输入输出接口和输入输出通道优秀课件
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输入输出接口和输入输 出通道
门电路
& 与非门
=1 异或
≥1 或门 1 非
返回本章首页
2.1 概 述
➢ 计算机控制系统的硬件组成：主机、外围设备 ➢ 两类外设： 1）常规外设，如键盘、CRT、打印机、磁盘机 2）被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等 ➢ 无论哪一类外设都要通过Ｉ/O接口和输入/输出通道
外 设
接 口
计 算 机
另外还有“单工方式”，现在已经很少采用。 3） 异步通讯 通讯中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一
字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的。 异步通讯是字符是一帧一帧传送的，每帧字符的传送
靠起始位来同步。
帧的定义：
用一个起始位表示字符开始，用停止位表 示字符结束，在起始位和停止位之间是n位 字符及奇偶校验位。这样的一串数据，叫 做帧。
设置I/O接口电路的必要性： 1）解决主机CPU和外设之间的时序配合和通信
联络； 2）解决CPU和外设之间的数据格式转换和匹配
问题； 3） 解决CPU的负载能力和外设端口选择问题。 （P14~15）
（二）I/O通道
➢ I/O通道：也称过程通道。是计算机和控制对 象之间信息传送和变换的连接通道。 模拟量输入/输出通道、数字量输入/输出通道
（一）无条件I/O方式 • 不必查询外设状态即可进行信息传送 • 此方式下，外设总是处于就绪状态（开关、LED
显示器） • CPU和外设之间的接口电路通常采用输入缓冲器
和输出锁存器。由地址总线和M/IO信号端经端口 译码器译出所选中的I/O端口，用读写信号决定数 据流向。
返回
（二）查询方式
➢ 查询方式中，CPU和外设的I/O接口除设置数据端 口外，还有状态端口。
状态信息
围
系 统
控制信息
设 备
三、计算机和外部的通讯方式
1）并行通信
2）串行通信
3）有线网络通信
4）无线通信 （P17）
（一）并行通信
（1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线） 握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是
通过软件编程指定的。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用的并行接口电路芯片，如Z-80系列的
PIO、Intel系列的8255A等。
（二）串行通信
（1）传输线条数n=1～2；
（2）传输线既可做数据线又可做联络线用；
（3）每个数据都占一个固定的时间长度；
串行通信分为全双工方式和半双工方式、同步方式 和异步方式。
➢ 状态端口的指定位表明外围设备的状态，通常只是 “0”和“1”的两状态开关量。
➢ 交换信息时，CPU通过执行程序不断读取并测试外 围设备的状态，如果外围设备处于准备好（输入时） 或空闲状态（输出时），则CPU执行输入或输出指 令，与外设交换信息，否则CPU要等待。
➢ 多个外设时， CPU进行分时控制。
(I/O通道)与CPU的总线相连 ➢ 外围设备分类： 1. 机械式、机电式、电子式 2. 输入设备、输出设备、既可输入又可输出的设备
➢ 信息类型：数字量、模拟量、开关量 ➢ 信息传送方式：并行传送、串行传送 一、接口、通道及其功能 什么是I/O接口？为什么需要I/O接口电路？
？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I/O接口 是主机和外设之间交换信息的连接部 件，它起桥梁和纽带作用。
➢ 数据采集的参量分两类：
1. 模拟量：时间上和数值上都连续变化的物理量， 如温度、压力、流量、速度、位移等。
2. 数字量（开关量）：时间上和数值上都不连续的 量，如表示开关闭合或断开二个状态的量，按一定 编码的数字量和串行脉冲序列等。
t
t
a) 模拟信号
b) 数字信号
过程通道/ I/O通道的功能：
同步通信可工作在几十~几百千波特。但同步通信 要求用精确的同步时钟，实现收发双方的严格同步。
一般异步串行通信用在数据传送时间不能确知， 发送数据不连续，数据量较少和数据传输速度较低 的场合；而同步通信则用在要求快速、连续传输大 批量数据的场合。
