第8讲输入输出接口技术.ppt

第8讲　微型计算机和外设间的数据传输 苏 放 frossesu@ 北京邮电大学 信息与通信工程学院 接口技术的基本概念 接口技术的基本概念 为什么要用接口电路 解决计算机的高速和外设的低速的矛盾 一般来说，外部设备的工作速度比CPU的速度低许多。如果没有接口，CPU必须长期的等待，才可以和外设配合工作。就会大大降低CPU的工作效率。 解决计算机信号和外设信号的差别。 如模拟和数字的差别、信号电平高低的差别、信号传送方式的差别（并行和串行）等。 接口技术 微机系统由连接在系统总线上的CPU,存储器, 外设,接口电路,电源组成。 接口是指CPU和存储器、外部设备之间通过系统总线进行连接的逻辑部件。它是CPU和外界进行信息交换的中转站。 要使这些设备正常工作，一是要设计正确的接口电路，二是要编制相应的软件。 接口技术是采用硬件和软件方法研究微处理器如何与外界进行最佳偶合，实现CPU与外界高效可靠进行信息交换的技术。 接口技术的基本概念 接口电路的功能 数据的寄存和缓存：解决外设与主机的速度差距 设备选择功能 ：多种设备的选择 信号转换功能 ：外设与主机的信号差异 对外设的控制监视功能：操作同步 中断和DMA功能 ：解决实时性和并行性问题 可编程功能：灵活性和可扩充性 接口技术的基本概念 计算机和存储器之间也是要交换信息的，但计算机和存储器之间并没有专门的接口电路 原因就在于计算机和存储器的工作速度基本上是匹配的，信号的形式也是一致的。如果存储器的速度较慢，可以通过增加等待周期来解决。 而外设和计算机的工作速度相差太大，不可能通过增加等待周期的方式来解决两者速度的不一致。使用接口电路则是必然的。 CPU与I/O之间的接口信号 接口电路中的信息 数据信息 数据信息可以有各种形式： 数字量。大多数信息是数字信息，即二进 制信息或者代表字符的ASCII码 开关量。开关量实际是数字信息，但一般只占用一位二进制信息，以表示开关的打开或闭合。 模拟量。通过接口的模拟量，要变换为数字量，再加到计算机。 CPU与I/O之间的接口信号 状态信息 状态信息主要是反映外设的工作状态 对于输入设备，可以表示它是否准备好数据，只有数据已准备好，才启动CPU一次读入操作。 对于输出设备，可以反映它是否已经把上一个数据处理完，只有上一个数据处理完，才可以启动CPU的下一次输出操作。 状态信息也可以是CPU传送给外部设备的，传送CPU的状态。 状态信息也称为握手信息。 CPU与I/O之间的接口信号 控制信息 控制信息一般是CPU通过接口电路传送给外部设备的，一般控制外部设备的动作。如启动打印机开始打印，启动A/D转换器，开始模拟到数字信号的转换等。 这三种信息，将都通过数据总线在CPU和接口之间传送。 从形式上看，三种信息并没有差别，都是二进制信息。既可以是数据信息，代表十进制数128，也可以是一种状态信息，或一种控制信息。 端口 接口和端口 为了区分以上所述的三种信息，在接口部件中都包含一组寄存器，分别对应不同的外设地址，CPU和外设交换信息时，将三种不同的信息，送入不同的寄存器： 数据送入数据寄存器，状态信息就送入状态寄存器，等等。 这些寄存器就称为端口（PORT）。不同的端口有不同的地址，不同的端口存放不同的信息。 端口及其寻址方式 I/O端口的编址方式 存储器映射方式，即I/O端口和存储器统一编址：即存储器和外设共同分享CPU的寻址空间。一般，存储器占用较多的寻址空间，而外设（I/O接口）占用较少的寻址空间。 在这种情况下，CPU可以用对存储器的操作指令来对外设进行操作，两者对CPU来说，实际上是相同的。即不需要专用的对外设操作的指令。 外设和存储器的区别就在于地址。 端口及其寻址方式 I/O映射方式，即I/O端口单独编址 这时，存储器和I/O接口，各自都有自己的地址范围，而且这些地址在数值上可以是重叠的。也就是不能用地址来区别存储器和外设。 此时，必须有专门的I/O操作指令。更实质地说，是需要有用于存储器寻址和外设寻址的不同控制信号。 对8086来说，就是这种情况。用来区别存储器和I/O端口的信号的M/IO：对存储器操作时，此信号为1；对外设操作时，此信号为0。 端口及其寻址方式 如果8086工作在最大方式，对外设寻址的控制信号则是IORC和IOWC 。 I/O端口单独编址，使存储器可以使用的地址空间就是CPU的全部寻址范围。对8086，就是1M。 I/O端口单独编址时，可以使用的外设数目由直接参与的地址线的数目来决定。对8086 来说，就是16条地址线，因此，最多可以对65536个外设（或I/O端口）来交换信息。 接口技术的基本概念 8086的输入输出指令： 输入：IN AL , n