《微机原理与接口技术》输入输出接口及数据传输(备用)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微型计算机原理及其应用
输入/输出接口和数据传输
1
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
2
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
3
第七章：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。
12
第七章：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。
10
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
11
第七章：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。
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)数据格式转换功能(串/并转换)； (2)联络功能(协调数据传送的状态信息)； (3)速度匹配功能； (4)寻址功能；
7
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
8
第七章：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。
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。
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，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。
Biblioteka Baidu
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。
9
第七章：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。
5
第七章：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)。
6
第七章：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
4
第七章：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。
输入/输出接口和数据传输
1
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
2
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
3
第七章：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。
12
第七章：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。
10
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
11
第七章：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。
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)数据格式转换功能(串/并转换)； (2)联络功能(协调数据传送的状态信息)； (3)速度匹配功能； (4)寻址功能；
7
第七章：输入/输出接口和数据传输
1. 输入/输出接口功能 2.CPU和输入输出设备间的信号 3. 接口部件的I/O端口和寻址方式 4.CPU和外设间的数据传送方式
8
第七章：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。
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。
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，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。
Biblioteka Baidu
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。
9
第七章：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。
5
第七章：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)。
6
第七章：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
4
第七章：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。