第8章输入输出接口基础与总线0520

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微型计算机原理与应用
查询方式下的输入接口
输入接口硬件 ：数据输入口和状态端口 & 2
数 据 锁存器 数 据 缓冲器
译码选择 RD(读数据)
(8位)
输入 +5V 设备 D C R Q
三 态 缓 冲 器
(8位)
CS2 Ready & 1 CS1 RD(读状态) I/O 译码
D7～ D0 M/IO A15～A0
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输出接口软件 ：程序流程图
开始 初始化 读入状态 Y 忙否？ N 输入一数据→外部 传送完 Y 结束
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N
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例4 设某接口的状态端口地址为STATE，状态位从D7位输入， 数据端口的地址为OUTPORT，输出数据的总字节数为OUTCOUNT，试 编制查询式输出数据的程序段。 解：设输出数据段在内存单元的首地址为BUFF MOV SI, BUFF MOV CX, OUTCOUNT OUTPUT：IN AL, STATE TEST AL,80H JZ OUTPUT MOV AL, [SI] OUT OUTPORT, AL INC SI LOOP OUTPUT
缺点：
CPU指令系统中必须有专门的IN和OUT指令，而且这些指令的功能没有 访问存储器的指令强。
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2. CPU与端口之间的接口技术
(3)端口与CPU之间的接口 ①简单I/O接口的组成 简单I/O接口的组成：地址译码、数据锁存与缓冲器、状态 寄存器、命令寄存器等。 ②地址译码电路 地址译码电路是接口的重要组成部分。 地址译码电路分为两个部分：接口的选择和端口的选择。
0 0 0 0 0 0 0 3 1 1 0 1 7 1 1 1 0 8 0 0
A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
14
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A12
A13
A14
A15
≥1
A11 A10
A7 A9
U1
G2B
G2B
M/IO A6 A5 A8 A4
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例1 某接口有四个端口分别为数据端口A、数14据端口B、数据端 口C和控制端口。数据端口A和数据端口C为输入口，数据端口B和 控制端口为输出口， 系统分配给接口的地址是378H、379H、 37AH、37BH。设系统为最小工作模式，试设计接口的译码电路。
解：该接口共有四个端口地址，取地址码最低两位A1、A0作为 接口内不同端口的选择，即：数据端口A、数据端口B、数据端 口C和控制端口分别对应四种组合00、01、10、11，高14位地址 码译出本接口的选择地址378H（也是数据端口A的地址）。
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1.概述
数据信号
数字量：以二进制形式表示的数据、图形或文字信息。 模拟量：以连续形态出现的物理量。 开关量：只有两种状态（0，1）的量。 脉冲量：具有上升和下降沿特征的信号。
状态信号 作用：指示外部设备当前的工作状态，协调CPU与外部设备之间 的操作。 控制信号 作用： CPU向外设发出的命令。
三种方式：程序控制传送方式、中断技术传送方式、DMA传送方式 (1)程序控制方式 程序控制传送方式----在程序控制下进行信息传送。 包括两种方式：无条件传送和条件传送。
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无条件传送:
D0 D1 · · · D7 M/IO CS WR 1D 2D 1Q 2Q · · · 8Q CLK &
→ 74LS373：8位锁存，D触发器。 → 74LS138：3进8出。
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2. CPU与端口之间的接口技术
(2)端口的编址方式 ①端口 接口内部通常设置有若干个寄存器，用来暂存CPU和外设之 间传输的数据、状态和命令，这些寄存器被称为端口。 端口分3种：数据端口、命令端口和状态端口。
例2 设有某8位I/O接口电路芯片，其内部有 4个可寻址的端口， 并已知该I/O接口电路芯片的起始地址为328H，仅使用8086CPU中 偶地址的接口技术，试求出该I／O接口电路芯片的其余地址并设 计出该接口电路。 解：用CPU的二位地址线A2和A1作为I／O接口电路芯片内部寻址， 其余地址线经译码后可求得该芯片的片选信号，与低8位地址线 连接，A0=0，译码地址应为328H。其接口电路芯片内部的 4个
