接口技术第五章讲课
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2021/4/4 Nhomakorabea13
5.2.2 I/O接口的组成 (3) 状态寄存器用于记录外设现行各种状态信息，它的内容 3种寄存器是接口电路中的核心部 分。为了保证在处理器和外设之间通过接口正确地传送数
往往同微机的总线信号不兼容。不兼容性表现在两者的
信号功能定义、逻辑关系、电平高低以及工作时序的不一
致。因此，信号转换就成为接口设计中的一个重要任务。
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5.2.1 I/O接口的基本功能
4. 在微机系统中一般带有多台外设，并且一个接口中还
具有几个不同端口，而一个CPU在某一时刻里只能与一台 外设的一个端口交换信息，所以为了使计算机区分各个外 设及外设内的各个端口，这就要在接口中对I/O设备进行寻
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5.2 I/O接口的基本功能
5.2.1 I/O接口的基本功能
显然外设的多样性，必然导致接口电路的多样性。简单 地说，一个接口的基本功能是在计算机系统总线和I/O设备之 间传输信号，提供缓冲功能，以满足两边时序要求。一般来 说，CPU与I/O设备之间的接口应具有以下基本功能。
1.
•
• 接口就是CPU与外部世界的连接电路，是CPU与外界进行 信息交换的中转站。
• 如图所示，接口是CPU与内存及CPU与外部设备之间通
过总线进行连接的逻辑结构(电路)。
• 选用不同的外部设备(简称外设)，配置相应的接口电路，
可以构成不同用途的应用系统。以后主要讨论I/O接口。
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5.1.1接口
5. 计算机与外设进行信息传送时，必须了解外设的工作
情况，才能做到正确无误的传送。所以，接口应提供微机 与I/O
6.
求，对于工作同步，要求接口电路应提供复位电路，使接 口电路本身及所接外设进行重新启动；对于信号同步，要 求接口电路需要具有自己的时钟发生器。
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5.2.1 I/O接口的基本功能 7. 用软件实现接口功能的设定。是现代接口电路发展的
8. 在接口电路中，还经常需要考虑对错误的检测这个问
总之，I/O接口的功能就是完成数据、地址和控制三总 线的转换和连接任务。当然，对应某个具体的接口电路，可 能只具有这些功能的一部分，就能满足要求，而不具备全部 功能。
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5.2.2 I/O接口的组成
I/O接口的功能实现既需要硬件的支撑，也需要软件的驱动。 I/O接口实际上是微机与I/O设备间的硬件连接和软件控制的总
则必须向计算机输入反映测控对象的状态和变化的信息，经过
中央处理器处理后，再向控制对象输出控制信息。这些输入信
息和输出信息的表现是千差万别的,可能是开关量或各种不同性
质的模拟量，如温度、湿度、压力、流量、长度、刚度和浓度
等，因此需要把各种传感器和执行机构与微处理器或微机连接
起来。所有这些设备称为外部设备或输入/输出设备(I/O设备)。
最后，若I/O设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构 依赖于CPU，对外设本身的发展不利。I/O接口的引入，使得 CPU对I/O设备的操作转化为对I/O
接口技术是把由微处理器、存储器等组成的基本系统与外 部设备连接起来，从而实现计算机与外部设备通信的一门技术。 实际上，任何一个微机应用系统的研制和设计，主要就是微机 接口的研制和设计，需要设计的硬件是一些接口电路，所要编 写的软件是控制这些电路按要求工作的驱动程序。
1. 接口电路现在通常在一块大规模或超大规模集成电路芯片 上，因而常被称为接口芯片。当然，有时也有根据需要而用中、 小规模集成电路做成的。不同功能的接口电路，其结构虽各有 不同，但都是由寄存器和控制逻辑两大部分组成，每部分又能 包含几个基本组成部分，如图所示。
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5.2.2 I/O接口的组成
• 其次，微机和I/O设备信号传输处理的速度也有很大的 差别，必须通过I/O接口来进行缓冲和协调。
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5.1.2 I/O设备与I/O接口
再次，随着计算机技术的发展，I/O设备的种类日益丰富， 一台多媒体微机可能要配置数十个I/O设备，若不通过接口，而 由CPU直接对I/O设备的操作实施控制，就会使CPU一直忙于与 外设打交道，大大降低CPU
对于串行数据处理的外设，则要求其接口具有数据格
式的串/并转发，并/串转换的能力。
•
对于并行传送，要考虑数据通路宽度匹配问题。
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5.2.1 I/O接口的基本功能
2.
