微机原理与接口技术 周荷琴第五版课件 第六章 IO接口和总线

地址线
地址译 码电路
数 输 据 入 锁 D7~0 设 存 备 器 状态信息 （Ready）
查询输出方式
查询输入方式
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式
查询传送方式
【例6-3】现欲将48000H为 首地址的顺序100个单元 的数据，利用查询方式输 出到外设。外设经输入输 出接口与8086的系统总线 连接。CPU通过三态接口 (74LS244)可以查询外设 的状态，而且当外设状态 信号=1时，可以接收CPU 由锁存器(74LS273)输出 的数据。=0时，表示外设 处于忙状态，不能接收数 据。（两个端口地址都是 00FFH）
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 无条件传送方式
【例6-2】类似于例6-1中，让接在Q0 ～Q7 上的二极管自上而下轮流点亮3s，编写程 序实现。
LOP:
MOV OUT CALL ROL JMP
AL,01H 0000H,AL DELAY AL,1 LOP
;使Q0为1，LED0先亮 ;将信息送0000H端口 ;调用延时3S子程序 ;小循环左移1位 ;循环点亮LED
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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？
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，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、磁 盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备，而磁盘、CRT显示器、打印机、 X-Y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。
1. 2. 3. 4. 输入/输出接口功能 CPU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 CPU和外设间的数据传送方式
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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和外设之间需要交换三种信息
1. 数据信息：送入CPU进行加工处理的信息或输出到外设的运算结果。
பைடு நூலகம்
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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？
因此，要实现外部设备与主机之间的连接(connection)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(interface)。
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第六章：输入/输出接口和数据传输——接口功能 输入/输出接口及其功能
数据端口：数据端口是用来存放外设送往CPU的数据或CPU要输出到外 设去的数据。这些数据是主机和外设之间交换的最基本的信息，长度一 般为1-2字节，数据端口主要起数据缓冲的作用。 状态端口：状态端口是用来指示外设的当前状态。每种状态用1位表示， 每个外设可以有几个状态位，如准备就绪位，忙碌位，错误位，它们可 由CPU读取，以测试或检查外设的状态，决定程序的流程。 控制端口：它用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字，以便控制 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。接口芯片不同，控制字的格式和内容是各不相同的，常见的控制字 有方式选择控制字，操作命令字等。


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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端口的寻址方式
220 1M
I/O端口 216 64K 存储 单元 存储器映像编址
内存单元 I/O端口 独立编址方式
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第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/输出接口功能 CPU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 CPU和外设间的数据传送方式
74244 D0
E
BUSY
D0
D0
Q0
D0
IOR
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15
IOW
~
D7
1
~
~
D7
74LS273
~
Q7
D7 外设
&
1 1
CP
1
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 查询传送方式
START: MOV AX,4000H MOV DS,AX MOV SI,8000H MOV CX,100 MOV DX,00FFH IN AL,DX AND AL,01H JZ WAIT MOV AL,[SI] OUT DX,AL INC SI LOOP GOON RET
则回到前一步读取状态字； ⑶ 如状态字表明外设已处于“就绪”状态，则传送数据。
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式
开始
查询传送方式
开始
否 初始化
测试数据 是否准备好
初始化 否
外设是否准备好？
是 输入一个字节或字到CPU 对数据进行处理 传送到内存缓冲区 操作完成否？ 处理缓冲区中数据 后续处理 查询方式输入过程流程图
是
输出一个字节或字到外设
操作完成否？ 后续处理 查询方式输出过程流程图
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 查询传送方式
CPU
D7~0 状态信息 （Busy）
地址线 地址译 码电路
数 据 锁 D7~0 存 器 状态信息 （Busy）
输 出 设 备
CPU
D7~0
数 据 缓 冲 器
D7~0
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送 的中间控制电路。接口的功能有： (1) 速度匹配功能； (2) 设置信号电平转换电路； (2)设置信息转换逻辑以满足对各自格式的要求 (3)设置时序控制电路来同步CPU和外设的工作； (4)提供地址译码电路；
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第六章：输入/输出接口和数据传输
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第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/输出接口功能 CPU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 CPU和外设间的数据传送方式
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第六章：输入/输出接口和数据传输——I/O端口和寻址方式
接口部件的I/O端口
CPU与外设通信时，传送的信息主要包括数据信息、状态信息和 控制信息。在接口电路中，这些信息分别进入不同的寄存器，通常 将这些寄存器和它们的控制逻辑统称为I/O端口 。即： I/O端口：是指I/O接口中CPU可以读/写的寄存器。一般接口通常有 数据端口、控制端口、状态端口。


