《接口与通信》第四章-CPU与接口交换数据的方式（一）.pptVIP

第四章 CPU与接口交换数据的方式 华北电力大学 计算机系 教学重点 I/O接口电路的典型结构 无条件传送方式 查询传送方式 中断工作过程 8259A可编程中断控制器 4.1 I/O接口概述 为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路 4.1 I/O接口概述 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 4.1 I/O接口概述 什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接口电路，编制配套的接口程序，支持和连接有关的设备 4.1.1 I/O接口的主要功能 ⑴ 对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节、输入接口有缓冲环节 实际的电路常见：输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节 由于某个时刻只能有一个设备向总线发送数据，所以在输入接口中，至少要安排一个隔离环节（如三态门) 4.1.1 I/O接口的主要功能 ⑵对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 如电平信号转为电流信号、弱电信号转为强电信号、数字信号转为模拟信号、并行数据格式转为串行数据格式 ⑶ 对I/O端口进行寻址 ⑷ 与CPU和I/O设备进行联络 4.1.2 I/O接口的典型结构 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 1. 接口电路的内部结构 CPU与外设需要交换数据、状态和控制信息，于是从应用角度看内部： ⑴ 数据寄存器 输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据 ⑵ 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态， CPU通过其来了解外设状态 ⑶ 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令 2. 接口电路的外部特性 主要体现在引出信号上，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 连接方式类似存储器和CPU的连接 面向外设一侧的信号： 用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大 3. 接口电路芯片的分类 早期接口电路由分立元件构成，目前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），按功能分为： 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，如并行接口芯片8255，串行接口芯片8250等。 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，如键盘/显示器接口芯片8279等。 面向微机系统的专用接口芯片 主要是一些控制芯片，与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能，如可编程中断控制器8259，DMA控制器8237等。 4. 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 工作程序（驱动程序）——操作接口芯片完成具体工作的程序 4.1.3 I/O端口的编址 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 ⑴ I/O端口单独编址 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 ⑵ I/O端口与存储器统一编址 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） 4.1.4 8088/8086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,i8;AL←(i8)，字节输入，直接寻址 IN AL,DX; AL←(DX)，字节输入，寄存器间接寻址 IN AX,i8; AL← (i8) ，AH← (i8+1) ，字输入，直接寻址 IN AX,DX; AL← (DX) ，AH← (DX+1) 字输入，寄存器间接寻址 输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设） OUT i8,AL; (i8) ←AL，字节输出，直接寻址 OUT DX,AL; (DX) ←AL，字节输出，寄存器间接寻址 OUT i8,AX; (i8) ←AL， (i8