第7章微型计算机接口技术概述祥解.ppt

前面我们已经讲述了组成微型计算机的核心部件CPU及存储器结构，并介绍了CPU与存储器的连接。本章中将介绍与CPU相连接设备的接口电路，即把CPU与外围设备连接起来实现数据传输控制的控制电路，简称外设接口。输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。 1．什么是I/O接口电路 I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑控制电路。是CPU与外界进行信息交换的中转站。按功能分为两类： （1）使微处理器正常工作所需要的辅助电路，通过这些辅助电路，使处理器得到所需要的时钟信号或接收外部的多个中断请求等； （2）输入/输出接口电路，利用这些接口电路，使微处理器可以接收外部送来的信息或将信息发送给外部设备。 2．为什么CPU与设备之间要增加接口电路 存储器与系统的连接不需要接口电路，直接连在总线上是因为存储器是用来保存信息的，功能单一，传送方式也单一，一次必定是传送一个字或一个字节；存储器的存取速度基本上可以和CPU匹配。 外设与CPU连接需要使用接口电路，是因为输入/输出设备的种类繁多，有机械式的、电子式的、机电式的、电磁式的和光电式的等；所处理的信号有数字信号 （2）不同的设备处理信息格式不同，有些设备处理的是模拟信号，有些设备处理的是串行信号，而CPU处理的是并行的数字信号。这些设备不能与CPU直接相连，必须经过接口电路将信号转换成CPU可以处理的数字信号。 （3）外设的启动、工作方式的设置等操作，外设运行状态的监控，都是CPU通过接口来实现控制和监控的。 （4）CPU可能同时访问多个设备，某一时刻CPU只能和一个外设交换信息。CPU输出地址信息选择设备，也是通过与其相连接的接口电路来实现寻址的。 输入接口是将输入设备送来的信息变换成CPU能接收的格式，放在内部缓冲器中让CPU接收。输出接口将CPU送来的数据放到缓冲器中，转换成外部设备所需要的信息格式。因此，程序控制输入输出过程中，针对的是与设备相连接的接口电路。端口即接口电路的内部寄存器。 3．输入/输出接口电路的端口寻址方式 微机系统采用总线结构形式，即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件，CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的，如何区分不同的内存单元与I/O接口电路中的端口，是I/O寻址方式所要讨论解决的问题。(回顾I/O寻址方式,P79) 根据微机系统的体系结构不同，I/O接口电路与存储器的编址方式也不相同。不同微型计算机系统中存储器与I/O端口的编址方式通常有两种形式： （1）统一编址方式。这种方式又称为无重复编址方式，在这种方式中把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待，每一个I/O端口都有一个确定的端口地址，CPU与I/O端口之间的信息交换，与存储单元的读写过程一样，内存单元与I/O端口的不同，只在于它们具有不同的地址。这种编址方式的实质是存储器的连接与接口电路的连接共用同一套译码电路。 统一编址方式的优点：(1)CPU对I/O端口的读/写操作可以使用全部存储器的读/写操作指令，也可以用对存储器的寻址方式来对I/O端口中的信息进行访问，直接进行算术、逻辑运算及循环、移位等操作；(2)内存与外设地址的统一分配，可以用统一的译码电路，减少了系统中的电路控制；(3)不需要专门的输入、输出操作指令，计算机的指令系统相对简化。 统一编址方式的缺点: (1)内存与I/O端口统一编址时，在地址总线数目一定的情况下，外设端口占用一部分地址空间，使系统中可以直接寻址的内存单元数减少；(2)一般情况下，系统中I/O端口数远小于内存单元数，所以在用直接寻址方式来寻址这些端口时，要表示一个端口地址，必须用与表示内存单元地址相同的字节数，使得指令代码较长，相应地读/写执行时间也较长，这对提高系统的运行速度是不利的；(3)程序的可读性降低，难以区分指令中的地址是访问内存还是外设端口。 Motorola公司的M6800CPU等均采用这种寻址I/O端口的方式。 （2）独立编址方式。这种编址方式也叫做重复编址。这种编址方式存储器与外设接口电路都有自己的译码电路，这样CPU与外设进行数据交换需要专用的I/O指令。 独立编址方式优点是(1)CPU对I/O端口的读/写操作与存储器的读/写操作指令分开，增强了程序的可读性；(2)内存与外设地址的分配，都有独立的译码电路，外设不占用内存空间；(3)专门的输入、输出操作指令可以加快外设的访问速度；独立编址方式的缺点在于(1)内存与I/O端口独立编址时，需要两套译码电路，增加了系统的复杂性；(2)需要专门的输入、输出操作指令，使指令系统复杂。 目前广泛使用的Intel系列CPU都是