微机原理及应用课件作者胡蔷第七章节.ppt

第7章 输入输出接口 内容提要：本章介绍微型计算机输入输出接口的相关知识。具体介绍了I/O接口的一般功能、典型结构，I/O端口的编址方式和输入/输出的几种数据传送方式。在本章最后，我们对一些简单I/O接口设计的一般方法进行了讨论并举例说明。 学习要求：在对一般输入输出接口知识进行讲解的基础上，重点介绍I/O端口的编址方式和不同输入/输出传送方式的特点，结合系统设计实践重点讲解简单I/O接口设计方法和技术。 图7-8 (a) 8086控制I/O 因此，对配合8089的CPU来说，所有输入/输出的操作过程中，数据都是以块为单位成批发送或接收的，而把一块数据按字或字节与I/O设备(如CRT终端，行式打印机)交换都由8089来完成，当8089控制数据交换时，CPU可以并行处理其他操作。由于引入8089来承担原来必须由CPU承担的I/O操作，这就大大地减轻了CPU控制外设的负担，有效地减少了CPU在I/O处理中的开销。8089控制I/O如图7-8 (b)所示。 图7-8 (b) 8089控制I/O 返回本章目录 I/O端口是CPU与输入输出设备的交换数据的场所，通过I/O端口，处理机可以接受从输入设备输入的信息；也可向输出设备发送信息。在计算机系统中，为了区分各类不同的I/O端口，就用不同的数字给它们进行编号，这种对I/O端口的编号就称为I/O端口地址。 了解系统的I/O端口地址分配，对于微机应用系统设计者来说是很重要的，当需要往系统中增加外设时就必须要占用I/O端口地址，那么系统中哪些地址已被占用，哪些是空闲的，可供用户使用，必须十分清楚，否则无法进行I/O接口电路的设计。此外，为实现各种功能，也必须了解常用的简单I/O接口设计的基本知识和方法。 7.5 简单I/O接口设计 7.5.1 CPU或系统总线的I/O接口信号 CPU 与 I/O 之间的接口信号通常包括数据信息、状态信息和控制信息等。 在微型计算机系统中，数据通常包括数字量、模拟量和开关量等三种类型，其位数有 8 位、16位和32位三种。数字量指由键盘或其它读入设备输入的，以二进制形式表示的数，或是以ASCII 码表示的数或字符。模拟量 是指 在计算机控制系统中，某些现场信息（如压力、声音等）经传感器转换为电信号，再通过放大得到模拟电压或电流。这些信号不能直接输入至计算机，需先经A/D转换才能输入计算机；同样，计算机对外部设备的控制先必须将数字信号经 D/A 转换转变成模拟量，再经相应的幅度处理后才能去控制执行机构。 开关量是指只含两种状态的量（如电路的通与断等），故只需用一位二进制数即可描述。在这种情况下，对一个字长为 16 位的机器一次输出就可以控制16个这样的开关量。 1. 数据信息 状态信息作为一种 CPU 与 I/O 之间的接口信号，主要用来指示输入输出设备当前的状态。当有输入时，主要察看输入设备是否准备好。若准备好，则状态信息为 Ready ；当有输出时，看输出设备是否有空。若有空，则状态信息为 Empty 。若输出设备正在输出信息，则状态信息显示为 Busy 。 2. 状态信息 控制信息主要是指用来控制输入或输出设备的一类接口信息。 3. 控制信息 数据、状态信息和控制信息作为 CPU 与 I/O 设备间的接口信号，必须分别传送。但大部分微型计算机都只有通用的输入 IN 和输出 OUT 指令。因此，状态信息与控制信息必须作为数据来传送。且在传送过程中为了区分这些信息，它们必须要有自己专用的端口地址。 CPU 在传送这些信息时，可以根据不同的任务，寻址不同的端口，从而实现不同的操作。由于一个外设端口是 8 位，而通常情况下状态与控制端口都仅有 1 位或 2 位，故不同外设的状态与控制信息可共用一个端口。 CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，一般称这些寄存器为I/O端口，每个端口有一个端口地址。用于对来自CPU和内存的数据或者送往CPU和内存的数据起缓冲作用的，这些端口叫数据端口。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为状态端口。用来存放CPU发出的命令，以便控制接口和设备的动作，这类端口叫控制端口。如图7-9所示。 图7-9 I/O接口示意图 ⑴ 输入还是输出，所用到的地址总是对端口而言，不是对接口部件。 ⑵ 为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址。同样，状态端口和控制端口也常用同一个端口地址。 ⑶ CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。 4．接口与系统的连接 接口电路位于CPU与外