HOLD
DMAC
内 存 储 器
C P U
地址寄存器
HLDA 字节计数器 状态寄存器 控制寄存器
பைடு நூலகம்DREQ DACK
外 设 接 口
外设
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(3)DMA传送方式操作过程： ①初始化DMAC ②外设通过DMAC向CPU发出DMA请求 ③ CPU响应DMA请求 ④ DMAC接管总线的控制权 ⑤实现数据传送 ⑥ DMA结束
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②总线的特性 物理特性:指总线的物理连接方式。 功能特性:是总线中的每一根线所起的作用。 三种功能： 地址总线:是微型计算机用来传送地址的单向、三态总线。 数据总线:是传送数据或代码的双向、三态总线。 控制总线:用来实现控制信号传送的总线。 电气特性:定义总线中的每一根线上信号的传送方向、有效电平范围。 一般规定送入CPU的信号叫输入信号，从CPU送出的信号叫 输出信号。 时序特性:定义总线中的每一根线在哪个时钟周期有效，即每根线的 时序。
&
U2 G1 C B A
Y0 Y1 Y2 Y3
A3
接口的译码电路→
A2 A1 A0
U3
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③8086 CPU与端口之间的硬件接口
8086CPU的数据总线是16的，而接口电路的芯片中的端口是8 位,硬件接口三种方法：
◆仅使用8086CPU偶地址的接口技术
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缺点：
I/O端口占用了存储单元的地址空间 I/O译码电路变得较复杂 访问存储器的指令一般要比较长，延长了输入输出操作时间。
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◆独立编址方式
优点：
可读性好，输入输出指令和访问存储器的指令有明显的区别，使程序 清晰； I/O指令长度短，执行的速度快，占用内存空间少； I/O地址译码电路较简单。
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(2)中断技术传送方式
中断方式传送的输入接口： 输 入 锁 存 器
查询方式：实时性差,CPU效率低
输 入 设 备 IR5
输 入 缓 冲 器
D0～D7
选通
1 中断管理器 8259 地址 译码
A0～A15 M/IO
C P U
INTR
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(3)DMA传送方式
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输入接口软件 ：程序流程图
开始
初始化
读入状态 N 数据准备好 Y 输入一数据→CPU 输入→内存缓冲区 N 传送完 Y
结束
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例3 设某接口的状态端口地址为STATE，状态位从D7位输入， 数据端口的地址为INPORT，输入数据的总字节数为INCOUNT，试编 制查询式输入数据的程序段。 解： 设输入数据存放在内存单元的首地址为BUFF MOV SI, BUFF MOV CX, INCOUNT INPUT：IN AL, STATE TEST AL, 80H JZ INPUT IN AL, INPORT MOV [SI], AL INC SI LOOP INPUT
(1)概述 总线--在微型计算机系统中，采用一组公共的信号线作为微型 计算机各部件之间的通信线，这种用于各部件之间传送 信息的公共信号线称为总线（BUS）。 ①分类： 按信息传送的类型可分为三种：地址总线、数据总线和控制总线。 按总线的规模、用途和应用场合可分为四类： 1）芯片内部总线 2）元件级总线也叫片级总线或局部总线， 3）系统总线系统总线也叫板级总线 4）外部总线
OUT使三个信号 同时有效，CLK 有效，则信息进 入同时输出控制 8个LED发光二极 管亮和灭。
74LS273
8D
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条件传送: （查询式传送 ）
一个数据传送的过程软件必须由以下三个环节组成： ① CPU从状态端口中读取一个状态字。 ② CPU检测状态字的某对应位是否满足“就绪”的条件，如 果不满足，则回到前一步重新读取状态字。 ③ 如果状态字表明该外设已处于“就绪”状态，则进行数据 的传送。
◆使用8086CPU连续地址的接口技术
D15~D8 8 D0 ┇ 8286 D7 A T OE D0 ┇ 8286 D7 A T OE ≥1 1 A0~ A9 地址 译码器 ≥1 CS A0 A1
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D0~ D7 8
D0 ┇ D7 接 口 电
CPU
1
IORC BHE
