《第六章输入输出接口.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章输入输出接口.doc（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第六章输入/输出接口 难点和重点1接口的基本概念我们知道接口的设置是为了使主机与外设之间协调一致地工作，使主机与外设之间的数据传输更加有效、准确，因此把接口的基本结构概念与主机及外设之间数据传输过程中存在的间题联系起来将有助于理解、掌握接口的基本结构由于主机与外设之间工作的不同步，因此要可靠有效地传输数据，数据传输双方除传输数据外，还需要相应的联络信息。这些联络信息包括外设的工作状态及主机发向外设的控制命令，这就决定了接口中应设置控制寄存器、状态寄存器。由于数据总线是各种设备以及存储器传送数据的公共总线，任何设备都不允许长期占用数据总线，仅允许选中的设备在相应的读写周期中享用数据总线。对于输出
2、数据而言，在一个写周期内驱动外部设备不太可能，而输入数据时，也不允许其与数据总线直接相连。因此接口中应设置数据总线缓冲器/锁存器解决这一间题，这就是“输入要三态，输出要锁存”的原则当传输请求发生时，接口通过中断请求电路向主机发出中断请求，由主机的中断系统决定（多个传输请求存在时）以何种策略、何种优先级顺序响应处理传输请求。接口中读写控制逻辑的设置是为了协调整个接口电路的工作。 2接口与系统的连接当8位I/O接口与16位8086CPU数据总线相连时，应注意低8位数据总线只能传送I/O设备为偶地址的端口数据，而高8位数据总线只能传送I/O设备为奇地址的端口数据。因此在选择I/O端口地址时，我们可以
3、仅使用偶端口地址或通过附加的逻辑转换电路使用连续的端口地址。5存储器直接存取（DMA）操作通常情况下，外部设备要和存储器进行数据交换，必须经过CPU执行输入输出指令及存储器读/写指令来进行。这样，既占用CPU时间，又使数据吞吐率很低。所谓存储器直接存取操作是采用DMA控制器芯片首先向CPU发出总线请求信号（如HOLD高电平有效）,申请总线占用权。CPU接收到该信号后，在结束当前机器周期后便向DMA控制器发出总线应答信号（如HLDA高电平有效）。并且，同时使地址总线、数据总线及IO/ 、 、 等信号对CPU呈现高阻隔离状态，直接接受DMA控制器控制，实现外设与存储器直接进行快速数据交换。DMA操
4、作通常用来进行磁盘与内存间的快速信息交换。编写本章的主要目的是使学生掌握接口的基本概念，熟悉一些常用的接口芯片并能够正确使用它们。本章对接口芯片的介绍主要在于应用，因此对于每一芯片应掌握其与系统如何连接及如何对其进行编程。 6.1 概 述1接口中的主要概念(l)接口：介于主机与外设之间的缓冲电路(2)端口：接口中可进行寻址读写的寄存器。接口中共有三类端口：数据端口、状态端口、控制端口。数据端口用来存储 CPU 与外设之间的传输数据。状态端口用来检测外设的工作状态。控制端口用来控制外设的实际操作。(3)状态字：CPU通过输入指令从状态端口读入的描述外设工作状态的字节。(4)控制字：CPU通过输出
5、指令向控制端口发送的表示控制命令的字节。2主机与外设之间数据传输过程中存在的问题(1)主机与外设之间工作的不同步。(2)数据总线是各种设备以及存储器传送数据的公共总线，任何设备都不允许长期占用数据总线，仅允许选中的设备在相应的读写周期中享用数据总线。(3)多个传输请求存在时，以何种策略、何种优先级顺序响应处理传输请求。6.1.1 输入/输出接口的基本功能主机与外设的通信联络控制功能设备选择功能数据缓冲功能信号格式转换功能错误检测功能可编程功能7复位功能6.1.2 输入/输出接口的基本结构接口的基本功能结构包括如下几部分：(1)控制寄存器、状态寄存器。(2)数据寄存器、数据总线缓冲器/锁存器。(
6、3)中断请求电路。(4)读/写控制逻辑。6.1.3 输入/输出接口的访问方式I/O端口的编址方法(1)统一编址：将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，无专用的I/O指令。（2）独立编址：I/O地址空间与存储器地址空间完全独立，使用专用的I/O指令。 6.2输入/输出同步控制方式基本的输入/输出方法（1）程序控制的输入/输出方式。（2）程序中断的输入/输出方式。( 3 )直接存储器存取方式（DM A）。6.2.1程序控制方式微机系统中主机与外设之间的数据传输管理方式称为I/O同步控制方式，这实际上也就是指CPU和接口（端口）之间的信息传送方式。常用的
