第六章 IO接口和数据传输
io工作原理
io工作原理IO（输入/输出）是指计算机系统与外部设备进行信息交换的过程。
IO的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 发送请求：当应用程序需要与外部设备交互时，它会发送一个IO请求给操作系统。
请求中包含了需要进行的IO操作（如读取、写入、打开、关闭等）以及相关的参数（如文件名、文件路径等）。
2. 调度处理：操作系统接收到IO请求后，会将其放入一个IO请求队列中进行调度处理。
调度算法根据一定的策略，如先进先出（FIFO）、优先级等，来确定下一个要处理的请求。
3. 总线传输：一旦某个IO请求被调度出队列，操作系统会将该请求发送给适当的设备控制器。
设备控制器负责控制外部设备的工作，将数据传输到或从外部设备中读取。
4. 缓冲处理：为了提高IO性能，计算机系统通常会使用缓冲区（Buffer）来暂时存储IO数据。
当IO设备读取或写入数据时，数据会首先存储在缓冲区中，然后根据需要进行处理。
5. 中断响应：设备控制器在数据传输完成或发生错误时会发出中断信号。
中断控制器接收到中断信号后，会通知操作系统有新的中断事件发生，并将控制权转交给相应的中断服务程序。
6. 数据交换：当IO设备完成数据传输后，系统会将数据从缓冲区中转移到应用程序的内存空间或文件系统中。
对于输入操作，数据会从设备控制器经过总线传输到缓冲区，然后移动到内存中。
对于输出操作，数据会从内存移动到缓冲区，然后经过总线传输到设备控制器输出到外部设备。
整个IO过程中，操作系统起到了协调和管理的作用，负责为应用程序提供统一的IO接口，调度IO请求，并处理中断事件。
外部设备和设备控制器负责实际的数据传输和处理。
通过这种方式，计算机系统实现了与外部设备的高效交互。
io工作原理
io工作原理
IO（输入/输出）是计算机系统中的一种重要的技术，它负责
将数据传输到计算机的外部设备（输入）或从计算机传输数据到外部设备（输出）。
IO的工作原理可以分为输入和输出两
个步骤。
在输入过程中，计算机通过接口与外部设备连接，如键盘、鼠标或是传感器。
当用户操作这些设备时，设备会向计算机发送相应的信号。
计算机的IO控制器负责接收这些信号，并将其
转换为计算机可读取的二进制数据。
随后，这些数据会被传输到计算机的内存中，供CPU使用。
在输出过程中，计算机的CPU根据需要将数据从内存中读取
出来。
然后，CPU将这些数据传输给IO控制器。
IO控制器再将数据转换为适合外部设备的形式，并发送给相应的外部设备。
外部设备根据接收到的数据进行相应的操作，如显示、打印等。
IO的工作原理主要涉及到计算机的硬件和软件层面。
硬件层
面包括IO接口、IO控制器和外部设备等，这些元件协同工作
以完成输入输出操作。
软件层面则需要通过驱动程序来控制硬件，以实现数据的传输和处理。
总之，IO的工作原理是通过接口、控制器和外部设备等硬件
组件，配合驱动程序来实现计算机与外部设备之间的数据传输。
通过输入和输出过程，计算机可以与用户进行交互，并将数据传输到外部设备或从外部设备中获取数据。
IO接口与总线
2 I/O端口的寻址方式
? CPU 对外设访问实质上是对 IO 接口中的 端口进行 访问。为了区分接口电路的各个端口，系统为它们 各自分配了一个地址，称为 I/O 端口地址 ，通过译 码电路访问。
接口电路的结构
实现对CPU 数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB
地址译码
机 CB 控制逻辑
数据 缓冲器
状态 寄存器
控制 寄存器
数据信息
外 状态信息 设
控制信息
接CPU 一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口
实现接口电路中的各寄存器端口的
Байду номын сангаас
寻址操作
读/写操作和时序控制
I/O端口
? 传送这三种信息的接口电路中的寄存器称为数据 端口、状态端口和控制（命令）端口
? 接口特点
? CPU的DB→I/O 接口(输出锁存器)→外设（CPU驱动LED） ? CPU的DB←I/O 接口(输入缓冲器)←外设（CPU读按键信
息）
无条件程序控制方式（二）
DB
AB M/IO RD WR
端口 译码
器
数据输入
缓冲器端
/G
口
数据输出
锁存器端
G
口
输入数据 输出数据
无条件程序控制方式（三）
………….. 处理K1 的程序
JMP
EXIT
………………….