•
I/O接口作为微机与I/O设备传递数据的缓冲（缓冲或
•锁存）。在接口电路中一般设置一个或几个数据缓冲寄存
•
3.
由于I/O设备所需的控制信号和它所能提供的状态信号
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5.1.1 I/O设备与I/O接口
•
任何计算机必须有一条接受程序和数据的通道，才能接
收外界的信息来进行处理，这就必须要有输入设备，如果没有
输入设备，计算机就相当于人没有任何感知能力。处理的结果
必须送给要求进行信息处理的人或设备，因此，必须有输出设
备。
• 为了将计算机应用于数据采集、参数检测和实时控制等领域，
第五章 输入/输出与接口技术
本章内容提要:
I/O接口概述 I/O接口的基本功能 CPU与I/O端口的数据传输方式 I/O端口地址译码技术 I/O端口地址分配 接口硬件设计方法
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5.1 I/O接口概述
5.1.1 接口
• 一个实际的微机系统中,CPU是微机系统中运算与控制的 中心；
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5.2.2 I/O接口的组成 (1) 缓冲寄存器有时也简称缓存器，它分为输入缓存器和输 出缓存器两种。有了数据缓存器，就可以在高速工作的CPU 与慢速工作的外设之间起协调和缓冲作用，实现数据传送的 同步。由于输入缓存器的输入是接在数据总线上的，因此它 必须有三态输出功能。 (2) 控制寄存器用于存放处理器发来的控制命令和其他信 息，以确定接口电路的工作方式和功能。控制寄存器是写寄 存器，其内容只能由处理器写入，而不能读出。
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5.1.2 I/O设备与I/O接口 • I/O设备一般不和微机内部直接相连，而是必须通过 I/O接口电路与微机内部进行信息交换。为什么不能像存储 器那样直接连接到数据总线，地址总线和控制总线呢？
• 这是因为外部设备的种类繁多，信号类型十分复杂。 必须通过I/O接口实现微机与外部设备的隔离和信号转换。
5.2.2 I/O接口的组成 (3) 状态寄存器用于记录外设现行各种状态信息，它的内容 3种寄存器是接口电路中的核心部 分。为了保证在处理器和外设之间通过接口正确地传送数
往往同微机的总线信号不兼容。不兼容性表现在两者的
信号功能定义、逻辑关系、电平高低以及工作时序的不一
致。因此，信号转换就成为接口设计中的一个重要任务。
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5.2.1 I/O接口的基本功能
4. 在微机系统中一般带有多台外设，并且一个接口中还
具有几个不同端口，而一个CPU在某一时刻里只能与一台 外设的一个端口交换信息，所以为了使计算机区分各个外 设及外设内的各个端口，这就要在接口中对I/O设备进行寻
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5.2 I/O接口的基本功能
5.2.1 I/O接口的基本功能
显然外设的多样性，必然导致接口电路的多样性。简单 地说，一个接口的基本功能是在计算机系统总线和I/O设备之 间传输信号，提供缓冲功能，以满足两边时序要求。一般来 说，CPU与I/O设备之间的接口应具有以下基本功能。
1.
•
• 接口就是CPU与外部世界的连接电路，是CPU与外界进行 信息交换的中转站。
• 如图所示，接口是CPU与内存及CPU与外部设备之间通
过总线进行连接的逻辑结构(电路)。
• 选用不同的外部设备(简称外设)，配置相应的接口电路，
可以构成不同用途的应用系统。以后主要讨论I/O接口。
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5.1.1接口
5. 计算机与外设进行信息传送时，必须了解外设的工作
情况，才能做到正确无误的传送。所以，接口应提供微机 与I/O
6.
