣中断A.CPU执⾏“启动I/O”指令⽽被通道拒绝接收B.通道接收了CPU的启动请求C.通道完成了通道程序的执⾏D.通道在执⾏通道程序的过程中19.⼀个计算机系统配置了2台绘图机和3台打印机、为了正确驱动这些设备,系统应该提供()个设备驱动程序A.5B.3C.2D.120.将系统调⽤参数翻译成设备操作命令的⼯作由()完成A.⽤户层I/OB.设备⽆关的操作系统软件C.中断处理D.设备驱动程序21.【2017统考真题】系统将数据从磁盘读到内存的过程包括以下操作①DMA控制器发出中断请求②初始化DMA控制器并启动磁盘③从磁盘传输⼀块数据到内存缓冲区④执⾏“DMA结束”中断服务程序正确的执⾏顺序是()A.③→①→②→④B.②→③→①→④C.②→①→③→④22.【2011统考真题】⽤户程序发出磁盘I/O请求后,系统的正确处理流程是()A.⽤户程序→系统调⽤处理程序→中断处理程序→设备驱动程序B.⽤户程序→系统调⽤处理程序→设备驱动程序→中断处理程序C.⽤户程序→设备驱动程序→系统调⽤处理程序→中断处理程序D.⽤户程序→设备驱动程序→中断处理程序→系统调⽤处理程序23.【2012统考真题】操作系统的I/O⼦系统通常由4个层次组成,每层明确定义了与邻近层次的接⼝,其合理的层次组织排列顺序是()A.⽤户级1O软件、设备⽆关软件、设备驱动程序、中断处理程序B.⽤户级1O软件、设备⽆关软件、中断处理程序、设备驱动程序C.⽤户级1/O软件、设备驱动程序、设备⽆关软件、中断处理程序D.⽤户级IO软件、中断处理程序、设备⽆关软件、设备驱动程序24.【2013统考真题】⽤户程序发出磁盘I/O请求后,系統的处理流程是:⽤户程序→系统调⽤处理程序→设备驱动程序→中断处理程序。
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2020/4/2
微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
1、接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
输入输出设备（I/O，又称外设）是计算机系统 的基本组成部分, 是实现人—机联系的主要手段。
常见的外设有键盘，显示器，打印机，鼠标，开 关量输入输出通道和A/D，D/A转换器等等。
微机原理及应用
23
①查询输入
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
D_PORT S_PORT
接口
数据端口地址
状态端口地址
数据端口（8位） 状态端口（1位）
READY（1位)
输入状态信息
N READY？ Y
输入数据
若CPU需要外设输入数据时，首先应从状态端口读入状 态信息，判断数据是否准备好？
程序段:
执行的原程序，而去执行对异常事件或外设请求的 中断处理程序；当CPU执行完中断处理程序后，又 回到原程序的断点处，继续执行原程序。
输入状态信息
Y BUSY？ N
MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据
取数并输出数据
MOV DX, 085H ；数据端口送DX OUT DX,AL ；数据从数据端口输出
修改Buffer指针
INC SI
；SI指向下一个字节数据
CX-1送CX
LOOP W1 HLT
；CX-1送CX≠0，循环 ；CX=0，传送结束
I/O接口的功能就是对数据传输的控制。
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
2、接口电路中的信息
接口
接口电路中通常包含：
数据
端口
外
* 数据信息 * 控制信息 * 状态信息
CPU
控制 端口
部 设
状态
备
端口
从含义和功能上来看，数据信息、控制信息和
状态信息是各不相同的，必须分别传送，各有通路， 我们称这些通路为端口(PORT)，三种端口的集合就 是接口。
②查询输出
D_PORT S_PORT
接口
数据端口地址
状态端口地址
数据端口（8位） 状态端口（1位）
BUSY（1位)
输入状态信息 Y
BUSY？ N
准备输出数据
取数并输出数据
CPU输出数据前，先查询外设的状态端口的状态信息， 若为“空”（如BUSY=0，表示空闲），则执行输出指令把数 据送入I/O接口的数据端口。
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
接口电路中的控制信息
控制信息 —— CPU通过接口电路传送给外设,从 而达到控制外设的目的。
常见的控制信号：外设的启动、停止 不同的外设，工作原理不同，其控制信号也会有 所不同。
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
N CX=0？
Y
数据传送结束
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
原程序
2、中断控制方式
中断是CPU与外部
设备交换信息的一种方
式，它是通过硬件手段 来直接影响和改变CPU 执行程序的顺序。
有中断请求
中断处理程序 CPU响应中断
中断返回
CPU在执行正常程序的过程中，当出现某些异 常事件或外设请求CPU服务时，CPU暂时中断正在
《微机原理及应用》
主讲教师 郭莉莉
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
第6章 输入输出
一、接口的基本概念 二、输入输出的寻址方式 三、CPU与外设交换信息的控制方式
作业
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微机原理及应用ຫໍສະໝຸດ 2广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
一、接口的基本概念
1.接口的定义及功能 2.接口电路中的信息 3.接口的类型
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
1、程序控制方式