程序查询输入方式 ( 条件传送方式 )
? 三种数据传送方式： ? 程序控制方式：无条件程序控制和程序查询 ? 中断控制方式 ? 直接存储器存取方式，DMA 方式
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）
IO接口电路的典型结构输入输出的控制方式
;DX指向数据端口
;从输入端口读开关状态
;反相 ;送G输出端口显示 ;调L子三S程2态4序4 延时 ;重缓复冲器
+5V
K0 K1
K7
… …
D0～D7
CLK
LED0
+5V
LS273
8D 锁存器
LS06 反相 驱动器
微机原理 第六章 接口(29)
LED7
查询传送方式及其接口
• CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外 设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或 输出
（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个 端口
微机原理 第六章 接口(17)
IN指令（从20H端口输入一个字）
字输入，直接寻址 in ax,20h
字输入，间接寻址 mov dx,20h in ax,dx
字节输入，直接寻址 in al,21h mov ah,al in al,20h
字节输入，间接寻址 mov dx,21h in al,dx mov ah,al dec dx in al,dx
统相连 • 这部分电路被称为I/O接口电路
微机原理 第六章 接口(3)
I/O接口概述（续1）
什么是I/O接口（电路）？ • I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传
送和控制任务的逻辑电路
CPU
微机原理 第六章 接口(4)
接口 电路
I/O 设备
I/O接口的主要功能
⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存 ⑵ 对信号的形式和数据的格式进行变换
• 初始化程序段——设定芯片工作方式等 • 数据交换程序段——管理、控制、驱动
外设，负责外设和系统间信息交换
微机原理 第六章 接口(10)
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
《计算机系统结构》第六章IO系统
Left Symmetric Distribution
• Parity disk = (block number/4) mod 5 • Eliminate the parity disk bottleneck of RAID 4 • Best of large read and large write performance • Can correct any single self-identifying failure • Small logical writes take two physical reads and two physical writes. • Recovering needs reading all nonfailed disks
1. RAID0
– 数据分块，即把数据分布在多个盘上。 – 非冗余阵列、无冗余信息。 – 严格地说，它不属于RAID系列。
A
B
C
D
E
I
F
J
G
K
H
L
M
N
O
etc...
RAID0中的数据映射
逻辑盘 物理盘 0 物理盘 1 物理盘 2 物理盘 3
条带0
条带 1 条带 2 条带 3 条带 4 条带 5 条带 6 条带 7 阵列管理
实时性：在I/O设备提出中断、DMA等请求时，CPU 要及时响应，完成必要的I/O操作或控制。例如： Keyboard、Printer、COM、Mouse、定时器等。 与设备无关性：通过制定统一的接口标准(物理接口、 软件接口)，使得应用程序依据这一接口可以访问或 支持各种I/O设备。
I/O系统的层次结构
独立的地址和 1. 总线的设计 数据总线
数据总线 宽度
第六章IO接口与总线
三种数据传送方式： 程序控制方式：无条件程序控制和程序查询 中断控制方式 直接存储器存取方式，DMA方式
第六章 I/O接口 和 总线
6.1 I/O接口概述ຫໍສະໝຸດ 一、 I/O接口的功能 二、简单的输入输出接口芯片 三、I/O端口及其寻址方式 四、CPU与外设间的数据传送方式
6.2 总线
回顾：
CPU
控 制 器
运算器 寄存器
DB AB
