福建师大福清分校微机原理课件第六章.ppt

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第六章第六章输入输出和接口技术输入输出和接口技术输输入入输输出出（II/OO）是是指指微微型型计计算算机机与与外外界界的的信信息息交交换换，即即通通信信（ccoommmmuunniiccaattiioonn）。

微微型型计计算算机机与与外外界界的的通通信信，是是通通过过输输入入输输出出设设备备进进行行的的，通通常常一一种种II/OO设设备备与与微微型型机机连连接接，就就需需要要一一个个连连接接电电路路，我我们们称称之之为为II/OO接接口口。

接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。

接口设计涉及到两个基间的数据交换和通信的硬件电路。

接口设计涉及到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连接，进行数据、备的识别；二是中央处理器如何与外设连接，进行数据、状态和控制信号的交换。

状态和控制信号的交换。

6.16.1接口的基本概念接口的基本概念6.1.1接口的功能接口的功能1.接口的一般定义接口的一般定义接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备等外设之间协调动作的控制电路。

出设备等外设之间协调动作的控制电路。

接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设之接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取DMADMA接接口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。

口就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。

2.2.接口电路的功能接口电路的功能接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过接口送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过接口传回外部设备。

传回外部设备。

所以，接口的基本功能就是对数据传送实现控制，所以，接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括以下具体包括以下55种功能：

种功能：

地址译码、数据缓冲、信息转地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息以及定时和控制换、提供命令译码和状态信息以及定时和控制。

6.1.1接口的功能接口的功能6.16.1接口的基本概念接口的基本概念6.1.1接口的功能接口的功能3.3.接口电路的基本结构接口电路的基本结构图6-1接口基本结构框图控制命令逻辑电路一般由命令字寄存器和控制执行控制命令逻辑电路一般由命令字寄存器和控制执行逻辑组成，这一部分是接口电路的逻辑组成，这一部分是接口电路的“中央处理器中央处理器”，用，用来完成全部接口操作的控制。

来完成全部接口操作的控制。

状态设置和存储电路主要由一组数据寄存器构成，状态设置和存储电路主要由一组数据寄存器构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协调动作的。

调动作的。

数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配工作。

工作。

6.16.1接口的基本概念接口的基本概念6.1.2接口控制原理接口控制原理由于接口是用来控制数据传送的，所以接口控制即由于接口是用来控制数据传送的，所以接口控制即是接口电路对处理器与外设之间数据传送的控制。

是接口电路对处理器与外设之间数据传送的控制。

1.1.数据传送方式数据传送方式（11）并并行行数数据据传传送送在在微微机机系系统统内内，如如大大系系统统部部件件之之间间的的数数据据传传送送都都采采用用并并行行数数据据传传送送方方式式。

并并行行数数据据的的每每一一位位都都对对应应独独立立的的传传输输线线路路，所所以以数数据据传传送送速速度度快快，但但线线路路多多，一一般般只只用用于于较较短短距距离离的的数数据据传传送送。

6.16.1接口的基本概念接口的基本概念6.1.2接口控制原理接口控制原理1.1.数据传送方式数据传送方式（22）串行数据传送）串行数据传送串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式。

按一定的顺序逐位进行传送的方式。

串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。

的计算机之间的通信。

远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行数远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行数据传送比并行数据传送控制复杂据传送比并行数据传送控制复杂。

6.16.1接口的基本概念接口的基本概念下面是下面是异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：

异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：

图6-2串行数据位串定义在异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持在异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。

相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。

起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送数据。

次传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送数据。

6.1.2接口控制原理接口控制原理2.2.传送控制方式传送控制方式接口电路控制数据信号的传送，这种传送操作是在中接口电路控制数据信号的传送，这种传送操作是在中央处理器监控下实现的。

对中央处理器而言，数据传送就央处理器监控下实现的。

对中央处理器而言，数据传送就是输入输出操作，中央处理器可以采用是输入输出操作，中央处理器可以采用查询查询、中断中断和和DMADMA33方式控制接口的传送操作。

方式控制接口的传送操作。

6.16.1接口的基本概念接口的基本概念

（1）查询方式）查询方式查询方式是中央处理器在数据传送之前通过接口的状查询方式是中央处理器在数据传送之前通过接口的状态设置存储电路询问外设，待外设允许传送数据后才传送态设置存储电路询问外设，待外设允许传送数据后才传送数据的操作方式。

在查询方式下，中央处理器需要完成下数据的操作方式。

在查询方式下，中央处理器需要完成下面一些操作：

面一些操作：

（1）

（1）中央处理器向接口发出传送命令，输入数据或输出数据；中央处理器向接口发出传送命令，输入数据或输出数据；

（2）

（2）中央处理器查询外设是否允许传送（输出数据发送完否中央处理器查询外设是否允许传送（输出数据发送完否或输入数据准备好否）？

或输入数据准备好否）？

在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去不在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去不断地断地“询问询问”外设，外设的接口电路处于被动状态。

