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微机原理052.ppt
第5章 输入/输出接口 5.1 输入输出接口 1. 什么是I/O接口 输入/输出接口电路位于系统总线(或局部总线)与外设之间,用它来完成系统总线(或局部总线)与外设之间的数据传输,完成系统对外设的控制与响应。从硬件上讲,接口是介于部件与总线之间的电路,适配两者完成数据传输。 主机与外设通过接口传送信息,按所传送信息的内容和功能可分为: (1)数据信息:数字量、模拟量、开关量 (2)状态信息 (3)控制信息 2. I/O接口的主要功能 (1).匹配主机与外设的速度 (2).数据格式转换(如:串/并) (3).电平转换(如:RS232信号) (4).数字量与模拟量之间信号变换 (5).传送主机命令,反映设备工作状态 (6).识别和指示数据传送的地址 (7).数据输入输出 3. 接口基本结构 接口电路可以很简单,简单得可以由几个甚至一个三态门构成;以VLSI芯片为主构成的接口电路,其复杂程度有的不亚于8位CPU。接口电路通常做在一块超大规模集成电路接口芯片上,根据需要也有用中小规模集成电路芯片构成的。不同规模和功能的接口电路,其结构虽各有不同,但一般是由寄存器和控制逻辑两大部分组成,每部分又包含几个基本模块,如下图所示。 (1)?? 端口寄存器 这部分包括输入缓冲寄存器、输出缓冲寄存器、控制寄存器和状态寄存器,它们是接口电路的核心,每个寄存器表示一个I/O端口,对应一个I/O端口地址。 数据缓冲寄存器 输入缓冲寄存器暂时存放输入设备送来的数据,供CPU读取;输出缓冲寄存器暂时存放CPU送出的数据,缓冲后送给输出设备。输入输出缓冲寄存器在高速CPU与低速外设之间起到协调、缓冲作用,实现数据传送的同步。数据缓冲寄存器通常具有三态功能。 控制寄存器 控制寄存器用来存放CPU发来的控制命令和有关信息,以规定接口电路的功能和工作方式。VLSI接口芯片一般具有可编程特性,一个接口芯片具有多种不同的工作方式和功能,可通过编程来设定,使用上十分灵活方便。控制寄存器一般是只写寄存器,其内容只能由CPU写入,不能读出。 状态寄存器 状态寄存器记录外设的当前状态和I/O操作状况。CPU用输入指令读取状态寄存器的内容,从而了解外设的当前状况和数据传输过程中发生的有关情况,据此作出相应判断,执行相应操作,使主机能安全可靠地通过接口完成数据传输。 (2)?? 控制逻辑电路 为确保CPU通过接口正确地传输数据,接口中还必须包含如下的控制逻辑电路。 数据总线缓冲器 接口芯片内部数据总线经数据总线缓冲器与系统总线相连接;如果芯片负载较重,可在片外再加一级总线缓冲与系统数据总线相连。 地址译码 系统地址总线高位经片外的地址译码器译码来选择接口芯片,低位地址线在片内译码后选择接口芯片内部相应的端口寄存器,使CPU正确无误地与指定的外设完成相应的I/O操作。 内部控制逻辑 接收来自系统的控制输入,产生接口电路内部的控制信号,实现系统控制总线与内部控制信号之间的转换。 联络控制逻辑 接收CPU有关控制信号,生成给外设的准备好信号和相应的状态;接收外设的选通信号,产生相应状态标志和中断请求信号。上图是接口电路的通常组成,并非所有接口全部具备。一般而言,数据缓冲寄存器、端口地址译码器和输入输出控制逻辑是不可少的,其它部分视接口功能强弱和I/O操作的同步方式而定。 4. I/O端口编址 ⑴ I/O端口与存储器统一编址 这种编址方式,把I/O端口同存储器的存储单元一样看待,统一编址。 在可寻址的存储空间中,划出一部分作为I/O端口空间地址,其余大部分用作内存单元,I/O端口和内存单元有不同的地址编号。 在该方式中CPU对存储单元的读/写和对I/O端口的输入/输出操作都用访问存储器指令,而不用输入/输出指令,即控制信号IO/-M(对PC/XT机对而言)都为低电平,而由地址总线上的码值(地址码)区分访问对象是存储单元还是I/O端口,控制信号或指明是读(输入)还是写(输出)。这种方式CPU对存储器和I/O端口的访问如下图(左)所示。 优点:可使用存储器寻址方式对端口寻址,寻址方式灵活。 缺点:I/O端口地址占用存储器地址空间。 M6800、单片机通常采用这种编址方法。 ⑵ I/O端口独立编址 I/O端口和内存单元各自独立编址,CPU访问I/O端口须用专门的输入/输出指令。PC系列机的输入和输出指令中,直接寻址I/O端口时用一个字节的地址码,故可寻址28=256个端口;寄存器间接寻址I/O端口用DX表示地址码,有16位,可寻址216=65536个端口。但PC/XT机一般用低10位地址线来表示I/O端口,因此该系统中可安排的I/O端口最多为1024个(210)。 在该编址方式中地址总线上出现的地址码
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