,*,*,第6章 I/O接口和总线,第6章 I/O接口和总线,6-1 I/O接口,6-2 总线,11/15/2024,1,第6章 I/O接口和总线 6-1 I/O接口10/9/202,1)、数据端口,数据信息：数字量、模拟量、开,关量、脉冲量。,2)、状态端口,状态信息：反映当前外设所处的,工作状态。,3)、控制端口,控制信息：CPU 通过接口向外设,传送控制信息。,接口,是CPU与外界的连接部件，是CPU与外界交换信息的中转站。一个接口有几个寄存器，不同类型的信息进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为,端口,。,11/15/2024,2,1)、数据端口接口是CPU与外界的连接部件，是CPU与外界交,6-1 I/O接口,一、I/O接口的功能,1.采用I/O接口的必要性,外围设备品种繁多：机械，电子，机电，光电等。,所传输信息要求不同：数字，模拟，电压，电流等。,*,速度不匹配,*信号电平不匹配,*信号格式不匹配,*信号时序不匹配,计算机与外设之间信息交换应解决的问题：,11/15/2024,3,6-1 I/O接口一、I/O接口的功能1.采用I/O接口的必,（1）设置数据缓冲以解决速度差异所带来的不协调问题；,输入：输入设备数据线,缓冲器,DB CPU,输出：,CPU DB,锁存器,输出设备数据线,2.I/O接口的功能,（2）设置信号电平转换电路以解决信号电平的不一致问题；,（3）设置信息转换逻辑以满足对各自信号格式的要求；,例如：A/D转换，D/A转换，串/并转换，并/串转换等。,（4）设置时序控制电路以同步CPU和外设的工作；,（5）提供地址译码电路。,11/15/2024,4,（1）设置数据缓冲以解决速度差异所带来的不协调问题；输入：,二、简单的输入输出接口芯片,常用的数据缓冲器：,74LS244、74LS245：,数据缓冲，提高总线驱动能力。,常用的数据锁存器：,74LS373、74LS374,：锁存数据。,11/15/2024,5,二、简单的输入输出接口芯片常用的数据缓冲器：10/9/202,1,.,I/O端口,（3）控制端口,：用来存放CPU向接口发送的各种命令和控制字，以便控制接口或外设的动作。,三、I/O端口及其寻址方式,CPU,与外设之间传送的信号：数据信号、状态信号、控制信号。,（1）数据端口,：用来存放外设送往CPU的数据以及CPU要输出到外设去的数据。主要起数据缓冲的作用。,（2）状态端口,：主要用来指示外设的当前状态。用“位”来表示。,准备就绪位（Ready）,忙碌位（Busy）,错误位（Error）,11/15/2024,6,1.I/O端口（3）控制端口：用来存放CPU向接口发送的各,2,.,I/O端口的寻址方法,65,F3,02,00,24,E0,内存与外设,内存,外设,Kou1,02,6D,00000,00001,EFFFF,F0000,F0001,F0002,FFFFF,（1）,存储器映象寻址方式,将外设端口和内部存储单元统一安排在内存的地址空间中，,外设地址与内存地址统一编址。,优点,：,不需要专门的输入输出指令，,可用全部的存储器操作指令。,如：mov kou1,bx,缺点,：,外设占用内存单元，相对减少,了内存容量,。,11/15/2024,7,2.I/O端口的寻址方法65内存与外设内存外设Kou102,内存地址空间和外设地址空间是,相互独立的。,优点：不占用内存。,缺点：CPU需设专门的I/O指令。,端口地址在,0FFH,范围内，用直接,寻址。,如：IN AL,20H,OUT 80H,AX,端口地址在,01000FFFFH,范围内，,用DX间接寻址。,如：,MOV DX,300H,IN AL,DX,65,F3,02,00,外设,0000,00FF,FFFF,0100,KOU1,KOU2,KOU3,11,22,33,44,KOU100,KOU101,11,32,32,01,内存,00000,FFFFF,（2）I/O单独编址方式,11/15/2024,8,内存地址空间和外设地址空间是65外设0000,四、CPU与外设间的数据传送方式,程序控制方式,无条件传送,条件传送（查询方式）,中断方式,直接存贮器存取(DMA)方式,11/15/2024,9,四、CPU与外设间的数据传送方式 程序控制方式10/9/2,无条件传送流程,11/15/2024,10,无条件传送流程10/9/202310,查询传送流程,11/15/2024,11,查询传送流程10/9/202311,中断传送流程,11/15/2024,12,中断传送流程10/9/202312,DMA传送流程,11/15/2024,13,DMA传送流程10/9/202313,在微机系统中，有一些简单的外设在工作时，随时,都准备好接收CPU的输出数据或它们的数据随时都是准,备好的，CPU什么时候读均可以正确的读取数据。