北京邮电大学微机原理与接口技术第七章 IO接口与中断技术.pdf

第七章 I/O接口与中断技术 7.1 I/O接口 7.1.1 I/O接口的重要作用 输入和输出设备是计算机系统的重要组成部分。计 算机所处理的信息，包括程序与数据均要由输入设备 提供；而处理后的结果数据，则要送给输出设备。 但CPU要与外设直接交换信息存在着不少困难，原 因是外设种类繁多，这些外设的工作原理也不尽相同。 1、速度不匹配 2、信号电平不匹配 3、信号格式不匹配 4 、时序不匹配 因此各种各样的外设不能直接与CPU的系统总线相 连。 为了解决上述矛盾，必须在CPU与外设之间设置专 门的接口电路，这就是I/O接口的作用。 I/O接口实际上是连接外设和总线之间的逻辑电路的 总称，它是总线主设备 (例如CPU) 与外设之间的桥梁。 通过I/O接口，总线和外设 可以交换数据；主设备可以 控制该I/O 口的工作(向I/O 口 写入命令)；主设备可以监 测与管理I/O 口的工作状态； 必要时，I/O 口还可以产生中 断请求。 因为外设各种各样，所以I/O接口也有很多种。 所谓接口是指CPU和存储器、外部设备或者两种外 部设备，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻 辑部件（或称电路），它是CPU与外界进行信息交换的 中转站。 要使这些外部设备正常工作，一是要设计正确的接 口电路，二是要编制相应的软件。 因此接口技术是采用硬件与软件相结合的方法研究 微处理器如何与外部世界进行最佳藕合与匹配以实现 CPU与外界高效且可靠的信息交换的一门技术。 7.1.2 I/O接口的主要功能 1、数据的寄存和缓冲功能 外部设备如打印机等的工作速度与主机相比相差 甚远。为了充分发挥CPU的工作效率，接口内设置有数 据寄存器或者用RAM芯片组成数据缓冲区，使之成为 数据交换的中转站。接口的数据保持能力在一定程度上 缓解了主机与外设速度差异所造成的冲突，并为主机与 外设的批量数据传输创造了条件。 2、设备选择功能 系统中一般带有多种外设，同一种外设也可能有 多台，而CPU在同一时间里只能与一台外设交换信息， 这就要借助于接口的地址译码以选定外设。只有被选定 的外部设备才能与CPU进行数据交换或通信。 3、信号转换功能 外部设备大都是复杂的机电设备，其电气信号电平 往往不是TTL 电平或CMOS 电平，常需用接口电路来完 成信号的电平转换。为了防止干扰，常常使用光电藕合 技术，使主机与外设在电气上隔离。 主机系统总线上传送的数据与外部设备使用的数据， 在数据位数、格式等方面往往也存在很大差异。 例如主机系统总线上传送的是8位、16位或32位并 行数据，而外设采用的却是串行数据传送方式，这就要 求接口完成并→串或者串→并的转换。 若外设传送的是模拟量，则还需进行A ／D或D ／A 转换。 4 、对外设的控制和监测功能 接口接收CPU送来的命令字或控制信号，实施对外 部设备的控制与管理。外部设备的工作状况以状态字或 应答信号通过接口返回给CPU，以“握手联络”过程来 保证主机与外设输入／输出操作的同步。 5、中断或DMA管理功能 为了满足实时性和主机与外设并行工作的要求需要 采用中断传送的方式，为了提高传送的速率有时又采用 DMA传送方式，这就要求接口有产生中断请求和DMA 请求的能力以及中断和DMA管理的能力。 6、可编程功能 现在接口芯片多数都是可编程的，在不改变硬件的 情况下，只需修改程序就可改变接口的工作方式，增加 了接口的灵活性和可扩充性，使接口向智能化方向发展。 CPU与I ／O设备之间的接口信息 CPU与I ／O设备之间要传送的信息，通常包括数