[工程科技]第八章 基本的IO接口.ppt

第八章 基本的I/O接口（22学时） 第八章 　接口：CPU与外设间的中间电路。接口的分类如 　　　　下图所示： 第一节 接口技术（4学时） 接口设计涉及到两个基本问题： 一是CPU如何寻址I/O设备，实现多个I/O设备的识别； 二是CPU如何与I/O设备连接，进行数据、状态和控制 信号的交换。 8.1.1 接口技术的基本概念 一、I/O接口的主要功能 1. I/O设备选择功能； 2. 对输入/输出数据进行缓冲、隔离和锁存； 3. 对信号的形式和数据的格式进行变换； 4. 与CPU和I/O设备进行联络； 8.1.1 二、I/O接口的典型结构 1．内部结构 图8.1为I/O接口的典型结构。 1）端口：接口电路中的寄存器。 2）接口中一般设有数据口、状态口、控制口。 3）对于数据口，在I/O设备输入时，保存I/O设备输入的数据；在I/O设备输出时，保存向I/O设备输出的数据。有些数据寄存器同时支持输入/输出，那是因为其内部具有输入和输出两个寄存器，但共用—个端口地址，随读写控制的不同分别访问其中的输入或输出奇存器。 4）通过数据总线，CPU从状态口中读取当前的状态，，也可向控制口写入命令，以控制I/O设备的工作。 8.1.1 2. 外部特性 接口引脚根据其连接的对象又分为面向CPU一侧的信号和面向外设一侧的信号。对于面向CPU一侧的信号，一般都引出了数据线、地址线和控制线。 因为I/O接口是连接CPU系统和外设的桥梁，所以对其外部特性的掌握是实现I/O接口物理连接的基础，是接口是技术的一个重点。 3. 接口的可编程性 1）“可编程”的：是指接口芯片的功能和工作方式可通过程序 设定。 2）初始化程序：对接口芯片功能和工作方式等的定义，是通过向一些寄存器写入相应的信息来完成的，这样的写入程序一般称为接口芯片的初始化程序。 3）对可编程寄存器的掌握是学习接口技术的另一个重点。 8.1.1 三、I/O接口的编址方法 1. I/O接口的统一编址 统一编址方式也称为存储器映象I/O寻址方式。即每一个端口占一个存储单元地址。 1）这种编址方法的优点是： （1）不需要专门的I/O指令； （2）端口寻址方式也就是内存的寻址方式，有利于I/O程序的设计。 2）缺点是： （ 1）I/O端口占用一部分存储器的地址空间； （ 2）在程序中不容易区分哪些指令是访问存储器、哪些指令是访问外设，所以程序不易阅读。 8.1.1 2. I/O接口的独立编址 独立编址方式，就是将存储器和I/O端口建立两个完全独立的地址空间。CPU使用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O端口进行访问。这些控制信号的产生，是由指令来控制。 1）这种方法的优点是： （1）由于使用了专门的I/O指令，所以程序清晰易读； （2）又因为I/O接口的地址空间独立且—般小于存储器的存储空间，所以其不占用存储器的存储空间，且地址译码电路相对简单。 2）其缺点是： （1）访问端口的指令没有访问存储器的指令丰富。 （2） CPU需设置专门的控制信号，区分存储器与端口访问。 8.1.2 输入/输出传送方式 一、程序方式 指用输入、输出指令，来控制信息传送的方式。 1. 无条件输入/输出 CPU与外设交换信息时，如果输入/输出的时刻，都可以保证外设总是处于“准备好”状态，则可以直接利用输入/输出指令进行信息的输入/输出操作。其硬件实现原理图如8.2所示。 假设，地址译码器的译码为380H，我们可用指令： MOV DX,380H IN AL,DX 把外设的数据输入到AL寄存器。 同样，我们可用指令： MOV DX,380H OUT DX,AL 把AL的值输出外设。 8.1.2 2. 条件输入/输出方式 输入/输出操作的程序流程如图8.3所示。 图8.4、8.5分别给出了实现条件输入/输出方式的硬件原理图。 例如，假设从某输入设备上输入一组数据送缓冲区，接口电路如图8.4，若缓冲区已满则输出一组信息“BOFFER OVERFLOW”，然后结束。设该设备的数据端口为382H，状态端口为383H。 见程序 当CPU需对多个设备进行输入/输出时，就出现了所谓的优先级问题，即究竟先为哪个设备服务。一般来讲，在这种情况下都是采用轮流查询的方式来解决，如图8.6所