RD
路
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3. CPU与端口之间的数据传送方式
CPU对数据端口进行一次读或写操作，可实现 与该外部设备进行一次数据传输 CPU把控制代码写入命令端口，可实现对该外 部设备发出一个控制命令
数据的输入／输出
控制命令的输出
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② I/O端口的寻址方法 I/O端口的编址方式有两种：统一编址方式和独立编址方式。
◆统一编址方式
优点：
简化了指令系统的设计，在微处理器指令集中不必包含I/O 操作指令； 访问I/O设备的指令类型多、功能强，能用访问存储器指令,对 I/O设 备进行方便、灵活的操作； I/O地址空间可大可小，能根据实际系统上的外设数目来调整。
3
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(2)输入／输出接口的功能 ①解决CPU与外设之间速度不匹配问题 CPU的高速度，外设的低速度，通过锁存器、缓冲器匹配。 ②实现信号电平的转换 如TTL电平、232电平等。 ③实现信号格式的转换 包括：模／数与数／模转换;开关量转换：开关转为1和0; 并行—串行转换 ④实现CPU与外设之间同步工作 一般采用时序控制电路使CPU和外设同步。
可寻址的端口地址应为328H、32AH、32CH、32EH。
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仅使用8086CPU偶地址的接口:
IORC IOWC
D 0 ～ D7 A0～ A9 CPU A0 A1 A2
低8位系统数据总线
RD WR
D0 接 ┇ D7 口 电 CS 路 A0 A1
地址 译码器
&
1
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⑤实现CPU对端口的选择 通过地址译码，同一时刻选择其中某一个端口。
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2. CPU与端口之间的接口技术
(1) 最常用的简单输入／输出接口芯片 主要有缓冲器、锁存器和译码器。 ①单向缓冲器 ②双向缓冲器 ③锁存器 ④译码器
→ 74LS244：8路数据单向或两个4路单向缓冲器。
→ 74LS245：8路数据双向缓冲器。
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查询方式下的输出接口
输出接口硬件：数据输出口和状态端口 D7-D0
数 据 锁存器
译码选择
(8位) 输出 ACK 设备 R C D
& 2
选通信号
WR(写数据) M/IO CS2 I/O 译码 CS1 A15～A0
Q
+5V
& 1
RD(读状态) D1(数据总线)
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D触发器
BUSY
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输入输出接口基础与总线
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1.概述
主机 接口
输入／输出接口
外部 设备
(1)外部设备及其信号
①外部设备分类： 按工作原理分为：机械式、电动式、电子式及其它形式。
按数据传输方向分为：输入设备、输出设备、I/O复合设备。
②外部设备的信号 数据信号、状态信号和控制信号。
◆仅使用8086CPU奇地址的接口技术 用CPU的二位地址线A2和A1作为I／O接口电路芯片内部寻址，
其余地址线经译码后可求得该芯片的片选信号，与高8位地址线连
接，A0=1，译码地址应为329H。其接口电路芯片内部的 4个可寻 址的端口地址应为329H、32BH、32DH、32FH。
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微型计算机原理与应用
外设通过接口与系统连接示意图：
数据输入寄存器
数据线 数据输出寄存器 外 部 输 入 或 输 出 设 备
数据线
控制寄存器 数据线 状态寄存器
接口
DB CB AB
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CPU对外部设备的操作
任 务 具体操作
状态信息的获取
CPU对状态端口进行一次读操作，获得与这个 接口相连接的外部设备的状态信息
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DMA传送方式流程图：
DMAC初始化
外设通过DMAC向CPU发出DMA请求
CPU响应DMA请求并交出总线控制权 DMAC接收总线控制权
从源地址中读取数据
把数据写入目标地址中 字节计数器减1 数据传送结束? Y DMA结束 N 修改地址指针
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4. 总线技术