第六章 基本输入输出技术

微机原理与接口技术
第六章
基本输入输出技术
合肥工业大学计算机与信息学院
2017年 2017 年 5月

第六章 基本输入输出技术
6.1 I/O接口概述 6.2 无条件传送方式及其接口 6.3 查询传送方式及其接口 6.4 中断传送方式及其接口 6.5 DMA传送方式
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6.1 I/O接口概述 什么是输入/输出设备？
 能够完成输入/输出操作的设备，简称外设或I/O设备。  输入设备：键盘、鼠标器、条形码阅读器和扫描仪等； 输出设备：显示器、打印机、绘图仪、投影仪等。
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6.1 I/O接口概述 I/O设备与CPU信息交换时存在的问题
 速度不匹配：CPU的速度很高，而外设的速度要低得多， 而且不同的外设速度差异很大。  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时序不一致。  信号格式不匹配：CPU能识别的是8 (16或32)位的并行 数字量信息，而有些外设用的是模拟量（电流信号或是 电压信号），有些设备采用串行方式传送数据。  信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是TTL电平，而 外设大多不能用TTL电平所驱动，有自己的电源系统和 信号电平。
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6.1 I/O接口概述
1. I/O接口 2. 接口信息 3. 端口及编址方式 4. I/O地址的译码 5. 数据传送方式
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6.1.1 I/O接口 定义
 I/O接口(Interface)：实现外部设备与微机之间连接和 信息交换的功能电路。 输入输出设备
I/O设备 外设
 接口技术是把由处理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设通信的一门技术。
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6.1.1 I/O接口 功能
 速度匹配
设置数据锁存和缓冲逻辑，以适应两者速度上的差异。
 时序匹配
设置时序控制逻辑，实现异步传输的规程。 例如用“握手应答”方式确保两者操作同步。
 信号格式匹配
设置信息格式相容性转换逻辑。 例如串与并之间的转换。
 信号电平匹配
设置电气性能的适配逻辑，以确保按各自要求的信号类 型和电平工作。 例如电平转换驱动器，或数/模、模/数转换器等。
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6.1.1 I/O接口 功能（续）
 对象选择
设置地址译码和选择逻辑，以保证微处理器能够访问选 定的外设。
 传输控制
设置设备控制及监测逻辑，以保证外设能够按微机指定 的命令完成相应的操作，并将其工作状态返回给微机。
 其它功能
设置中断/DMA控制逻辑，以保证在中断/DMA允许的情 况下，产生中断/DMA请求信号，并在接收到中断/DMA 应答之后，对设备实施中断处理/DMA的传输。
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6.1.1 I/O接口 结构
 控制逻辑命令电路
由保存控制命令的寄存器和控制执行逻辑组成。 是接口电路的“中央处理器”，用来完成对全部接口操 作的控制，称为控制寄存器。
 状态存储和设置电路
由一组寄存器构成，中央处理器(CPU)和外设根据它的内 容进行协调动作，称为状态寄存器。
 数据存储与缓冲电路
由一组寄存器构成，用于暂存中央处理器和外设之间传 送的数据，以实现速度匹配，称为数据寄存器。
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6.1.1 I/O接口 结构（续）
数据端口
状态端口
控制端口
IN指令 OUT指令
★寄存器与地址关联后，形成了端口（Port）。
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1. I/O接口

2. 接口信息

3. 端口及编址方式

4. I/O地址的译码

5. 数据传送方式

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接口信号类型（从物理信号角度）

数字量——计算机能够处理

✧二进制形式的数据。最小单位为位（bit）。

模拟量

✧用模拟电压或用模拟电流幅值大小表示的物理量。

✧模拟信号必须经过A/D（模拟/数字）转换器，转换成某

种形式的数字量，才能输入计算机。反之，经过D/A。

开关量

✧只有两种状态，即“开”和“闭”。对应1位二进制。

脉冲量

✧以脉冲形式表示的一种信号，例如计数脉冲、定时脉冲

或控制脉冲。

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接口信息类型（从信息内容角度）

CPU与接口之间

✧操作内容：CPU对端口的初始化、发送命令（如读写命

令）、选通端口等。

✧信息类型：（并行）数据信息、地址信息和控制信息。

接口与外设之间

✧操作内容：数据传送、读取外设的状态以及对外设的启

动、停止等控制。

✧信息类型：数据信息、状态信息和控制信息。

不同层次，

信息类型不同

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端口、信息与总线类型

一一对应

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1. I/O接口

2. 接口信息

3. 端口及编址方式

4. I/O地址的译码

5. 数据传送方式

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I/O端口

数据端口

✧用来存放外设送往CPU的数据或CPU要输出到外设去的数

据，长度一般为1～2字节。

✧主要起数据缓冲的作用。

状态端口

✧用来指示外设的当前状态。

✧每种状态用1位（bit）表示，一个外设可有几个状态位。

CPU根据它们获取外设的状态，从而决定程序的流程。

控制端口

✧用来存放CPU向接口发出的各种命令，从而控制接口或设

备的动作。

✧常见的命令信息位有启动位、停止位、允许中断位等。

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