7、I/O同步控制方式包括程序控制、中断控制、直接存储器存取（DMA）控制和通道控制等几种方式。6.2.2 中断控制方式在中断控制方式下，CPU不再反复查询外设的工作状态，如果外设准备好，会主动通过中断请求信号通知CPU进行处理。也就是说，中断控制方式的特点在于CPU被动而外设主动。中断方式适用于CPU任务繁忙、而数据传送不太频繁的系统中。采用中断控制方式的接口电路中需要专门的中断管理电路，硬件可能会比较复杂，中断服务程序的设计、调试也比较麻烦；但CPU和外设的并行工作可以大大提高系统的工作效率，并且采用中断控制方式的系统具备实时控制能力和对紧急事件的处理能力。 6.3 直接存储器存取（DMA）方
8、式 6.3.1 DMA概述 6.3.2 DMA传送的基本特点 6.3.3 DMA方式传送的主要步骤 6.4 DMA控制器Intel 8237DMA控制器8237A1.8237A的基本结构2. DMA操作8237A有两种主要周期：空闲周期和有效周期（也称DMA操作周期）。在8237A的有效周期内将按以下4种方式之一进行DMA操作：(1)单字节传送方式。(2)数据块传送方式。(3)请求传送方式。(4)级联方式。3 . 8237A的传送类型单字节、数据块传送和请求传送方式都可采用以下3种不同的传送类型：DMA读、DMA写和校验传送。6.4.1 DMA控制器芯片Intel 8237的性能概述6.4.2
9、 8237的内部组成与结构8237A的基本结构包括如下5部分：(1)数据、地址缓冲器组。(2)时序和控制逻辑。(3)优先级编码和循环优先级逻辑。 (4)命令控制逻辑。(5)内部寄存器组。 6.4.3 8237的内部寄存器组 6.5 8237的编程及应用 6.5.1 8237的寻址及连接 6.5.2 8237在系统中的典型连接 6.5.3 8237的初始化 6.5.4 通道控制方式 6.6总线微机系统中芯片内部各组成部分之间、电路板上芯片与元器件之间、各电路板之间，甚至微机系统与微机系统之间的连接都是通过总线来实现的。显然，外部设备与主机的连接也是通过总线来实现的。因此，微机系统中的大部分操作本
10、质上都是通过总线进行的信息交换，我们把这些与总线有关的操作统称为总线操作。总线两个最大的特点是共享和分时。共享是指总线上可以挂接多个部件，各个部件之间相互交换的信息都可以通过这组公共线路传送；分时是指同一时刻总线上只能传送一个部件的信息，如果系统中多个部件同时要求传送信息，只能按一定的规则选择其中的一个。6.6.1总线分类1按总线在微机中所处位置的不同（或者说按总线上数据传送范围的不同），可将总线分为片内总线、片间总线、系统内总线和系统外总线等四级。一般而言，外设与主机的连接总是通过系统内总线（外设通过接口电路板与主机相连，而接口电路板需要插在符合一定系统内总线标准的主板扩展槽上）或系统外总线
11、（外设可能通过现成的串口、并口或USB接口与主机相连）实现的。2按总线中各信号线功能的不同，可将总线分为地址总线、数据总线和控制总线三类。通常，我们就是从这三个角度对系统总线进行学习和分析，因此对I/O接口电路的设计和分析也是从三总线角度入手的。3按总线握手方式的不同（或者说按总线时序控制方式的不同），可将总线分为同步式总线、异步式（应答式）总线和半同步式（混合式）总线三种。 6.6.2总线操作标准通常我们提到的微机总线标准包括系统内总线标准和系统外总线标准两类：（1）系统内总线标准一般指微机主板插槽（系统扩展板）遵循的各种标准，如PC/XT总线标准、ISA总线标准（PC/AT总线标准）、VL总线标准（VESA具备总线标准）、PCI局部总线标准等；（2）系统外总线标准指系统互连时遵循的各种标准，多表现为微机对外的标准接口插头，有时也称为接口标准，如EIA RS-232异步串行接口标准、USB通用串行接口标准、IEEE-488通用并行接口标准等。