2. 控制信息：是CPU发出的，用以控制外设的工作方式或外设的启动和 停止。 3. 状态信息：反映了外设当前所处的工作状态，是外设通过接口送给 CPU的信号。
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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和外设之间需要交换三种信息
CPU与外设之间不是直接交换数据、控制、状态信息，而是通过 接口间接传送的。以上三种信息在形式上都是二进制代码，它们都 是通过DB来传送的，分别放在接口内的不同端口中。而接口对DB上 数据识别其类型是根据相应的端口地址来进行。
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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CPU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、 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， 这就给计算机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。 (2)信号电平不匹配：CPU所使用的信号都是TTL电平，而外设大多是复 杂的机电设备，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。 (3)信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的通常是8位、16位或32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，有些设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 时序不一致。
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 无条件传送方式
无条件传送方式也称为同步传送方式，主要用于对简单外设进行 操作，或者外设的定时是固定的或已知的场合。也就是说，这类外 设在任何时刻均已准备好数据或处于接收数据状态，或者在某些固 定时刻，它们处在数据就绪或准备接收状态，因此程序可以不必检 查外设的状态，而在需要进行输入或输出操作时，直接执行输入输 出指令。 无条件传送方式一般用于控制CPU与低速接口之间的信息交换.例 如开关、温度、压力流量等(A/D)转换器。由于这些信号变换缓慢， 当需要采集这些数据时，外设已经将数据准备就绪了，因此无需检 查端口的状态，就可以立即采集数据。由于数据保持时间相对于CPU 的处理时间长得多，故输入端可直接用输入缓冲器与CPU的数据总线 相连。若外设是输出设备，一般要求接口有锁存能力，也就是CPU送 给外设的数据应该在接口中保持一段时间，其原因是外设的速度较 慢，所以要求CPU送到接口的数据能保持到外设动作相适应的时间。
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 无条件传送方式
【例6-1】图中外设是简单的发光二极管.此外设的接口是用锁存器来实现的。锁存 器在打入脉冲CP上升沿将输入端D的数据锁存在它的输出Q端。编写点亮二极管 的程序。 （端口地址为0000H）
MOV MOV OUT
AL,81H DX,0000H;送端口地址 DX,AL ;点亮发光二极管



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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端口的寻址方式
CPU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 问，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。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。 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。即把内存地址分配给外 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。 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，在8086CPU中，内存地址是连续的1M字节，从 00000H～FFFFFH，而外设的地址范围从0000H～FFFFH。它们相互独 立，互不影响。
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第六章：输入/输出接口和数据传输——数据传送方式 查询传送方式
查询传送也称条件方式传送，用查询方式传送时，CPU通过执行 程序不断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)或者空闲状态(输出设备)，则CPU执行输入指令或输出指令与外设 交换信息。因此，接口电路除了有传送数据的端口，还要求有传送 状态的端口。对于条件传送来说，一个数据传送过程由3个环节组成： ⑴ CPU从接口中读取状态字； ⑵ CPU检测状态字的对应位是否满足“就绪”的条件，如果不满足，
微型计算机原理及其应用
——第六章：输入/输出接口和总线
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第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/输出接口功能 CPU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 CPU和外设间的数据传送方式
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第六章：输入/输出接口和数据传输
1. 2. 3. 4. 输入/输出接口功能 CPU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 CPU和外设间的数据传送方式
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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，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、存储器和I/O接口之间传送，在数据传送过 程中，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传送方式 (程序控制方式)和硬件传送方式(主要是DMA直接 存储器存取)方式。其中，程序控制方式又包括： 无条件传送方式、查询传送方式和中断传送方式。
数字量：通常由键盘、磁盘驱动器等读入的信息，或由CPU送给打印机、 磁盘驱动器、显示器或绘图仪的信息。它们是二进制形式数据或ASCII码 表示的数据及字符。 模拟量：当微型计算机用于控制时，多数情况下的输入信息是现场连续 变化的物理量，它们常常需要被转化成电压或电流信号，然后进行模拟 /数字(A/D)转换，变成数字量，送入计算机。相反，输出控制时又要将 数字量转换成模拟量(D/A)来驱动被控对象。 开关量：开关量可以表示两个状态，如开关的通、断，电机的启动和停 止等。常常可以把一组开关量组成一个数字量，以便于计算机的处理。