CB
存储器 00000H
~ FFFFFH
I/O接口 0000H
~ FFFFH
I/O外设
接口电路的结构
实现对CPU数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB 地址译码
机 CB 控制逻辑
数据 缓冲器
状态 寄存器
控制 寄存器
数据信息
外 状态信息 设
控制信息
接CPU一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口
实现接口电路中的各寄存器端口的
寻址操作
读/写操作和时序控制
I/O端口
传送这三种信息的接口电路中的寄存器称为数据 端口、状态端口和控制（命令）端口
存储器映像方式 I/O独立编址方式
两种编址方式比较（一）
内 存 空 间
分别是分离 编址？还统
一编址？
I/O 空 间
内
存
I/O
空
空
间
间
（1）存储器映像编址
指I/O端口与存储器共享一个寻址空间，又称为统一编 址。在这种系统中，CPU可以用同样的指令对I/O端口 和存储器单元的进行访问。
第六章_IO接口和总线讲解
中断服务程序
启动外设
外设准备好 输入设备Ready=1 中断请求 输出设备 Busy=0
中断响应
中断请求 外设又一次准备好
中断响应
数据IN/OUT IRET
18
2019/8/3
4. DMA方式
第6章 I/O接口和总线
（1）DMA方式的提出----为什么要用DMA方式传送数据？
查询方式：查询时占用CPU时间。 中断方式：比查询方式传送效率高，但执行中断服务程序，
输入时，外设数据已送到三态缓冲器。 输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器输入端。
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2.查询方式
第6章 I/O接口和总线
无条件传送的局限性：对于那些慢速的或总是准备好的 外设是适用的。
所谓查询方式就是微型计算机利用程序不断询问外部设 备的状态，根据它们所处的状态来实现数据的输入和输出。
安排在内存的地址空间中，外设地址 与内存地址统一编址。 优点：不需要专门的输入输出指令，
可用全部的存储器操作指令。 如：mov kou1,bx 缺点：外设占用内存单元，相对减少
了内存容量。
第6章 I/O接口和总线
内存与外设
00000 00001
65
F3
02
00
24
内存
E0
EFFFF
F0000
F0001
查询工作方式1示5 意图
2019/8/3
(1)单一外设查询
CPU先查询外设状 态，而后决定数 据的传送。
第6章 I/O接口和总线
单一外设查询示意图
16
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(2)多个外设查询方式工作
2
多个外设查询方式工作流程
第六章mcs-51单片机IO端口(1)
准双向口：从图中结构看，引脚上的外部信号既加在三态缓 冲器的输入端上，又加在输出级FET2的漏极上，若此FET2 是导通的（相当于曾输出锁存过数据0），则引脚上的电位始 终被钳位在0电平上（除非外部信号源有极大的负载能力）， 输入数据不可能正确地读入。因此P0口是一个准双向口，即 在输入数据时，应先把口置1，也就是锁存器的~Q为0，这样 使输出级的2个FET都截止，引脚处于悬浮状态，可作高阻抗 输入。这就是所谓的准双向口。
下图为P0口的某位P0.n(n=0~7)结电路和一个输出控 制电路组成。输出驱动电路由一对FET（场效应管）组成，其 工作状态受输出控制电路的控制，后者包括：1个与门、1个反 相器和1个模拟转换开关（MUX）。
读锁存器
内部总线 写锁存器
地址/数据 VCC 控制
第六章 MCS-51的I/0
第六章mcs-51单片机IO端口(1)
单片机I/O口的使用
对单片机的控制，其实就是对I/O口的控制，无论单片机 对外界进行何种控制，或接受外部的控制，都是通过I/O 口进行的。51单片机总共有P0、P1、P2、P3四个8位双 向输入输出端口，每个端口都有锁存器、输出驱动器和输 入缓冲器。4个I/O端口都能作输入输出口用，其中P0和 P2通常用于对外部存储器的访问。
读锁存器
地址/数据 VCC 控制
内部总线 写锁存器
DQ CLK Q
T1
P0.n P0口
T2
引脚
MUX
读引脚
第六章mcs-51单片机IO端口(1)
2、P0作为地址/数据总线
