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1、 第六章第六章 I/O I/O接口和总线接口和总线微机原理与接口技术2主要内容一、一、I/OI/O接口及简单接口及简单I/OI/O接口芯片接口芯片二、二、I/OI/O端口及其编址方式端口及其编址方式三、三、CPUCPU与外设间的数据传送方式与外设间的数据传送方式四、总线的基本概念四、总线的基本概念微机原理与接口技术3一、一、I/OI/O接口及简单接口及简单I/OI/O接口芯片接口芯片1.I/O接口接口 将外设连接到总线上的一组逻辑将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。电路的总称。微机原理与接口技术4CPU I/O接口接口 外设外设控制控制数据数据地址地址控制控制数据数据状态状态微机原理与接口
2、技术52.I/O接口的主功能接口的主功能速度匹配速度匹配(Buffer)(Buffer)信号的驱动能力信号的驱动能力(电平转换器、驱动器电平转换器、驱动器)信号形式和电平的匹配信号形式和电平的匹配(A/D(A/D、D/A)D/A)信息格式信息格式(字节流、块、数据包、帧字节流、块、数据包、帧)时序匹配时序匹配(定时关系定时关系)总线隔离总线隔离(三态门，三态锁存器三态门，三态锁存器)微机原理与接口技术63.几种简单几种简单I/O接口芯片接口芯片单向缓冲器接口芯片单向缓冲器接口芯片(74LS244)微机原理与接口技术7输出锁存器接口芯片输出锁存器接口芯片(74LS273和和74LS373)微机原
3、理与接口技术8微机原理与接口技术9二、I/O端口及其编址方式1.I/O端口端口 I/OI/O接口芯片内部的寄存器或缓接口芯片内部的寄存器或缓冲器。冲器。连接不同设备的连接不同设备的I/OI/O接口芯片，接口芯片，其功能往往差别很大，但是其中至少其功能往往差别很大，但是其中至少会有一个寄存器或缓冲器。即其中至会有一个寄存器或缓冲器。即其中至少会有一个端口。少会有一个端口。微机原理与接口技术102.I/O端口的类型端口的类型 数据端口存放数据信息存放数据信息状态端口存放状态信息，即反映外设存放状态信息，即反映外设 当前工作状态的信息当前工作状态的信息控制端口存放控制信息存放控制信息微机原理与接口技
4、术11CPU数据数据状态状态控制控制外设外设I/O接口接口微机原理与接口技术123.I/O端口的编址方式端口的编址方式 统一编址独立编址微机原理与接口技术13端口与内存的统一编址端口与内存的统一编址 特点：指令及控制信号统一内存地址资源减少内存内存地址地址960KBI/O地址地址64KB00000HF0000HFFFFFH微机原理与接口技术14端口的独立编址端口的独立编址特点：特点：内存地址资源充分利用能够应用于端口的指令较少内存内存地址地址I/O端口端口地址地址00000HFFFFFHFFFFH0000H微机原理与接口技术158088/8086的I/O端口编址采用采用I/OI/O独立编址方式
5、独立编址方式(但地址线与存储器共用但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用地址线上的地址信号用IO/MIO/M来区分来区分I/OI/O操作只使用操作只使用2020根地址线中的根地址线中的1616根：根：A A1515A A0 0可寻址的可寻址的I/OI/O端口数为端口数为64K(65536)64K(65536)个个I/OI/O地址范围为地址范围为0 0FFFFHFFFFHIBM PCIBM PC只使用了只使用了10241024个个I/OI/O地址地址(0(03FFH)3FFH)微机原理与接口技术16三、CPU与外设间的数据传送方式无条件传送无条件传送查询式传送查询式传送中断方式传送中断方式传
6、送直接存储器存取直接存储器存取(DMA)(DMA)微机原理与接口技术171 无条件传送无条件传送适用于总是处于准备好状态的外设适用于总是处于准备好状态的外设优点：软件及接口硬件简单优点：软件及接口硬件简单缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄微机原理与接口技术18DCPQD0D1输出口地输出口地址址38F3H输入口地输入口地址址38F0H+5V1微机原理与接口技术192、查询工作方式、查询工作方式外设应提供设备状态信息外设应提供设备状态信息接口应具备状态端口接口应具备状态端口优点优点：软件相对简单软件相对简单缺点：缺点：CPUCPU效率低，数据传送效率低，数据
7、传送 的实时性的实时性 差，速度较慢差，速度较慢适用场合：适用场合：外设并不总是准备好；外设并不总是准备好；对传送速率和效率要对传送速率和效率要 求不高。求不高。对外设及接口的要求：对外设及接口的要求：微机原理与接口技术20READY?READY?与外设进与外设进行数据交换行数据交换读入并测试外设状态读入并测试外设状态YNFinishFinish？NY单一外设时的工作流程单一外设时的工作流程初始化微机原理与接口技术21查询工作方式例（输出）查询工作方式例（输出）外设状态端口地址为外设状态端口地址为03FBH03FBH，第，第5 5位位(bit5)(bit5)为状为状态标志（态标志（=1=1忙，
