微型计算机原理与接口技术（第二版）第4章 微型计算机输入输出系统概述.pptxVIP

微型计算机原理与接口技术（第二版）第4章 微型计算机输入/输出系统概述4.1 微型计算机接口技术概述4.2 输入/输出控制方式习题与思考学习目标4.1 微型计算机接口技术概述4.1.1 接口及接口的功能4.1.2 接口的类型4.1.3 CPU与外设之间交换的信息类型4.1.4 I/O接口的基本结构4.1.5 I/O端口的编址方法4.1.1 接口及接口的功能　I/O接口：连接微型计算机主机与外部设备的逻辑控制电路，它是CPU与外界进行信息交换的通道。　如显卡、声卡、网卡、硬盘控制器等。　　各种I/O设备都通过相关的接口电路与系统相连。　I/O端口：接口电路中能被CPU直接访问的寄存器或某些特定器件。　每个接口电路中包含有一组端口，CPU与外设之间进行数据传输时，各类信息在I/O接口中存入不同的端口。4.1.1 接口及接口的功能1．应用I/O接口的必要性I/O设备种类繁多，结构和工作原理各不相同。各种I/O设备的工作速度差异大，与CPU速度不匹配。不同的I/O设备工作时序有差异，难以与CPU配合。各种I/O设备的信息表示格式不一致。各种I/O设备所处理的信息类型及信号电平不一致。　接口技术的应用减轻了CPU的负担，更充分地发挥了CPU的任务管理和数据处理能力，提高了CPU的工作效率，从而提高整机性能。4.1.1 接口及接口的功能2．I/O接口的功能（1）数据缓冲与锁存功能。（2）地址译码和设备选择功能。（3）接收并执行CPU命令，控制和监测外设的功能。（4）数据格式转换功能。（5）信号转换功能。（6）中断或DMA管理功能。（7）可编程功能。专用接口并行接口数字接口通用接口串行接口模拟接口1、按数据传送方式分类2、按输入/输出的信号类型分类3、按使用灵活性分类可编程接口不可编程接口4、按接口使用的功能特征分类4.1.2 接口的类型数据信息CPUI/O装置控制信息状态信息4.1.3 CPU与外设之间交换的信息类型CPU与外设之间交换的基本信息，通常为8位、16位或32位。数据信息又分为数字量、模拟量和开关量数字量。1、数据信息：反映外部设备或接口电路当前工作状态的联络信息。状态信息是由接口送往CPU。2、状态信息：CPU控制外设及接口工作的命令信息。控制信息由CPU发给接口电路。3、控制信息：CPU4.1.4 I/O接口的基本结构数据缓冲器数据寄存器DB数据信息控制寄存器读/写控制逻辑I/O设备AB控制信息CB状态寄存器状态信息I/O接口数据缓冲器：数据寄存器：控制寄存器：状态寄存器：内部定时、读/写控制逻辑：CPU与外设之间信息传送的通道，在高速CPU与慢速外设之间起到协调和缓冲的作用。存放CPU与外设之间交换的信息，CPU可对其读或写。存放CPU向外设发送的控制命令，CPU可对其写入但不可读出。用于保存接口及外设当前的工作状态，CPU可对其读出，但不能写入。提供接口电路所需的内部定时信号，接收CPU发送给接口的读/写控制信号和端口选择信号，选择接口内部的寄存器进行读/写操作。4.1.5 I/O端口的编址方法1．I/O独立编址方式　系统内分配给所有端口的地址空间是完全独立的，与存储器地址空间无关，使用专门的I/O指令对端口读/写。　优点：程序阅读方便，可根据指令判断操作对象；I/O指令和端口地址码较短，译码线路简单，指令执行速度快。　　缺点：对端口操作的指令类型少，编程灵活性相对弱。2．存储器统一编址方式　系统把存储器地址空间的一部分作为I/O端口空间，为每个端口分配一个存储器地址。　优点：指令类型丰富，编程灵活、方便；不需要专门的I/O指令，简化了指令系统的设计。　缺点：存储器地址范围因端口占用而减小；程序阅读不方便，程序中不易看出操作对象是存储器还是外设。4.2 输入/输出控制方式4.2.1 无条件传送方式4.2.2 查询方式4.2.3 中断方式4.2.4 DMA方式4.2.5 I/O通道方式4.2.1 无条件传送方式　一种简单的传送方式，其硬件结构和软件设计都十分简单，接口电路中只需数据端口。程序中勿需查询和等待外设，只需在适当位置直接插入I/O指令，当CPU执行到I/O指令时，立即开始输入/输出数据的操作。　　适用于对一些简单外设的操作，主要应用于定时为已知或固定不变的低速I/O设备或无需等待时间的I/O设备。DBDB外部设备状态信息ABCB状态信号CPU数据端口端口选择及 控制状态端口4.2.2 查询方式　也称条件传送方式。CPU在执行一个I/O操作前，必须不断地检测外设的状态，当外设就绪才能传送，否则CPU等待并查询外设的状态，直至外设准备好。　因CPU的大量时间被消耗在反复查询、循环等待慢速外设的过程中，而且CPU与外设不能并行工作，所以CPU效率很低，但接口电路简单，硬件