当P0口作为地址/数据总线使用时，可以分为两种情况。一种情况 是从P0输出地址或数据，这时CPU发出的控制信号应为高电平1， 转换开关把反相器输出端与下拉FET接通，同时与门开锁。输出的 地址或数据信号即通过与门去驱动上拉FET，又通过反相器去驱动 下拉FET。另一种情况是从P0输入数据，这时信号仍应从输入缓冲 器进入内部总线。
第六章 IO接口和总线
8086在最小模式下，对I/O进行读操作期间，其有
效控制信号为
。 A
A．RD#低电平，WR#三态，M/IO#低电平 B． RD#三态， WR#低电平， M/IO#高电平 C． RD#低电平， WR#三态， M/IO#高电平
D． RD#三态， WR#低电平， M/IO#低电平
7
习题 CH6 I/O接口
9
习题 CH6 I/O接口
1）这是一个什么接口电路图？
答：查询式输入接口电路图
2）写出下列芯片的名称或功能（锁存、缓冲）：
U1：锁存器 答： 1—RD# 3—A15~A0
U2：缓冲器（或三态门） 2—M/IO# 4—RD#
3） 电路图中的1、2、3、4、应接到何处？写出符号
10
习题 CH6 I/O接口
1）这是一个什么接口电路图？
答：查询式输入接口电路图
2）写出下列芯片的名称或功能（锁存、缓冲）：
U1：锁存器 答： 1—RD# 3—A15~A0
U2：缓冲器（或三态 电路图中的1、2、3、4、应接到何处？写出符号
11
习题 CH6 I/O接口
1）这是一个什么接口电路图？
有
程序控制方式 中断方式、 DMA方式 、
三种方式。
5
习题 CH6 I/O接口
8086CPU可访问2个独立的地址空间，一个为I/O地
址空间，其大小为 64K 字节；另一个 为 存储器地址空间 ，其大小为 1M 字节。
设计输入/输出接口时，应遵守的基本原则是：输
入 缓冲 ；输出
锁存 。
6
习题 CH6 I/O接口
用框图表示，端口地址自己任选。）
（注：I/O接口电路不能使用可编程芯片。8086最小系统可
现代操作系统6- 1 IO系统的功能、模型和接口
Operating System
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I/O通道
通道类型
❖ 数组多路通道（Block Multiplexor Channel） ➢ 将数组选择通道传输速率高和字节多路通道分时并 行操作的优点相结合而形成的一种新通道 ➢ 它含有多个非分配型子通道， 因而这种通道既具有 很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利 用率
设备管理是操作系统中最繁杂且与硬件密切相关 的部分
Operating System
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第六章 设备管理
I/O系统的功能、模型和接口
I/O设备和设备控制器 设备驱动程序 缓冲管理 与设备无关的I/O软件 用户层的I/O软件 磁盘存储器管理
Operating System
❖ 控制信号线
➢ 作为由设备控制器向I/O设备发送控制信号时的通路
❖ 状态信号线
➢ 用于传送指示设备当前状态的信号
至设备 控制器
数据信号线 状态信号线
控制信号线
I/O设备 缓冲 转换器
控制逻辑
信号 数据
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I/O系统
I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统
Operating System
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I/O通道
瓶颈问题
存储器
通道1
通道2
控制器1 控制器2
控制器3 控制器4
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设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备7
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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
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。
IO接口的作用
IO接口的作用IO（Input-Output）接口是计算机系统中的一种重要组件，它的作用是实现数据输入输出的功能。
