計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 微型計算機(jī)原理與接口技術(shù) IO接口

I/O接口

一、存儲器結(jié)構(gòu)的確定(單體？多體？)根據(jù)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)確定二、存儲器芯片的選配位擴(kuò)展、字?jǐn)U展、字位擴(kuò)展三、存儲器接口的設(shè)計線選法、局部譯碼法、全譯碼法復(fù)習(xí)如何設(shè)計存儲器？MOVAL，[BX]CPU與存儲器交換信息：21000設(shè)(DS)=2000H,(BX)=1000H,MOVAL，[BX]

指令的數(shù)據(jù)傳送過程。20H20H20HCPU與存儲器交換信息：CPU與外設(shè)交換信息：1、數(shù)字量信息2、模擬量信息3、脈沖量信息4、開關(guān)量信息6.1I/O接口的基本功能與結(jié)構(gòu)6.2I/O端口的編址方式6.3I/O同步控制方式6.4I/O接口中的中斷技術(shù)第六章I/O接口6.1I/O接口的基本功能與結(jié)構(gòu)一、接口的基本概念I(lǐng)/O接口：總線與外設(shè)間的接口。I/O設(shè)備：用于輸入/輸出的外部設(shè)備。（系統(tǒng)中除CPU和M的每個部分都可看作外設(shè)）（接口是把微機(jī)與外界各種檢測、控制對象聯(lián)系起來的紐帶和橋梁。）MPURAMROMI/O接口外設(shè)ABDBCB一般接口由接口電路,連接器(連接電纜),接口軟件(程序)組成。主機(jī)系統(tǒng)(CPU系統(tǒng))總線接口電路連接電纜外部設(shè)備I/O接口技術(shù)：是信息傳送的控制技術(shù)。是一種采用軟、硬件結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間協(xié)調(diào)與匹配，實(shí)現(xiàn)二者之間高效、可靠的信息傳遞的一門技術(shù)。用戶交互接口內(nèi)務(wù)操作接口傳感器接口控制接口1.

按接口所連外設(shè)的形式和功能不同，接口通常分為：

接收來自用戶的信息或向用戶發(fā)送信息。

使微處理器能發(fā)揮最基本的處理和控制功能。如：時鐘電路、內(nèi)存接口等。

解決信號的功率放大和數(shù)模轉(zhuǎn)換兩大問題。

將傳感器輸出信號轉(zhuǎn)換成微機(jī)所能接受的數(shù)字量。二、接口的分類并行接口串行接口可編程接口不可編程接口3.按可編程的性質(zhì)，可分為：2.按外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸方式，可分為：不同外設(shè)的接口，其功能及與外設(shè)的連接、通信方式各不相同。但任何接口電路的基本功能是相同的：基本功能作為微型機(jī)與外設(shè)傳遞數(shù)據(jù)的緩沖站；正確尋址與微機(jī)交換數(shù)據(jù)的外設(shè)；提供微型機(jī)與外設(shè)間交換數(shù)據(jù)所需的控制邏輯和狀態(tài)信號。同樣，不同外設(shè)接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能千差萬別，但其基本結(jié)構(gòu)也是相似的。與接口的基本功能相對應(yīng)，接口電路必須包含以下三種基本邏輯部件：I/O數(shù)據(jù)緩沖寄存器——與功能1)對應(yīng)寄存器地址譯碼器——與功能2)對應(yīng)讀/寫控制邏輯——與功能3)對應(yīng)對于一些比較復(fù)雜的接口,為了增強(qiáng)功能和適應(yīng)不同I/O同步控制方式的需要，往往還要引入一些別的邏輯電路。基本結(jié)構(gòu)外部設(shè)備工作時序圖典型結(jié)構(gòu)接口的組成數(shù)據(jù)寄存器：保存外設(shè)給CPU和CPU發(fā)往外設(shè)的數(shù)據(jù).命令寄存器：保存CPU給外設(shè)或接口電路的命令.狀態(tài)寄存器：保存外設(shè)或接口電路的狀態(tài).數(shù)據(jù)總線緩沖器：芯片內(nèi)總線和外部數(shù)據(jù)總線的連接。地址譯碼：選擇接口電路內(nèi)部各端口寄存器的地址；控制部件：產(chǎn)生一些接口電路內(nèi)部的控制信號。聯(lián)絡(luò)邏輯部件：產(chǎn)生CPU和外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的同步信號。聯(lián)絡(luò)狀態(tài)邏輯中斷請求中斷響應(yīng)準(zhǔn)備好選通組成：寄存器和控制邏輯兩大部分。并非所有接口都具備上述全部組成部分通常把接口中可被CPU讀/寫的寄存器稱為I/O端口。端口寄存器的全部或部分端口線被連接到外設(shè)上。如圖所示:M