常用串行通信接口芯片：Z-80系列的SIO、Intel 系列的8251A等。
查询式I/O接口简化流程图
1. 将从被控对象采集的参量变换成计算机所 要求的数字量（或开关量）的形式，送入 计算机。（A/D转换器完成）
2.计算机按某一数学公式计算后，又将其结果 以数字量形式或转换成模拟量形式输出至 被控对象。（D/A转换器完成）
➢ （P15）
二、I/O信号的种类： 1）数据信息 ：主机和外围设备交换的基本信息（8位
通常波特率在
50~9600波特之间， 高速可达19200波 特。
串行通信多采
用异步通信，收发
双方的时钟误差或
波特率误差允许值
4~5%。
4 ）同步通信
采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通 常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符， 接着字符一个接一个的传输。在没有信息要传送时， 要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
或16位、串行或并行） 1. 数字量、2. 模拟量、 开关量、4. 脉冲量
2）状态信息 ：外围设备通过接口向CPU提供的 反映外围设备所处的工作状态的信息。它作为两 者交换信息的联络信号。（输入信号）
3）控制信息： CPU通过接口传送给外围设备的。 （输出信号）
（P16）
示意图
数据信息
主
外
机
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2.2 I/O控制方式
本节任务： 掌握I/O控制方式及其应用场合，重点
掌握中断控制方式。 CPU为了很好的控制各个外设，需要
控制方式。常用的控制方式有：程序控制 方式、 中断控制方式和直接存储器存取 方式－DMA存取方式。
一、程序控制方式
程序控制I/O方式，是指CPU和外设之间的信 息传递，是在程序控制下进行的。可分为无条件 I/O方式和查询I/O方式。
1 ) 全双工方式
CPU通过串行接口和外围设备相连。串行接口和外 设之间有两根数据传输线，串行接口可同时输入和 输出数据，计算机可同时发送和接收数据。这如同 马路上左右道。
外 设
接 口
计 算 机
2） 半双工方式
串行接口和外设之间只有一根数据传输线，某一时 刻数据只能一个方向传送。这很像交通中有时间 限制的单行线。（打印机）
门电路
& 与非门
=1 异或
≥1 或门 1 非
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2.1 概 述
➢ 计算机控制系统的硬件组成：主机、外围设备 ➢ 两类外设： 1）常规外设，如键盘、CRT、打印机、磁盘机 2）被控设备和检测仪表、显示装置、操作台等 ➢ 无论哪一类外设都要通过Ｉ/O接口和输入/输出通道
外 设
接 口
计 算 机
另外还有“单工方式”，现在已经很少采用。 3） 异步通讯 通讯中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一
字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的。 异步通讯是字符是一帧一帧传送的，每帧字符的传送
靠起始位来同步。
帧的定义：
用一个起始位表示字符开始，用停止位表 示字符结束，在起始位和停止位之间是n位 字符及奇偶校验位。这样的一串数据，叫 做帧。
设置I/O接口电路的必要性： 1）解决主机CPU和外设之间的时序配合和通信
联络； 2）解决CPU和外设之间的数据格式转换和匹配
问题； 3） 解决CPU的负载能力和外设端口选择问题。 （P14~15）
（二）I/O通道
➢ I/O通道：也称过程通道。是计算机和控制对 象之间信息传送和变换的连接通道。 模拟量输入/输出通道、数字量输入/输出通道
（一）无条件I/O方式 • 不必查询外设状态即可进行信息传送 • 此方式下，外设总是处于就绪状态（开关、LED
显示器） • CPU和外设之间的接口电路通常采用输入缓冲器
和输出锁存器。由地址总线和M/IO信号端经端口 译码器译出所选中的I/O端口，用读写信号决定数 据流向。
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（二）查询方式
➢ 查询方式中，CPU和外设的I/O接口除设置数据端 口外，还有状态端口。
状态信息