（1）无条件传送控制方式 这是一种简单的数据传送方式，适用于任何时
候均处于“准备就绪”状态的外部设备，CPU可以 随时执行I/O指令来完成数据传送操作。 （2）条件传送控制方式
①查询输入 ②查询输出
例题
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接口电路中的状态信息
状态信息 —— 是反映当前外设所处的工作状态, 是外设通过接口电路向CPU传送的信号。 如：
输出设备常用BUSY信号来表明现在正处于忙碌 状态；
输入设备常用READY信号来表明输入的数据已 经准备好。
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
3、接口的类型
; PORT的字节信息送AL，端口 ; PORT+1的字节信息送AH OUT PORT, AX ;将AX的字信息送端口，即AL送端 ;口PORT，AH送端口PORT+1
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
8086/8088的I/O指令
（2）间接端口寻址方式 对于端口地址大于8位时，必须用间接端口寻址
程序段:
WT1: IN AL, S_PORT ；从状态端口S_PORT读入状态
AND AL，01H ；BUSY=0?
JNZ WT1
；BUSY=1，返回继续等待
MOV AL, DOUT ；BUSY=0，取准备传送的数据
OUT D_PORT，AL ；从数据端口D_PORT输出数据
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微机原理及应用
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
接口电路中的数据信息
数据信息 —— CPU与外设交换的基本信息就是 数据，8位或16位。
包括三种类型： (1)数字量：是指由键盘，磁盘等读入的信号，
或由CPU送到打印机,显示器等信息,，一般是二进制 数，或是以ASCII码表示的数据及字符号。
接口电路大多由接口芯片来实现。 （1）接口芯片按通用性可以分为两类：专用接
口和通用接口； 如：
显示控制器，键盘控制器等属于专用接口； 而通用接口可以供几类外设使用。
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微机原理及应用
返回
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
3、接口的类型
（2）接口芯片按与外设数据的传送方式可以分 为并行接口和串行接口。
解：分析，这是查询输出。 要求输出1K字节，流程图：
设置Buffer指针SI 设置循环次数 CX=1000
输入状态信息 Y
BUSY？ N
取数并输出数据
修改Buffer指针
CX-1送CX
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微机原理及应用
N CX=0？
Y
数据传送结束
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例2：程序段清单
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微机原理及应用
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1、接口的定义及功能
广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线
I/O接口是建立在CPU与外设之间，使两者动作 协调的连接电路。
也就是，在CPU与外设之间建立一个缓冲区，解 决CPU与外设之间存在的数据形式、数据的传递方 式、以及传递速率上存在的差异。
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
（2）I/O端口独立编址
独立编址方式是让I/O端口和存储器地址分别建 立两个地址空间，独立编址。
这时，CPU采用专门的I/O指令去访问I/O端口。
8086/8088CPU采用I/O端口独立编址，设置了专 门的I/O指令。
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LT: IN AL, S_PORT AND AL,80H JZ LT IN AL, D_PORT
；从状态口S_PORT读入状态 ；检查READY=1? ；READY=0，返回继续等待 ；READY=1，从数据口D_PORT ；读入数据
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
2、I/O端口地址译码方法
CPU可以 通过74LS138与 相关的接口芯 片相连，参与 译码的地址线 一般为10条：
如：8237：A9A8=10，A7 A6A5=000； 8259：A9A8=10，A7 A6A5=001；
片内多个端A口4~的A选0则择由。具体芯片的连线完成，用于芯
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微机原理及应用
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广东工业大学 自动化学院 自动控制系 陈玮
接口电路中的数据信息
（2）模拟量：当微机系统用于过程控制系统时, 则现场多数是模拟量，如温度、压力、流量等，需 要通过A/D和D/A转换。
（3）开关量： 是指可以表示成两个状态的物理 量，如开关的“通”与“断”，电机的“运转”与 “停止”，可以用一位二进制表示。
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微机原理及应用
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1、接口的定义及功能
微
处
理
存储器
器
CPU
I/O接口
数据总线
I/O设备 地址总线 控制总线