P

UABDBCB接口數(shù)據(jù)狀態(tài)控制I/O設(shè)備I/O端口1I/O端口2I/O端口3

所謂的I/O操作,是指I/O端口操作，而不是指I/O設(shè)備操作，即CPU訪問的是與外設(shè)相連的I/O端口，而不是籠統(tǒng)的I/O設(shè)備。6.2I/O端口的編址方式微處理器與指定外設(shè)間的信息交換是通過訪問該外設(shè)相對應(yīng)的端口來實(shí)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)對這些端口的訪問，則取決于這些端口的編址方式。通常有兩種編址方式：存儲器映像方式隔離I/O方式6.2.1存儲器映像方式這種方式是將I/O端口與存儲器單元同等看待，一起編址，所以也叫統(tǒng)一編址方式。則對外部設(shè)備輸入輸出操作可視為存儲器的讀寫操作。讀/寫AB存儲空間存儲器I/O端口控制控制邏輯MPUDBRDWR整個存儲器尋址空間分為兩半：高半地址為I/O端口地址，低半地址是真正的存儲器地址。存儲器空間:0000——EFFFH端口空間:F000——FFFFHMOVAL,[F100H](端口地址)DS=0000HMOVAL,[0100H](存儲器地址)ADD[F101H],AL(端口地址)

(2)I/O端口數(shù)目(即外設(shè)數(shù)目)只受總存儲容量的限制,大大增加了系統(tǒng)的吞吐率。1.優(yōu)點(diǎn)：(1)I/O操作與存儲器操作完全相同，無需使用專用I/O指令，而存儲器操作指令及其尋址方式非常豐富，從而使I/O功能增強(qiáng)，編程方便、靈活。

(3)使微機(jī)系統(tǒng)的讀寫控制邏輯簡單。使用統(tǒng)一的MEMR*或MEMW*控制信號即可。與內(nèi)存區(qū)別只需通過地址譯碼去實(shí)現(xiàn)。讀/寫AB存儲空間存儲器I/O端口控制控制邏輯MPUDBRDWR(2)

為識別一個端口，必須對全部地址線譯碼，增加了地址譯碼電路的復(fù)雜性，并使外設(shè)尋址時間增長。(1)占用了存儲器的一部分地址空間，使可用的內(nèi)存空間減少。2.缺點(diǎn)：(3)

訪問存儲器與I/O操作區(qū)別不明顯。讀/寫AB存儲空間存儲器I/O端口控制控制邏輯MPUDBRDWR將I/O端口和存儲器分開編址，即兩者的地址空間是互相“隔離”的。6.2.2隔離I/O方式有兩個地址空間，MPU使用不同的讀寫控制信號訪問存儲器和I/O端口。MPU必須采用專用I/O指令訪問I/O端口，以便產(chǎn)生相應(yīng)的I/O讀寫信號。存儲器(1MB)MPU控制邏輯I/O端口(256個)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB獨(dú)立地址空間存儲器空間:0000——EFFFH端口空間:00——FFHMOVAL,[80H]MOV[60H],AL訪問M單元:INAL,80HOUT60H,AL訪問端口:1.優(yōu)點(diǎn)：存儲器全部地址空間都不受I/O尋址影響；I/O地址譯碼較簡單，I/O尋址速度較快；使用專用I/O指令和存儲器訪問指令有明顯區(qū)別，可使編制的程序清晰易懂，便于檢查。存儲器(1MB)MPU控制邏輯I/O端口(256個)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB2.缺點(diǎn)：

