第6章微型计算机的输入输出

此时，由于系统所需的I/O远少于存储单元，一般 只设置256～1024，因此只需要8～10根地址线即 可。
6.1 CPU与外设通信的特点
6.1.3 I/O端口地址形成
I/O映像编址（独立编址空间）的优缺点：
优点：不占用存储器地址空间；地址线数较少，地 址译码较简单，寻址速度快；使用专用指令，程序 可读性增强。
6.1 CPU与外设通信的特点
6.1.2 I/O端口的寻址方式
CPU与外部设备通信，需要区分系统中的不同外设，就必须为 每个外设分配必要的地址，为了与存储单元地址相区别，这样 的地址称为端口地址。一个外设可以有多个端口地址。端口地 址的形成，类似存储器地址的形成。
1.存储器映像寻址（统一编址）
2.I/O映像编址（独立编址）
和DMA方式。 6.2.1程序控制传输方式
包括：同步传输方式、异步查询方式和中断方式。
1.同步传输方式（无条件传输方式）
简单外设作为输入设备时，输入数据时间相对于CPU的处理时 间长很多，可直接使用三态（1、0、高阻态）缓冲器和数据总 线相连。外设的数据是已经准备好了的。
当简单外设作为输出设备时，一般需要锁存器，使CPU输出的 数据能够保持一段时间直到数据被取走。显然也要求CPU在输 出数据时要确认输出锁存器是空的。
6.2 输入／输出方式
6.2.1程序控制传输方式
3.中断方式
这种方式下CPU与外设处于并行工作状态，CPU不必 花费大量的时间去查询外设的工作状态，大大地提高 了CPU的利用率。但当大量地与外设交换数据时，有 可能降低系统的运行性能。
6.2 输入／输出方式
6.2.2直接存储器存取方式（DMA）
DMA是直接存储器存取（Direct Memory Access） 的简称。可以满足高速I/O设备与RAM进行批量传送数 据的需要。
数据总线DBCPUFra bibliotek地址总线AB
控制总线CB
存储器 RAM ROM
I/O芯片 8259 8253 8255
8251…
I/O设备 显示器 打印机 键盘 鼠标
6.3 CPU与外设通信的接口
接口电路基本结构
数据口（输入/输出）：双向；数据寄存器 状态口：只能由CPU读入。状态寄存器 控制口：只能由CPU写出。控制寄存器 每个口由译码电路分配一个唯一的地址。
还需要通过软件或硬件进行优先级排序。
为了防止死循环，应该在查询流程中设置一个等待超时值。
6.2 输入／输出方式
当系统中有多个外设时，CPU要对所有外设进行巡回 查询。查询方法： （1）每个设备对应一个状态端口； （2）一个状态端口中顺序存放所有的设备状态信息； （3）在上述端口前增设一个优先级编码器。
第6章 微型计算机的基本 输入／输出
机械系统计算机控制 2008 机电学院
6.1 CPU与外设通信的特点
需要接口作为CPU与外设通信的桥梁； 需要有数据传送前的“联络”； 需要传递的信息有：状态、数据及控制 信息。
6.1 CPU与外设通信的特点
I/O接口
接口的定义:是完成数据、地址和控制三总线转换和连 接的一组电路
6.3.1 同步传输方式与接口
又称为无条件传输方式，主要应用于外设的时序和控 制完全处于CPU控制之下的场合。这类设备必须在 CPU限定的时间内准备就绪，并且完成数据的发送和 接收。
实际上在无条件传输方式下，外设总是处于“等待” 状态，只要简单地将I/O指令放在程序中需要的位置 既可。
6.3 CPU与外设通信的接口
6.3.1 同步传输方式与接口
1.同步输入方式
1）同步输入过程
•提供端口地址，以便CPU从指定的外设中取入数据； •执行IN指令或存储器读指令； •地址译码器输出，同时产生M/IO#和RD#控制信号； •数据从端口中输入至CPU寄存器。
6.3 CPU与外设通信的接口
6.3.1 同步传输方式与接口 1.同步输入方式
2）同步输入硬件接口电路
为了防止CPU在取外设数 据时，数据发生变化，往 往采用缓冲器或锁存器把 外设数据保护起来。
6.3 CPU与外设通信的接口
6.3.1 同步传输方式与接口 1.同步输入方式 3）缓冲器74LS244
缺点：专用指令少；寻址方式单一，只能在AX与 I/O之间交换信息，使程序设计灵活性差；要求处理 器 专门的引脚，增加了控制逻辑的复杂性，也造成 了CPU引脚数的增加。
6.1 CPU与外设通信的特点
6.1.3 I/O端口地址形成 1.存储器映像寻址 （统一编址）
2.I/O映像编址 （独立编址空间）
6.2 输入／输出方式 包括：程序控制方式
状态信息和控制信息也是通过数据总线传递的，由于 它们的性质不同于数据信息，故在传送时赋予不同的 端口。
因此一个外设往往占有几个端口，如数据端口、状态 端口、控制端口等。这样一来，CPU对外设的控制或 CPU与外设间的信息交换，实际上就转换成CPU通过 I/O指令读／写断口的数据而已。
6.3 CPU与外设通信的接口
6.2 输入／输出方式
6.2.1程序控制传输方式
2.异步查询方式（条件传输方式）
也称为程序查询方式。
CPU通过程序不断地读取并测试外设的状态，如果外设处于准 备好状态（输入设备）或空闲状态（输出设备），则CPU执行 输入或输出指令，否则CPU处于循环查询状态。为此，接口电 路除了有数据端口外，还要有状态端口。
其特点是通过一个专用的DMA控制器，直接控制I/O设 备与RAM的数据传输，而无需CPU介入。即用硬件替 代软件实现数据传输。
在实现DMA传输时，是由DMA控制器直接掌管总线， 因此存在一个总线控制权转移的问题。
6.3 CPU与外设通信的接口
在实际应用中可分为：专用接口和通用接口，或可编 程接口和不可编程接口，或并行接口和串行接口。
DB
AB CPU
CB
数据端口
译 码
状态端口
控制端口
I/O 设备
一个典型的I/O接口
6.1 CPU与外设通信的特点
6.1.1接口的用途
1.进行地址译码或设备选择； 2.状态信息应答，以协调数据传送之前的准备工作； 3.进行中断管理，提供中断信号； 4.进行数据格式转换； 5.进行电平转换； 6.协调速度； 7.时序控制。 8.对数据传送的控制，具体为：锁存，隔离，驱动， 变换，连络，定时等作用。