输入输出接口技术和输入输出通道

功能：

信号的输入通路。 信号的输出通路。
实现模拟量与数字量之间的信号 方便、可靠、高效率的变换
1、接口、通道及其功能
I／O通道：
给计算机提供被控对象的各种物理参数的通道
称为信号的输入通路。
传输计算机控制命令作用于被控对象的通道称
为信号的输出通路。
1、接口、通道及其功能
I／O通道：

外部中断：
通过I／O接口硬件向CPU发出中断请求信 号，从而引起一个中断处理过程。

8086有两个中断引脚：NMI和INTR。

NMI是非屏蔽中断，不受中断允许标志IF控制的， 只要收到信号立即响应中断服务程序。一般用来处 理设备的中断故障。 INTR为可屏蔽中断，只有当IF＝1时才相应中断服 务程序。
缺点

适用于多个按一定规律工作的生产、机械过程
查询传送方式实时响应

所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等 于任一外围设备的最短响应时间（也称危险时 间） ∑各外设的服务时间 ≤ 任一外设的最短响应时 间 最短响应时间：设备相邻2次请求服务的最短 间隔时间


不能丢失任何一个任务！！！！！
2、中断控制I/O方式
单信号输入通道：


高电压大电流
低电压小电流 频率信号 开关信号
多信号输入通道
2、I／O信号的种类
2、I／O信号的种类
数据
CPU
状态 控制
外部 设备
外部设备与CPU之间交换信息，通常有三类信息 数字量 数据信息 模拟量 开关量 状态信息
控制信息

脉冲量：脉冲列，其频率和个数可表示物理量
2、I／O信号的种类
状态信息： 状态信息也称握手信息、应答信息，它是 反应外部设备的状态。 是cpu和外设之间交换信息的联络信号 Eg： cpu cpu ready busy
2、I／O信号的种类
控制信息： 用来控制I／O装置的启动或停止，信息 流入或流出，端口寻址信号等信息，它是由 CPU发送给外部设备的控制信号
2、I／O信号的种类

为保证信息的正确传送，I／O接口往往开辟三个不同 的端口来传送数据信息、状态信息和控制信息。
3、cpu与外设的通信方式
3、cpu与外设的通信方式
计算机与外部交换信息叫做通信（communication）
并行通信： 把一个字符的各数位用几条线同时进行传输 速度快，协调，异步传输。成本高，复杂 串行通信： 数据按位进行传送的
发送
A 接收 K1 K2 接收 B
发送
接口与外围设备间有1条数据传输线 优点：传输效率稍低 缺点：省一根传输线
同步通信：
在一组字符前后加同步字符，标志一组数据
块的开始与结束，接收装置接收到同步字符
而开始接收数据，直到接收后同步字符，一 帧数据接收结束。
SYN SYN 控制字符
...



图6-5 软件查询方式
软件查询中断控制程序

DVC1:


DVC2:
DVC3:
DVEND:

PUSH IN TEST JZ CALL JMP IN TEST JZ CALL JMP IN TEST JMP CALL POP IRET
AX 因为在查询程序中要用到AX寄存器，因 AL , STAT1 要保存它原来的内容 AL, 20H DVC2 CCS1 DVAND AL , STAT2 外围设备中断的优先权由所处查询序列 AL, 20H 中的位置决定。 DVC3 CCS2 DVAND AL , STAT3 AL, 20H DVAND CCS3 AX
本章学习目的:

解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机 和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率 的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须 解决的基本问题
主要内容

概述：接口、通道、IO信号种类、通信方式
IO控制方式：程序控制、中断控制、直接存取 IO接口设计 DA、AD转换器 抗干扰措施
I/O端口中的数据，取决于M/IO信号

WR写信号（输出），低电平有效，对存储器或I/O写操作 ，具体哪种操作取决于M/IO信号

M/IO存储器/输入/输出控制信号（输出）若此信号为高电 平，表示CPU和存储器之间进行数据传输；若为低电平，
表示CPU和输入输出设备之间进行数据传输。
有条件传送方式——查询传送方式

CPU是英语“Central Processing Unit”的缩写 ，是计算机的大脑，起到运算数据的作用，而 CPU的指令调用、数据传输、各个设备的工作 状态都需要CPU通过MPU转接控制才能完成