I/O指令類型少，不如存儲器訪問指令豐富，使程序設(shè)計靈活性較差；I/O指令只能在規(guī)定的內(nèi)部寄存器和I/O端口間交換信息，處理能力和靈活性不如存儲器映象式強(qiáng)；MPU必須提供存儲器和I/O兩組讀寫控制信號,增加了控制邏輯的復(fù)雜性。存儲器(1MB)MPU控制邏輯I/O端口(256個)MEMRMEMWIORIOWR/W控制2020８８８８ABDB6.2.3Intel系列處理器的I/O編址方式

Intel系列MPU既可采用隔離I/O編址方式,又可使用存儲器映象I/O編址方式。8086/8088CPU就是采用隔離I/O編址方式：內(nèi)存地址范圍為00000---FFFFFH;I/O端地址的范圍為0000---FFFFH。以8086／8088為例：①直接尋址（地址范圍：00－FFH）

INAL，portOUTPort，ALINAX，portOUTport，AXINEAX，portOUTport，EAX②間接尋址（地址范圍：0100－FFFFH）

INAL，DXOUTDX，ALINAX，DXOUTDX，AXINEAX，DXOUTDX，EAXI/O端口尋址方式有直接尋址和間接尋址兩種：PC機(jī)系統(tǒng)中的I/O地址空間:PC機(jī)只用10根I/O地址線（A0-A9），即只使用前1K字節(jié)I/O尋址空間。1KB的I/O端口在系統(tǒng)中如何分配？6.3I/O同步控制方式數(shù)據(jù)輸入緩存器數(shù)據(jù)輸出緩存器接口數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線MPU外設(shè)

系統(tǒng)ABIOR/IOW①③②③I/O同步控制方式是微機(jī)基本系統(tǒng)與I/O外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的管理方法，是微機(jī)系統(tǒng)的一種調(diào)度策略。輸入過程輸出過程輸入輸出①②②、③由輸入指令完成①、②由輸出指令完成I/O設(shè)備的同步控制方式通常有五種：無條件傳送方式程序查詢式控制中斷驅(qū)動式控制直接存儲器存取式控制（DMA）延時等待式控制1.無條件傳送方式（同步傳送方式）這種傳送有前提：一旦CPU與外設(shè)交換數(shù)據(jù)時，外設(shè)必須就緒。而CPU可以認(rèn)為它們總是處于“就緒”狀態(tài)，隨時可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送;適合于簡單設(shè)備，如LED數(shù)碼管、按鍵或按紐等;(1)特點(diǎn)：指CPU對外設(shè)接口的讀寫隨時都可以進(jìn)行，不需要等待某種條件的滿足。0－閉合（紅）1－打開（綠）

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTST:INAL,68H0－閉合（紅）1－打開（綠）0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTTESTAL,80HJZRED

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAH0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTMOVAL,0AAH

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST0－閉合（紅）1－打開（綠）OUT68H,AL

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAH0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTRe:JMPSTJMPRe

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAH0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTST:INAL,68H

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAH0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTTESTAL,80HJZRED

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAH0－閉合（紅）1－打開（綠）ST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPSTRed:MOVAL,55H

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAHST:INAL,68HTESTAL,80HJZREDMOVAL,0AAHOUT68H,ALJMPReRed:MOVAL,55HOUT68H,ALRe:JMPST0－閉合（紅）1－打開（綠）OUT68H,AL

K閉合紅燈亮，打開綠燈亮。

紅燈亮：01010101＝55H

綠燈亮：10101010＝AAHI/O操作總是由MPU通過程序查詢外設(shè)的狀態(tài)來啟動，即總是MPU主動，I/O被動。2.程序查詢式控制CPU需要選了解（查詢）外設(shè)的工作狀態(tài)，然后在外設(shè)可以交換信息的情況下（就緒）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入或輸出。對多個外設(shè)的情況，則