求，对于工作同步，要求接口电路应提供复位电路，使接 口电路本身及所接外设进行重新启动；对于信号同步，要 求接口电路需要具有自己的时钟发生器。
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5.2.1 I/O接口的基本功能 7. 用软件实现接口功能的设定。是现代接口电路发展的
8. 在接口电路中，还经常需要考虑对错误的检测这个问
总之，I/O接口的功能就是完成数据、地址和控制三总 线的转换和连接任务。当然，对应某个具体的接口电路，可 能只具有这些功能的一部分，就能满足要求，而不具备全部 功能。
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5.2.2 I/O接口的组成
I/O接口的功能实现既需要硬件的支撑，也需要软件的驱动。 I/O接口实际上是微机与I/O设备间的硬件连接和软件控制的总
则必须向计算机输入反映测控对象的状态和变化的信息，经过
中央处理器处理后，再向控制对象输出控制信息。这些输入信
息和输出信息的表现是千差万别的,可能是开关量或各种不同性
质的模拟量，如温度、湿度、压力、流量、长度、刚度和浓度
等，因此需要把各种传感器和执行机构与微处理器或微机连接
起来。所有这些设备称为外部设备或输入/输出设备(I/O设备)。
最后，若I/O设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构 依赖于CPU，对外设本身的发展不利。I/O接口的引入，使得 CPU对I/O设备的操作转化为对I/O
接口技术是把由微处理器、存储器等组成的基本系统与外 部设备连接起来，从而实现计算机与外部设备通信的一门技术。 实际上，任何一个微机应用系统的研制和设计，主要就是微机 接口的研制和设计，需要设计的硬件是一些接口电路，所要编 写的软件是控制这些电路按要求工作的驱动程序。
1. 接口电路现在通常在一块大规模或超大规模集成电路芯片 上，因而常被称为接口芯片。当然，有时也有根据需要而用中、 小规模集成电路做成的。不同功能的接口电路，其结构虽各有 不同，但都是由寄存器和控制逻辑两大部分组成，每部分又能 包含几个基本组成部分，如图所示。
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5.2.2 I/O接口的组成
• 其次，微机和I/O设备信号传输处理的速度也有很大的 差别，必须通过I/O接口来进行缓冲和协调。
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5.1.2 I/O设备与I/O接口
再次，随着计算机技术的发展，I/O设备的种类日益丰富， 一台多媒体微机可能要配置数十个I/O设备，若不通过接口，而 由CPU直接对I/O设备的操作实施控制，就会使CPU一直忙于与 外设打交道，大大降低CPU
对于串行数据处理的外设，则要求其接口具有数据格
式的串/并转发，并/串转换的能力。
•
对于并行传送，要考虑数据通路宽度匹配问题。
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5.2.1 I/O接口的基本功能
2.
•
I/O接口作为微机与I/O设备传递数据的缓冲（缓冲或
•锁存）。在接口电路中一般设置一个或几个数据缓冲寄存
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由于I/O设备所需的控制信号和它所能提供的状态信号
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5.1.1 I/O设备与I/O接口
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任何计算机必须有一条接受程序和数据的通道，才能接
收外界的信息来进行处理，这就必须要有输入设备，如果没有
输入设备，计算机就相当于人没有任何感知能力。处理的结果
必须送给要求进行信息处理的人或设备，因此，必须有输出设
备。
• 为了将计算机应用于数据采集、参数检测和实时控制等领域，
第五章 输入/输出与接口技术
本章内容提要:
I/O接口概述 I/O接口的基本功能 CPU与I/O端口的数据传输方式 I/O端口地址译码技术 I/O端口地址分配 接口硬件设计方法
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5.1 I/O接口概述
5.1.1 接口
• 一个实际的微机系统中,CPU是微机系统中运算与控制的 中心；
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5.2.2 I/O接口的组成 (1) 缓冲寄存器有时也简称缓存器，它分为输入缓存器和输 出缓存器两种。有了数据缓存器，就可以在高速工作的CPU 与慢速工作的外设之间起协调和缓冲作用，实现数据传送的 同步。由于输入缓存器的输入是接在数据总线上的，因此它 必须有三态输出功能。 (2) 控制寄存器用于存放处理器发来的控制命令和其他信 息，以确定接口电路的工作方式和功能。控制寄存器是写寄 存器，其内容只能由处理器写入，而不能读出。
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5.1.2 I/O设备与I/O接口 • I/O设备一般不和微机内部直接相连，而是必须通过 I/O接口电路与微机内部进行信息交换。为什么不能像存储 器那样直接连接到数据总线，地址总线和控制总线呢？
• 这是因为外部设备的种类繁多，信号类型十分复杂。 必须通过I/O接口实现微机与外部设备的隔离和信号转换。