(微型计算机原理与接口技术)第6章输入输出接口技术.ppt

6.1 输入/输出接口6.2 CPU与外设之间的数据传输方式习题 　　微处理器与I/O设备之间实现数据传输远不如与存储器那么简单。因为存储器由半导体电路芯片组成，而且系统选用的存储器芯片的访问周期通常与时钟周期是同一个数量级，且存储器本身又提供数据缓冲的能力，所以微处理器一般只需两个时钟周期左右的时间便能在总线上存取数据。而I/O设备品种繁多，几乎无例外地都离不开机电传动装置，微处理器在与I/O设备进行数据交换时，必须通过接口电路来连接，其主要原因有以下几方面。 　　1．速度的不匹配　　I/O设备的工作速度比微处理器慢得多，而且因设备种类不同，其速度差异较大。有每秒能传输几兆位的硬盘驱动器，也有每秒仅能传输100多个字符的串行打印机。　　2．时序的不匹配　　一般来讲，I/O设备上的信息处理都有自身的定时控制电路，以自己的速率传输数据，无法与处理机的时序取得同步。　　3．信息格式不匹配　　在不同的I/O 设备上，存储和处理信息的格式不同，有并行和串行之分，也有二进制位或ASCII编码或BCD编码之分。若在磁盘上存储信息，还要按不同的磁道记录格式将选定的编码信息进行存取。这些信息格式都比微处理器与存储器间的数据交换格式复杂得多。 　　4．信息类型与电平的不匹配　　不同I/O设备处理的信号类型不同，它们或是数字信号，或是连续电流，或是其他模拟量，而且信号电平的幅值不一。　　任何外围设备都是通过各自的接口连接到微机系统总线上的，不同类型的外设，应设置相应的接口电路连到系统总线上，以完成不同的功能。　　所谓接口，就是指两台计算机之间、计算机与外围设备之间、计算机内各部件之间起连接作用的逻辑电路，是CPU与外界进行信息交换的中转站。由于计算机内各部件之间接口问题与使用者关系不大，所以一般讨论接口，就是指CPU与外围设备间的输入/输出接口。　　 　　输入/输出接口技术是信息传送的控制技术，是一种采用软、硬件结合的方法，实现CPU与外设之间协调与匹配，实现二者之间高效、可靠的信息传递的一门技术。 6.1.2 接口的功能　　从解决CPU与外围设备之间的矛盾来看，接口电路的功能就是对信息传送的硬件控制，具体应有以下6种功能。　　1．锁存功能　　CPU向外设输出的信息(包括数据、控制及状态信息)仅在写周期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理，以解决双方的速度匹配问题。 　　2．缓冲隔离功能　　CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入三态缓冲器满足上述要求。　　3．转换功能 　　通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可以实现串行数据与并行数据的转换。 　　4．联络功能　　通过接口电路，可使CPU与外围设备通信前事先联络，当收发双方都处于“就绪状态”再通信，可以避免通信错误，提高效率。　　5．对外围设备编址(译码)功能　　一台微机系统往往要连接多台外围设备，而外围设备是通过接口电路挂到系统总线上的，只有通过接口电路对不同的外围设备分配不同的地址，CPU才能与指定的外围设备交换信息。 　　6．中断管理功能　　当多台外围设备以中断方式进行通信时，由于CPU往往只有极少中断申请输入端，需要通过接口电路实现对中断申请输入端的扩展，对不同外围设备的中断申请进行区分，以及对中断申请排队和对中断申请信号进行屏蔽。 6.1.3 接口信息　　计算机I/O接口电路与外围设备间交换的信号，通常有数据信息、状态信息和控制信息3种类型。　　1．数据信息　　CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或16位。数据信息大致分为以下3种类型。　　(1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的数据及字符，通常为8位。 　　(2) 模拟量。如果一个微型机系统用于工业控制，那么，多数情况下的输入信息就是现场的连续变化的物理量，如温度、湿度、位移、压力、流量等，这些物理量一般通过传感器先变成电压或电流，再经过放大。这样的电压和电流仍然是连续变化的模拟量，而CPU无法直接接收和处理模拟量，要经过模数(A/D)转换器，变成数字量，才能送入计算