,特点：,外设已准备好，不需要查询外设状态。,输入时，外设数据已送到三态缓冲器。,输出时，CPU的输出信息已送到输出锁存器输入端。,1.无条件传送方式,11/15/2024,14,在微机系统中，有一些简单的外设在工作时，随时1.无条,无条件传送的,局限性,：对于那些慢速的或总是准备好的,外设是适用的。,所谓,查询方式,就是微型计算机利用程序不断询问外部设,备的,状态,，根据它们所处的,状态,来实现数据的输入和输出。,查询工作方式示意图,2.查询方式,11/15/2024,15,无条件传送的局限性：对于那些慢速的或总是准备,(1)单一外设查询,CPU先查询外设状态，而后决定数据的传送。,单一外设查询示意图,11/15/2024,16,(1)单一外设查询单一外设查询示意图 10/9/202316,(2)多个外设查询方式工作,CPU逐个外设进行查询。若发现哪个外设准备就绪，就对该外设实施数据传送。,降低了CPU的效率；不能对外设进行实时数据交换。,多个外设查询方式工作流程,2,11/15/2024,17,(2)多个外设查询方式工作CPU逐个外设进行查询。若发现哪个,无条件传送、查询传送都需要CPU,的等待或不断查询，使CPU的效率降低。,启动外设,主程序,外设准备好,输入设备Ready=1,输出设备 Busy=0,中断请求,中断响应,数据IN/OUT,中断服务程序,IRET,中断响应,外设又一次准备好,中断请求,3,.,中断方式,中断传送：外设需要传送数据时，申请中断；当CPU允许中断，在中断服务程序中执行IN/OUT指令；然后返回主程序。,11/15/2024,18,无条件传送、查询传送都需要CPU的等待或不断查询，使CPU,DMA方式：,采用专用接口电路直接和存储器进行数据传送。不通过,CPU，传送效率高。适用于在内存与高速外设、或两个高速外,设之间进行大批量数据传送。,Direct Memory Access,4,.,DMA方式,（1）DMA方式的提出-为什么要用DMA方式传送数据？,查询方式：,查询时占用CPU时间。,中断方式：,比查询方式传送效率高，但执行中断服务程序，,CPU要保护断点、保护寄存器等，使CPU花费时间。,11/15/2024,19,DMA方式：4.DMA方式（1）DMA方式的提出-,要实现DMA传送，目前都采用大规模集成电路芯片DMA控,制器(DMAC)。,（2）DMA的工作过程,DMA控制器8237,11/15/2024,20,要实现DMA传送，目前都采用大规模集成电路芯片DMA,外,设,数据线,接,口,电,路,PC,总,线,数据线,片,选,译,码,高 位,地址线,控制线,低位地址线,控制线,状态线,C,P,U,辅助,电路,C,P,U,接口与系统的连接,11/15/2024,21,数据线接PC数据线片 高 位控制线低位地址线控制线状态线C,6-2 总线,一、总线的概念,总线分类,总线标准,二、IBM PC总线,11/15/2024,22,6-2 总线一、总线的概念10/9/202322,总线是连接多个功能部件的一组公共信号线。,1.什么是总线,数据总线 DB,控制总线 CB,地址总线,AB,存,储,器,I/O,接,口,输,入,设,备,I/O,接,口,输,出,设,备,CPU,一、总线的概念,11/15/2024,23,总线是连接多个功能部件的一组公共信号线。1.什么是总线数据总,总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设,计的好坏直接影响:整个微机系统的,性能、可靠性、可扩,展性和可升级性。,11/15/2024,24,总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设10/,根据总线中信息传送的类型可分为：,地址总线、数据总线、控制总线等,。,2.总线的分类,根据总线的规模、用途和应用场合可分为：,（1）片级总线,（2）系统总线,（3）外部总线,也叫元件级总线，由芯片内部通过引脚引出的总线，用于芯片一级的互连。,也叫内总线或板级总线，用于微型计算机各插件板之间的连线。,也称为通信总线，用于微型计算机系统之间、微型计算机系统与其它电子仪器或设备之间的通信。,采用总线结构有什么好处？,11/15/2024,25,根据总线中信息传送的类型可分为：2.总线的分类根据总线的规,本章要求掌握的内容：,I/O接口电路有哪些主要功能？,什么叫I/O端口？计算机对I/O端口编址采用哪两种方法？,CPU与外设间传送数据主要有哪几种方式？,在微型计算机中采用总线结构有什么好处？,作业：,习题3、4,11/15/2024,26,本章要求掌握的内容：I/O接口电路有哪些主要功能？作业：,