IO接口广泛应用于各种计算机设备中，包括计算机、移动设备、网络设备等领域。
在计算机系统中，IO接口的作用非常重要。
1. 负责数据输入输出IO接口主要作用是负责计算机系统的数据输入输出。
通过IO接口，计算机系统可以读取外部设备的数据并将其传输到计算机内部，也可以将计算机内部数据传输到外部设备。
这种输入输出功能是计算机系统和外部设备进行数据交换的重要方式。
2. 控制外部设备IO接口还可以控制外部设备的工作，例如控制打印机打印、控制硬盘读写、控制网络数据传输等等。
通过IO接口控制外设，可以实现计算机对外设的控制，以满足不同应用场景的需求。
3. 实现虚拟设备虚拟设备是计算机系统中的一种特殊设备，它是通过软件模拟物理设备而形成的。
虚拟设备可以像物理设备一样进行输入输出操作。
IO接口可以实现与虚拟设备的交互，包括读取虚拟设备的数据，将数据传输到虚拟设备等操作。
4. 提高系统的扩展性和兼容性IO接口可以支持不同的外部设备连接和数据交换，提高系统的扩展性和兼容性。
通过IO接口，可以支持多种不同类型的外部设备，例如打印机、鼠标、键盘等等。
这些设备可以通过IO接口进行读写，从而实现与计算机系统的交互。
IO接口的设计与实现能够提高系统的性能和稳定性。
设计合理的IO接口可以减少不必要的数据交换和传输，提高数据传输效率。
同时，IO接口可以实现外设的故障检测和处理，提高系统的稳定性和可靠性。
总体来说，IO接口在计算机系统中的作用非常重要，它实现了数据输入输出功能、控制外部设备、实现虚拟设备、提高系统的扩展性和兼容性以及提高系统的性能和稳定性等多种功能。
在计算机系统的应用中，IO接口是不可缺少的组件。
第六章冗余IO
第六章冗余I/O冗余I/O的概念当I/O模块以每两个一组组态成冗余对运行时，I/O模板即以为是冗余配置。
如此意味着S7-400H系统的所有元件都能够冗余。
利用冗余I/O能够使H系统提高可用性。
冗余I/O配置以下为几种采纳冗余I/O 的典型配置中央和扩展设备中的I/O冗余信号模板成对安装在 CPU 0 和 CPU 1 子系统中，如图6-1所示：如此使S7-400的I/O模块具有冗余性。
注意：当一个CPU因故障掉电时，连接的I/O模块被以为故障而不能被识别。
单边DP 从站中的I/O冗余信号模板成对安装在带有有源底板总线的散布式I/O设备ET200M中，如图6-2所示：注意：当其中一个从站PROFIBUS断线或主站CPU因故障掉电时，连接的I/O模块被以为故障而不能被识别。
切换式DP 从站中的I/O冗余信号模板成对安装在带有有源底板总线的散布式I/O设备ET200M中，如图6-3所示：在这种方式下，即便连接I/O从站CPU故障也可不能阻碍I/O模块的可用性。
单机模式H CPU中的I/O冗余注意：当主站CPU因故障而停机时，I/O冗余不能实现。
“I/O冗余” 库函数及利用冗余” 库函数“I/O冗余” 库函数，随可选 H 包(STEP7 已包括)一路提供，以支持I/O冗余功能，库函数包括以下功能块:1.FC 450 RED_INIT 初始化功能2.FC 451 RED_DEPA 触发去钝化3.FB 450 RED_IN 读取冗余输入功能块4.FB 451 RED_OUT 操纵冗余输出功能块5.FB 452 RED_DIAG 冗余 I/O 诊断功能块6.FB 453 RED_STATUS 冗余状态信息功能块“I/O冗余”功能块的利用在利用这些功能块前,第一在硬件配置中配置冗余I/O模块，然后参考表6－1在相应的OB块中挪用对应的功能块。
冗余I/O 的硬件安装和配置若是要利用冗余I/O，推荐按以下方式进行（1）插入所有冗余利用的模板（2）利用 HW Config 在对象属性中配置模板的冗余属性（3）查找每一个模板的冗余模板或利用缺省设置集中配置:将模板插入偶数机架插槽 X 中,冗余模板插在同一插槽的下一奇数机架中。
io通讯原理
io通讯原理IO通讯原理一、引言IO（Input/Output）通讯是计算机系统中重要的组成部分，用于实现计算机与外部设备之间的数据传输。
本文将介绍IO通讯的原理和相关概念。
二、IO通讯的概念IO通讯是指计算机与外部设备之间的数据交换过程。
计算机通过IO 接口与外部设备进行连接，并通过这些接口完成数据的输入和输出。
常见的IO接口包括串口、并口、USB接口等。
三、IO通讯的原理1. IO通讯的基本原理IO通讯中，计算机作为主设备负责控制和管理外部设备。
主设备通过IO接口发送命令或请求，外部设备接收并执行相应的操作，并将结果返回给主设备。
主设备根据外部设备的响应进行进一步处理。
