东南大学电子信息工程之微机学第5章13学时基本输入输出接口.ppt

第5章-1 基本输入输出接口 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 DMA传送 5.1 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。 5.1 I/O接口概述（续1） 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 5.1 I/O接口概述（续2） 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。 5.1.2 I/O接口 - 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、缓冲环节； 输入接口有锁存、缓冲环节； 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； ⑶ 对I/O端口进行寻址； ⑷ 与CPU和I/O设备进行联络。 5.1.2 I/O接口 - 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与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部： ⑴ 数据寄存器 保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 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 2. 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 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 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； 接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件； 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。 5.1.3 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M68000。 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 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） 8088/8086的输入输出指令 输入指令 IN AL, i8/DX ;字节输入 IN AX, i8/DX ;字输入 输出指令 OUT i8/DX, AL ;字节输出 OUT i8/DX, AX ;字输出 例:一个输入设备的简单接口电路 例:一个输入设备的简单接口电路 例:一个输入设备的简单接口电路 例:一个输出设备的简单接口电路 例:一个输出设备的简单接口电路 例:一个输出设备的简单接口电路 I/O端口的译码 译码电路的作用 译码电路的构成(与存储器译码相似） 设计译码电路的方法 片内译码和片选译码 I/O译码电路的作用 设计译码电路的方法 根据端口地址确定地址信号A15~A0的条件取值，用门电路、译码器及组合、PLD/GAL实现满足条件情况的电路 设计I/O译码电路时： 端口的选通信号通常为低电平有效, 除端口的地址信号参加译码外，控制信号IOW、IOR (IO/M、 AEN也可参加译码) 例：设计端口地址为218H的译码电路 分析 CPU执行IN/OUT指令时，发出端口的地址信号 MOV DX, 218H IN AL, DX 或 OUT DX, AL 对应218H端口的地址信号为（只取A9~A0）： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A