《接口和总线.ppt

第 6 章 6.1 I/O接口 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电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路 1.采用I/O接口的必要性 2. I/O接口的主要功能 二、简单的I/O接口芯片 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存器；输入接口有缓冲器 实际的电路常见： 输出锁存缓冲器、输入锁存缓冲器 1.I/O端口 1. 接口电路的内部结构 2. 接口电路的外部特性 3. 接口电路芯片的分类 4. 接口电路的可编程性 接口电路的内部结构 CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，从应用角度看内部： ⑴ 数据寄存器 保存CPU与外设之间传输的数据 ⑵ 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态 ⑶ 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令 接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号： 用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号 面向外设一侧的信号： 用于与外设连接 提供的信号种类繁多 功能定义、时序及有效电平等差异较大 接口电路芯片的分类 接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）： 通用接口芯片 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片 面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口 面向微机系统的专用接口芯片 与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能 接口电路的可编程性 许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种 接口需进行物理连接，还需编写接口软件 接口软件有两类： 初始化程序段——设定芯片工作方式等 数据交换程序段——管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换 2. I/O端口的寻址方法 接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088 I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800 (1)I/O端口与存储器统一编址(存储器映象寻址方式) 优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数据存取一样灵活 缺点： I/O端口要占去部分存储器地址空间 程序不易阅读（不易分清访存和访问外设） ⑵ I/O端口单独编址(I/O映象寻址方式) 优点： I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富 8086只能通过输入输出指令与外设进行数据交换；呈现给程序员的外设是端口（Port），即I/O地址 8086用于寻址外设端口的地址线为16条，端口最多为216＝65536（64K）个，端口号为0000H ~ FFFFH 每个端口用于传送一个字节的外设数据 8086的端口有64K个，无需分段，设计有两种寻址方式 直接寻址：只用于寻址00H ~ FFH前256个端口。 间接寻址：可用于寻址全部64K个端口，DX寄存器的内容就是端口号 对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式 数据交换方式 如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入两个字节，分别送AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应低地址端口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口 8086的输入输出指令 输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX） IN AL,12H ;字节输入 IN AL,DX ;字节输入 IN AX,22H ;字输入 IN AX,DX ;字输入 输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设） OUT 12H,AL ;字节输出 OUT DX,AL ;字节输出 OUT 22H,AX ;字输出 OUT DX,AX ;字输出 IN指令实例（从20H端口输入一个字） ；方法1：直接寻址,字量输入 in ax,20h ；方法2：间接寻址,字量输入 mov dx,20h in ax,dx OUT指令实例（向300H端口输出一个字节） ；唯一的方法：间接寻址，字节量输出 mov al,bvar ；bvar是字节变量 mov dx,300h out dx,al 四、 数据传送方式 程序控制下的数据传送——通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送，又分为： 无条件传送(同步)、条件传送（异步/查询传送） 中断传送—中断传送是一种效率更高的程序传送方式 直接存储器存取（DMA）—传送请求由外设向DMA控制器（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来完成外设和存储器间的数据传送 I/O处理机——CPU委托专门的I