2. IO通讯的数据传输方式IO通讯的数据传输方式主要有两种：同步传输和异步传输。
同步传输是指数据以固定的速率进行传输，发送方和接收方需要保持同步；异步传输是指数据按需传输，发送方和接收方可以根据自身的处理能力进行数据交换。
3. IO通讯的协议IO通讯中，主设备和外部设备之间需要遵循一定的通讯协议。
通讯协议规定了数据的格式、传输方式等细节，以确保数据能够正确地传输和解析。
常见的通讯协议有UART、SPI、I2C等。
4. IO通讯的数据传输过程IO通讯的数据传输过程包括数据的发送和接收两个步骤。
在数据发送过程中，主设备将数据按照协议规定的格式打包，并通过IO接口发送给外部设备。
外部设备接收到数据后，根据协议解析数据并进行相应的操作。
在数据接收过程中，外部设备将执行结果按照协议规定的格式打包，并通过IO接口返回给主设备。
主设备接收到数据后，根据协议解析数据并进行进一步处理。
四、IO通讯的应用IO通讯广泛应用于各个领域，如工业控制、通信、医疗设备等。
以工业控制为例，IO通讯可以实现计算机与各种传感器和执行器之间的数据交换，从而实现对生产过程的监控和控制。
五、IO通讯的发展趋势随着计算机技术的不断发展，IO通讯也在不断演进。
传统的串口、并口等IO接口逐渐被USB、以太网等高速接口所取代。
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第六章：输入/ 第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/ 输入/输出接口功能 CPU和输号 I/O端口和寻址方式 I/O端口和寻址方式 CPU和外设间的数据传送方式 CPU和外设间的数据传送方式
第六章：输入/输出接口和数据传输——I/O端口和寻址方式 第六章：输入/输出接口和数据传输——I/O端口和寻址方式 ——I/O
CPU与外设之间不是直接交换以上三类信息，而是通过接口间接传送的。 与外设之间不是直接交换以上三类信息，而是通过接口间接传送的。 与外设之间不是直接交换以上三类信息 以上三种信息在形式上都是二进制代码，它们都是通过DB来传递的 来传递的， 以上三种信息在形式上都是二进制代码，它们都是通过 来传递的，分别 放在接口内的不同端口中（这里的端口也称为寄存器）。 ）。每个端口都有一 放在接口内的不同端口中（这里的端口也称为寄存器）。每个端口都有一 个端口地址， 通过访问不同的地址， 个端口地址，CPU通过访问不同的地址，从而获取不同的端口内的信息。 通过访问不同的地址 从而获取不同的端口内的信息。
第六章：输入 输出接口和数据传输 输出接口和数据传输——接口功能 第六章：输入/输出接口和数据传输 接口功能 什么是输入/输出接口？ 什么是输入 输出接口？ 输出接口
因此，要实现外部设备与主机之间的连接 和信息交换， 因此，要实现外部设备与主机之间的连接(connection)和信息交换， 和信息交换 必须经过一个数据转换和传输的设备。这种设备，我们叫做I/O接口 必须经过一个数据转换和传输的设备。这种设备，我们叫做 接口 (interface)。 。
计算机有各种用途，但不论用于何种场合，都离不开信息处理。 计算机有各种用途，但不论用于何种场合，都离不开信息处理。 所处理的信息，均要由输入设备提供，而处理后的结果数据， 所处理的信息，均要由输入设备提供，而处理后的结果数据，则要 送给输出设备，以各种形式报告给用户。例如，键盘、鼠标器、 送给输出设备，以各种形式报告给用户。例如，键盘、鼠标器、磁 盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备，而磁盘、显示器、打印机、 盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备，而磁盘、显示器、打印机、 绘图仪等则是最常见的输出设备。亦即能够完成输入/ 绘图仪等则是最常见的输出设备。亦即能够完成输入/输出操作的设 备就叫输入/输出设备，简称外设或I/O设备。 I/O设备 备就叫输入/输出设备，简称外设或I/O设备。
第六章：输入/ 第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/ 输入/输出接口功能 CPU和输入输出设备间的信号 CPU和输入输出设备间的信号 接口部件的I/O I/O端口和寻址方式 接口部件的I/O端口和寻址方式 CPU和外设间的数据传送方式 CPU和外设间的数据传送方式