外设，外设的接口电路处于被动状态。

查询输入接口电路查询输入接口电路CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态是否处于空闲状态。

如果输入外通过执行程序不断读取并测试外设的状态是否处于空闲状态。

如果输入外部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲时，则部设备处于已准备好状态或输出外部设备为空闲时，则CPU执行传送信息指令。

执行传送信息指令。

输入设备锁存器数据缓冲器三态缓冲器地址译码&数据+5VRDQ选通数据READY地址总线RDM/IOWR查询式输出接口电路查询式输出接口电路输出设备数据锁存器状态寄存器端口译码RQD+5VBUSY数据总线地址总线WRRDM/IOACK选通信号数据

（2）中断方式）中断方式中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，外设中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，外设向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传送数据的向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传送数据的操作方式。

操作方式。

在中断方式下，中央处理器不必查询外设，提高了系在中断方式下，中央处理器不必查询外设，提高了系统的工作效率，但中央处理器管理中断的接口比管理查询统的工作效率，但中央处理器管理中断的接口比管理查询复杂。

复杂。

（3）直接存储器存取（）直接存储器存取（DMA）方式）方式DMADMA方式是数据不经过中央处理器在存储器和外设之方式是数据不经过中央处理器在存储器和外设之间直接传送的操作方式。

间直接传送的操作方式。

DMADMA方式是这方式是这33种方式中效率最高种方式中效率最高的一种传送方式，的一种传送方式，DMADMA方式控制接口也最复杂，需要专用方式控制接口也最复杂，需要专用的的DMADMA控制器。

控制器。

DMADMA方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁盘之方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁盘之间的数据传送。

间的数据传送。

6.1.36.1.3接口控制信号接口控制信号现代微机系统都是采用总线接口方式，因此，接口控现代微机系统都是采用总线接口方式，因此，接口控制信号可分为两类：

制信号可分为两类：

总线控制信号总线控制信号和和输入输出控制信号输入输出控制信号。

图图6-6-接口控制信号图接口控制信号图输入输出控制信号比较复杂，不同控制方式的接口信输入输出控制信号比较复杂，不同控制方式的接口信号不同。

一般包括数据线、输入输出应答信号等。

号不同。

一般包括数据线、输入输出应答信号等。

中断接口和中断接口和DMADMA接口的控制信号更复杂一些，通常由接接口的控制信号更复杂一些，通常由接口芯片提供专用控制信号来完成数据传送控制。

口芯片提供专用控制信号来完成数据传送控制。

总线控制信号包括数据线、地址线、总线控制信号包括数据线、地址线、INTINT、定、定时、片选时、片选等。

等。

图6-接口控制信号图总线控制信号总线控制信号输入输入/输出控制信号输出控制信号微处理器进行微处理器进行I/OI/O操作时，对操作时，对I/OI/O接口的寻址方式与存接口的寻址方式与存储器寻址方式相似。

即必须完成储器寻址方式相似。

即必须完成两种选择两种选择：

一是选择出所：

一是选择出所选中的选中的I/OI/O接口芯片接口芯片（称为称为片选片选）；二是选择出该芯片中的；二是选择出该芯片中的某一寄存器某一寄存器（称为称为字选字选）。

6.2I/O6.2I/O指令和指令和I/OI/O地址译码地址译码通常有通常有两种两种I/OI/O接口结构接口结构：

一种是标准的：

一种是标准的I/OI/O结构，另结构，另一种是存储器映象一种是存储器映象I/OI/O结构结构（memorymappedI/O）（memorymappedI/O）。

与之对。

与之对应的有应的有两种两种I/OI/O寻址方式寻址方式。

6.2I/O6.2I/O指令和指令和I/OI/O地址译码地址译码6.2.1标准的标准的I/OI/O寻址方式寻址方式标准的标准的I/OI/O寻址方式有以下寻址方式有以下33个特点：

个特点：

（1）

（1）I/OI/O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的分开的,即即I/OI/O接口地址不占用存储器的地址空间。

接口地址不占用存储器的地址空间。

（2）

（2）微处理器对微处理器对I/OI/O设备的管理是利用专用的设备的管理是利用专用的IN（IN（输入输入）和和OUT（OUT（输出输出）指令来实现数据传送的。

指令来实现数据传送的。

（3）（3）CPUCPU对对I/OI/O设备的读设备的读/写控制是用写控制是用I/OI/O读读/写控制信号写控制信号（、）。

一个外设常有若干个端口地址。

一个外设常有若干个端口地址。

6.2.26.2.2存储器映象存储器映象I/OI/O寻址方式寻址方式6.2I/O6.2I/O指令和指令和I/OI/O地址译码地址译码1.1.存储器映象存储器映象I/OI/O寻址方式又称为存储器对应寻址方式又称为存储器对应I/OI/O寻址寻址方式，它也有方式，它也有33个特