8、忙，=0=0准备好）准备好）外设数据端口地址为外设数据端口地址为03F8H03F8H，写入数据会使状写入数据会使状态标志置态标志置1 1；外设把数据读走后又把它置；外设把数据读走后又把它置0 0。试画出其电路图，并编程将试画出其电路图，并编程将DATADATA单元开始单元开始100100字节数输出。字节数输出。微机原理与接口技术22程序段？程序段？D5D7-D0A9|A31&A15|A101IOWD7-D03F8H外外设设D7D6D5D4D3D2D1D0ACKCPQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0状态端口状态端口GG2AG2BCBAA2A1A074LS138Y01IORY3OE74LS3743F
9、BHQ CLDD“1”CPOBF I/O接口电路接口电路数据端口数据端口微机原理与接口技术233、中断控制方式、中断控制方式 特点：特点：外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序。优点：CPU效率高，实时性好。缺点：需要相应的硬件和软件资源。微机原理与接口技术24以上三种以上三种I/O方式的共性方式的共性均需均需CPU作为中介：作为中介：软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执 行程序来完成的（PIO方式）；硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信 号都是由CPU发出的；缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约 为几十K
10、B/秒）。微机原理与接口技术254、DMA控制方式控制方式 特点：外设直接与存储器进行数据交换，CPU不再担当数据传输的中介者；总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。微机原理与接口技术26 CPU DMAC RAM/ROM I/O总总线线DBABCB微机原理与接口技术27CPU外设外设存储器存储器总总线线：执行程序指令的数据传送路径；：执行程序指令的数据传送路径；：DMA方式的数据传送路径方式的数据传送路径微机原理与接口技术28内存内存外设外设DMAC输出输出输入输入外设外设外设外设DMAC内存内存内存内存DMACDM
11、A传送的几种形式传送的几种形式微机原理与接口技术29ABDBCB CPU DMAC Memory I/OHOLDHOLDHLDAHLDAn n(1)DMAC(1)DMAC接收接收I/OI/O接口的接口的DMADMA请求，并向请求，并向CPUCPU发出总线请求信号发出总线请求信号HOLDHOLD；DMA的基本功能和工作步骤的基本功能和工作步骤n n(2)(2)当当CPUCPU发出总线回答信号发出总线回答信号HLADHLAD后，接后，接管对总线的控制，进入管对总线的控制，进入DMADMA传送过程；传送过程；n n(3)(3)能实现有效的寻址，即能输出地址信息能实现有效的寻址，即能输出地址信息并在数
12、据传送过程中自动修改地址；并在数据传送过程中自动修改地址；n(4)能向存储器和I/O接口发出相应的读/写控制信号；n(5)能控制数据传送的字节数，控制DMA传送是否结束；n(6)在DMA传送结束后，能释放总线给CPU，恢复CPU对总线的控制。微机原理与接口技术30四、总线的基本概念总线分类总线分类片级总线片级总线：元件级总线，用于芯片：元件级总线，用于芯片 一级的互连；一级的互连；系统总线：板级总线，计算机中各插系统总线：板级总线，计算机中各插 件板间的互连；件板间的互连；外部总线：通信总线，用于计算机之外部总线：通信总线，用于计算机之 间或系统与计算机间的互连。间或系统与计算机间的互连。微机
13、原理与接口技术31本章小结本章小结 在这一章中我们重点讨论了和在这一章中我们重点讨论了和I/OI/O接口相关的一般接口相关的一般概念。主要包括什么是概念。主要包括什么是I/OI/O接口及接口及I/OI/O接口的功能、什接口的功能、什么是么是I/OI/O端口、端口、I/OI/O端口的编址方式以及端口的编址方式以及CPUCPU与外设间的与外设间的数据传送方式等等。数据传送方式等等。重点掌握：重点掌握：1.I/O1.I/O接口与接口与I/OI/O端口两概念的区别和联系；端口两概念的区别和联系；2.CPU 2.CPU与外设间常用的数据传送方式；与外设间常用的数据传送方式；3.3.查询式输入和输出电路的
14、硬件和软件原理。查询式输入和输出电路的硬件和软件原理。微机原理与接口技术32作业作业1：某个微机系统中，有某个微机系统中，有8 8块块I/OI/O接口芯片，每个芯片占有接口芯片，每个芯片占有8 8个个端口地址，若起始地址为端口地址，若起始地址为9000H,89000H,8块芯片的地址连续分布，用块芯片的地址连续分布，用74LS13874LS138作译码器，试画出端口译码电路，并说明每块芯片的作译码器，试画出端口译码电路，并说明每块芯片的端口地址范围。端口地址范围。作业作业2：简述查询式输入和查询式输出电路原理，编写相应的程序简述查询式输入和查询式输出电路原理，编写相应的程序以查询方式从外设输入以查询方式从外设输入100100个数据以及将个数据以及将100100个数从外设输出。个数从外设输出。所需端口地址由自己假设。所需端口地址由自己假设。