第六章：输入/输出接口和数据传输——CPU和I/O设备间的信号 第六章：输入/输出接口和数据传输——CPU和I/O设备间的信号 ——CPU
第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 —— 输入/输出设备与 信息交换时有什么问题？ 输入 输出设备与CPU信息交换时有什么问题？ 输出设备与 信息交换时有什么问题
外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电动式、 外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电动式、电子式 和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求也各不相同， 和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求也各不相同，这就给计算机 和外设之间的信息交换带来以下一些问题： 和外设之间的信息交换带来以下一些问题： (1)速度不匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速 速度不匹配： 的速度很高， 速度不匹配 的速度很高 而外设的速度要低得多， 度差异甚大，它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘， 度差异甚大，它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘，也有每秒钟 只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。 只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。 (2)信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是 信号电平不匹配： 所使用的信号都是TTL电平，而外设大多是复杂的机 电平， 信号电平不匹配 所使用的信号都是 电平 电设备，往往不能用TTL电平所驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。 电平所驱动， 电设备，往往不能用 电平所驱动 必须有自己的电源系统和信号电平。 (3)信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的通常是 位、16位或 位的并行数据， 信号格式不匹配： 系统总线上传送的通常是8位 位或32位的并行数据 信号格式不匹配 系统总线上传送的通常是 位或 位的并行数据， 而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量， 而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量，而有些是 数字量或开关量；有些设备上的信息是电流量，而有些却是电压量， 数字量或开关量；有些设备上的信息是电流量，而有些却是电压量，有些设 备采用串行方式传送数据，而有些则用并行方式。 备采用串行方式传送数据，而有些则用并行方式。 (4)时序不匹配：各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的CPU时序不 时序不匹配：各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的 时序不匹配 时序不 一致。 一致。
汇 编 语 言 与 接 口
——第六章 输入/ 第六章： ——第六章：输入/输出接口和数据传输
输入/输出接口功能 输入 输出接口功能 CPU和输入输出设备间的信号 和输入输出设备间的信号 接口部件的I/O端口和寻址方式 接口部件的 端口和寻址方式 CPU和外设间的数据传送方式 和外设间的数据传送方式
皖西学院计算机系
无条件传送分为两种情况： 无条件传送分为两种情况：
无条件输入（ 外设） 无条件输入（外设 CPU）、无条件输出（CPU 外设） ） 无条件输出（ 若外设是输入设备，由于外设数据更新的速度很慢， 若外设是输入设备，由于外设数据更新的速度很慢，所以输入端可直接用 输入缓冲器”作为接口与CPU的数据总线相连。 的数据总线相连。 “输入缓冲器”作为接口与 的数据总线相连 若外设是输出设备，因为外设的速度较慢，所以要求 若外设是输出设备，因为外设的速度较慢，所以要求CPU送到外设的数据 送到外设的数据 只能暂时保存在接口中，直到外设取完全部数据； 只能暂时保存在接口中，直到外设取完全部数据；所以此时应选用有锁存 能力的接口（输出锁存器）。 能力的接口（输出锁存器）。