围
系 统
控制信息
设 备
三、计算机和外部的通讯方式
1）并行通信
2）串行通信
3）有线网络通信
4）无线通信 （P17）
（一）并行通信
（1）传输线条数n = 传送数据的位数n； （2）传送速度快、信息率高； （3）握手信号线一般是两条（控制和状态线） 握手信号线在某些芯片中是固定的，某些则是
通过软件编程指定的。
（4）在短距离的传送中常采用。 常用的并行接口电路芯片，如Z-80系列的
PIO、Intel系列的8255A等。
（二）串行通信
（1）传输线条数n=1～2；
（2）传输线既可做数据线又可做联络线用；
（3）每个数据都占一个固定的时间长度；
串行通信分为全双工方式和半双工方式、同步方式 和异步方式。
➢ 状态端口的指定位表明外围设备的状态，通常只是 “0”和“1”的两状态开关量。
➢ 交换信息时，CPU通过执行程序不断读取并测试外 围设备的状态，如果外围设备处于准备好（输入时） 或空闲状态（输出时），则CPU执行输入或输出指 令，与外设交换信息，否则CPU要等待。
➢ 多个外设时， CPU进行分时控制。
(I/O通道)与CPU的总线相连 ➢ 外围设备分类： 1. 机械式、机电式、电子式 2. 输入设备、输出设备、既可输入又可输出的设备
➢ 信息类型：数字量、模拟量、开关量 ➢ 信息传送方式：并行传送、串行传送 一、接口、通道及其功能 什么是I/O接口？为什么需要I/O接口电路？
？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I/O接口 是主机和外设之间交换信息的连接部 件，它起桥梁和纽带作用。
➢ 数据采集的参量分两类：
1. 模拟量：时间上和数值上都连续变化的物理量， 如温度、压力、流量、速度、位移等。
2. 数字量（开关量）：时间上和数值上都不连续的 量，如表示开关闭合或断开二个状态的量，按一定 编码的数字量和串行脉冲序列等。
t
t
a) 模拟信号
b) 数字信号
过程通道/ I/O通道的功能：
同步通信可工作在几十~几百千波特。但同步通信 要求用精确的同步时钟，实现收发双方的严格同步。
一般异步串行通信用在数据传送时间不能确知， 发送数据不连续，数据量较少和数据传输速度较低 的场合；而同步通信则用在要求快速、连续传输大 批量数据的场合。
常用串行通信接口芯片：Z-80系列的SIO、Intel 系列的8251A等。
查询式I/O接口简化流程图
1. 将从被控对象采集的参量变换成计算机所 要求的数字量（或开关量）的形式，送入 计算机。（A/D转换器完成）
2.计算机按某一数学公式计算后，又将其结果 以数字量形式或转换成模拟量形式输出至 被控对象。（D/A转换器完成）
➢ （P15）
二、I/O信号的种类： 1）数据信息 ：主机和外围设备交换的基本信息（8位
通常波特率在
50~9600波特之间， 高速可达19200波 特。
串行通信多采
用异步通信，收发
双方的时钟误差或
波特率误差允许值
4~5%。
4 ）同步通信
采用同步通信时，将许多字符组成一个信息组，通 常称为信息帧。在每帧信息的开始加上同步字符， 接着字符一个接一个的传输。在没有信息要传送时， 要添上空字符，因同步传输不允许有间隙。
或16位、串行或并行） 1. 数字量、2. 模拟量、 开关量、4. 脉冲量
2）状态信息 ：外围设备通过接口向CPU提供的 反映外围设备所处的工作状态的信息。它作为两 者交换信息的联络信号。（输入信号）
3）控制信息： CPU通过接口传送给外围设备的。 （输出信号）
（P16）
示意图
数据信息
主
外
机
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2.2 I/O控制方式
本节任务： 掌握I/O控制方式及其应用场合，重点
掌握中断控制方式。 CPU为了很好的控制各个外设，需要
控制方式。常用的控制方式有：程序控制 方式、 中断控制方式和直接存储器存取 方式－DMA存取方式。
一、程序控制方式
程序控制I/O方式，是指CPU和外设之间的信 息传递，是在程序控制下进行的。可分为无条件 I/O方式和查询I/O方式。
1 ) 全双工方式
CPU通过串行接口和外围设备相连。串行接口和外 设之间有两根数据传输线，串行接口可同时输入和 输出数据，计算机可同时发送和接收数据。这如同 马路上左右道。
外 设
接 口
计 算 机
2） 半双工方式
串行接口和外设之间只有一根数据传输线，某一时 刻数据只能一个方向传送。这很像交通中有时间 限制的单行线。（打印机）