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第五章8259

第5章 数字量输入输出 5.1 概述 I/O接口的功能 1) 信号的形式变换 2) 电平转换与放大 3) 锁存与缓冲(输入口必须有三态门特性,输出口必须有锁存功能) 4) 信息流的方向控制 5) 并行与串行的转换 I/O信息的三种类型:数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为: 数据端口(I、O)、 控制端口(O)、 状态端口(I)。 3. I/O接口的编址方式 不同外设具有的端口数各不相同,计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址(或端口号)。 端口有两种编址方式:统一编址和独立编址。 1. 统一编址 把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。 优点 指令统一,灵活; 访问控制信号统一,使用同一组的地址/控制信号。 缺点 内存可用地址空间减小 2. 独立编址 外设地址空间和内存地址空间相互独立。 优点:内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点:I/O指令功能较弱,使用不同的读写控制信号 8088/8086 CPU的I/O编址方式 采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用 来区分: 时为I/O地址 I/O操作只使用20根地址线中的16根: A15 ~ A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0~FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0~3FFH) I/O控制方式 主机与外设之间数据传送的控制方式有以下四种: 直接传送方式(无条件传送) 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取(DMA, Direct Memory Access) 直接传送方式 适用于总是处于准备好状态的外设 以下外设可采用无条件传送方式: 开关 发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等) 继电器 步进电机 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 查询方式传送 适用于外设并不总是准备好,而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态—— “你准备好没有?” 对外设的要求:应提供设备状态信息 对接口的要求:需要提供状态端口 优点:软件比较简单 缺点:CPU效率低,数据传送的实时性差,速度较慢 查询方式的流程图 中断方式传送 CPU无需循环查询外设状态,而是外部设备在需要进行数据传送时才中断CPU正在进行的工作,让CPU来为其服务。即CPU在没有外设请求时可以去做更重要的事情,有请求时才去传输数据,从而大大提高了CPU的利用率。 优点:CPU效率高,实时性好,速度快。 缺点:程序编制较为复杂。 DMA传输 前面三种I/O方式都需要CPU作为中介: 外设 CPU 内存 两个含义: 1)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); 2)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(总线由CPU控制)。 缺点:程序的执行速度限定了传送的最大速度(约为几十KB/秒) —解决:DMA传输 5.2 系统总线及接口 5.2.1 概述 1 总线的特性: 多信号源 被分时使用 有主设备控制 2 总线的分级 片内总线 系统级总线 设备级总线 5.2.2 系统总线标准 (1)PC/XT总线 PC/XT总线是一种开放式结构的计算机总线。 该底板总线有62个引脚,支持8位双向数据传输和20位寻址空间,有8个接地和电源引脚、25个控制信号引脚、1个保留引脚。 总线底板上有5个系统插槽,用于I/O设备与PC机连接。 该总线的特点是把CPU视为总线的惟一主控设备,其余外围设备均为从属设备。 (2)ISA总线 IBM公司在PC总线基础上增加36个引脚,形成了AT总线。 即从1982年以后,逐步确立的IBM公司工业标准体系结构,简称为ISA ( Industry Standard Architecture)总线,有时也称为PC/AT总线。 (3)EISA总线 为了打破IBM的垄断,1988年9月,Compaq,AST,Epson,HP,Olivetti,NEC等9家公司联合起来,推出了一种兼容性更优越的总线,即EISA总线。 (4) PCI总线 (5) AGP总线 5.2.3 总线信号与接口的连接 数据信号的连接 地址信号的连接:译码信号 控制信号的连接 例1、简单的输入接口举例 例2、 简单的输出接口举例 输出端口应具备锁存器功能. 常用芯片:74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器) 应用例子:发光二极管接口 I/O接口综合应用例 根据开关状态在

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