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查询传送方式
优点：

传送可靠、接口简单、不占用中断传输线、程 序设计简单 Cpu需不断读取、检测状态，费时间、效率低

设置原因： 解决主机cpu和外围设备之间的问题
1、接口、通道及其功能

设置原因：
1、时序配合和通信联络问题
cpu快、外设速度不定，因此异步工作 2、数据格式转换匹配问题 cpu并行，外设不定 、串行；速率、电平匹配 3、负载能力和外设端口选择、
cpu超载，可靠性降低，多外设数据混乱
4、端口可编程功能（单口复用） 5、传输错误检测功能（奇偶校验、冗余校验）

直接存取DMA方式
有的系统可同时采用2到3种控制方式
1、程序控制方式

指CPU和外围设备间信息传送实在程序控制下 进行的。

分类：

无条件传送方式 查询式传送方式 （条件传送方式）
无条件传送方式

定义： 当外设已准备就绪，不必查询外设的状态 而进行信息传输，这就称为无条件传送。

适用范围： 只适用于简单的外设， eg：开关和LED数码段显示器等
2、中断控制I/O方式
多重中断处理时必须解决以下四个问题

实时响应
对于每个外围设备的中断请求，CPU都能接受 到并在最短响应时间内给予服务。

按优先权顺序处理 优先权顺序：多个外围设备同时提出中断请求 时，应能按轻重缓急设定中断顺序，逐个进行处 理。优先级高的中断源可中断优先级低的中断
小结 多重中断处理时必须解决的四个问题
是计算机通信网络中常用的、最简单的传输方式
由于这种方式的字符发送是相互独立的故称为异步方式
第二节 IO控制方式

控制方式 原因： cpu与外设种类、功能、工作速度差异
定义：为了使外设在cpu控制下有机、协调、
可靠、高效率的工作，采取的cpu控制
外设的策略
cpu采用分时控制
基本控制方式

程序控制方式: 无条件、查询式 中断控制方式

CPU通过执行程序不断读取并测试外设状态， 如果输入外设处于已准备好状态或输出外设为 空闲状态时，则CPU执行传送信息指令。 查询传送方式的接口电路应包括： 传送数据端口及传送状态端口。 状态：由开关量0、 1 表示 多个外设：逐一查询、逐一服务



锁存器，就是把当前的状态锁存起来，使CPU 送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间 锁存后状态不再发生变化，直到解除锁定。 缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。 前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以 便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存 放处理器送往外设的数据

2、中断控制I/O方式
多重中断处理时必须解决以下四个问题

保存现场和恢复现场
在中断服务程序开始设置保存现场、中断返回 前恢复现场。（软件编程可解决，保存/恢复指令）
保存和恢复通用寄存器的内容

正确判断中断源
要能正确地找到申请中断的外围设备的中断服 务程序入口地址，且能跳转到这个入口。
（硬件为基础解决—中断向量表；软件查询）

MPU 是Micro Processor Unit的所写微处理器 。早期甚至多达7、8颗，但目前大多合并成2 颗，一般称作北桥（North Bridge，是主板芯 片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称 为主桥）芯片和南桥（South Bridge，南桥芯 片负责I/O总线之间的通信)芯片，在计算机中 起到转接桥的作用，转接数据.（转自百科）
2、I／O信号的种类
数据信息： 微机中，数据通常为8位或16位 数字量: 由键盘、光电输入机、卡片机等读入的信息，一般是 以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数或字符。 模拟量: 现场信息经过传感器把非电量转换成的电量以及执 行机构所能接受的控制量。 开关量: 只有开和关两个状态，用一位二进制数来表示
数据字符 控制字符
SYN
优点：比异步传输效率稍高。 缺点：若数据有一位错，就必须重传整块数据，
且控制比较复杂
要传送的字符代码前加一起始位，以示该字 异步通信：
符代码开始，在字符代码后面加一停止位， 以示该字符代码结束。 起始位：1跳变0 开始传输

优点：如果有错，只需重发一个字符， 控制简单
缺点：开销大，效率低，速度慢。。

图6-3中断方式原理图
图6-8中断服务子程序
2、中断控制I/O方式

定义： 当外围设备需要请求服务时，向CPU发出 中断请求，CPU响应外围设备中断，停止执行当 前程序，转去执行一个外围设备的服务程序。中 断处理完毕，CPU又返回来执行原来的程序。

分类：外部中断、内部中断
2、中断控制I/O方式

查询式输出接口电路
WR
地址总线
_____
1 74 LS 32 4
数据总线
≥1