I/O端口的寻址方式 端口的寻址方式
CPU对外设的访问实质上是对 接口电路中相应的端口进行访 对外设的访问实质上是对I/O接口电路中相应的端口进行访 对外设的访问实质上是对 因此和存储器那样，也需要由译码电路来形成I/O端口地址 端口地址。 问，因此和存储器那样，也需要由译码电路来形成 端口地址。I/O 端口的编址方式有两种：存储器映象编址方式和独立编址方式。 端口的编址方式有两种：存储器映象编址方式和独立编址方式。 存储器映像编制方式：在这种编址方式中， 存储器映像编制方式：在这种编址方式中，将外设接口地址和内部 存储器地址统一安排在内存的地址空间中。 存储器地址统一安排在内存的地址空间中。即把内存地址分配给外 由外设来占用这些地址。用于外设的这些地址， 设，由外设来占用这些地址。用于外设的这些地址，存储器不能再 使用。（ 。（如 系列单片机） 使用。（如： MCS － 51系列单片机） 系列单片机 独立编制方式：在这种编址方式中， 独立编制方式：在这种编址方式中，内存地址空间和外设地址空间 是相互独立的。例如， 字节， 是相互独立的。例如，在8086CPU中，内存地址是连续的 字节， 中 内存地址是连续的1M字节 从00000H～FFFFFH，而外设的地址范围从 ～ ，而外设的地址范围从0000H～FFFFH。它们 ～ 。 相互独立，互不影响。 相互独立，互不影响。
第六章：输入/ 第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/ 输入/输出接口功能 CPU和输入输出设备间的信号 CPU和输入输出设备间的信号 接口部件的I/O I/O端口和寻址方式 接口部件的I/O端口和寻址方式 CPU和外设间的数据传送方式 CPU和外设间的数据传送方式
第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 —— 什么是输入/输出设备？ 什么是输入/输出设备？
I/O接口：I/O接口是指把外设同微型计算机连接起来实现数据传 接口： 接口是指把外设同微型计算机连接起来实现数据传 接口 送的中间控制电路。 送的中间控制电路。
第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 —— 输入/ 输入/输出接口及其功能
⑴ 转换信息格式 ⑵ 提供联络信号 ⑶ 协调定时差异 ⑷ 进行译码选址 ⑸ 实现电平转换 (6) 最好可编程序 如串/并转换、并/串转换等； 协调数据传送的状态信息，如数据“准备 好”、设备“忙” 等； 协调微机与外设在定时或数据处理速度上 的差异，使二者能同步交换数据； 在具有多台外设的系统中，外设接口必须 提供地址译码及确定设备码的功能； 为使微机同外设匹配，接口电路必须提供 电平转换及驱动能力； 对一些多功能接口电路，应具备可编程能 力，达到用软件选择接口电路的某些功能， 以适应具体工作的要求。
第六章：输入/ 第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/ 输入/输出接口功能 CPU和输入输出设备间的信号 CPU和输入输出设备间的信号 接口部件的I/O I/O端口和寻址方式 接口部件的I/O端口和寻址方式 CPU和外设间的数据传送方式 CPU和外设间的数据传送方式
第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 —— 在计算机的操作过程中， 在计算机的操作过程中，最基本的最大量的操 作是数据传送。在微机系统中，数据主要在CPU、 作是数据传送。在微机系统中，数据主要在CPU、 存储器和I/O接口之间传送 在数据传送过程中， 存储器和I/O接口之间传送，在数据传送过程中， 接口之间传送， 数据传送的控制方式。 关键问题是数据传送的控制方式 关键问题是数据传送的控制方式。 微机系统中的数据传送的控制方式主要有软件 微机系统中的数据传送的控制方式主要有软件 传送方式(程序控制方式) 中断传送方式和DMA直 传送方式(程序控制方式)、中断传送方式和DMA直 接存储器存取方式。其中，软件传送方式又包括： 接存储器存取方式。其中，软件传送方式又包括： 无条件传送方式和条件传送方式（查询方式） 无条件传送方式和条件传送方式（查询方式）。