微型计算机原理与接口技术第二版-刘彦文等-第5章

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1、第5章输入输出教学提示：微处理器同外设的连接和信息交换，是微型机系统要解决的主要问题之一。本章描述了输入输出的基础知识，包括外设接口的一般结构、I/O端口的寻址方式和数据传送的控制方式，以及PC机I/O地址空间、基本输入和输出接口等内容。另外还描述了DMA控制器8237A的结构、功能及实际应用。教学目标：了解微处理器同外设接口交换的3种信息；清楚端口与接口的区别；了解I/O端口的编址方式。深刻理解程序控制传送方式的原理、特点及应用场合，能够编写简单的应用程序。深刻理解PC机I/O地址空间、基本输入和输出接口、地址译

2、码器等内容。理解DMA方式数据传输的基本工作原理。熟知8237A芯片内部结构以及外部引脚的连接方法；熟知8237A的4种工作方式；熟知8237A内部寄存器的作用；能够读懂并编写简单的初始化程序和应用程序。5.1概述5.1.1接口的功能如图5.1所示，用户可以根据自己的需要，选择不同类型的外设，配置相应的接口电路，通过接口将不同类型的外设连接到系统总线上，构成不同用途、不同规模的应用系统。一般情况下，存储器接口电路及相应的控制比较单一，而I/O设备种类和型号繁多，相应I/O接口电路逻辑不同，控制较复杂。因此本章及后续

3、章节接口多指I/O接口，也称为外设接口。虽然接口因外设的种类繁多而结构各异，但作为连接计算机系统总线与外部设备的桥梁，一般均有如下的功能：图5.1CPU与外设连接示意图1.数据缓冲功能和接口状态的表示数据缓冲功能主要解决CPU的高速度与外设的低速度之间的矛盾，从而避免了因速度不一致而导致的数据丢失。一般在接口中通过设置数据缓冲器或锁存器解决此类矛盾，通常把具有缓冲或锁存数据能力的寄存器称为数据端口。接口从系统总线或外设接收一个数据，通过发出“准备好”联络信号，通知外设或CPU取走数据。一次数据传输完成后，接口又可发

4、出“数据缓冲区空”信号，准备进行下一次传输。接口有向CPU提供接口状态或外设工作状态的能力。在接口电路中这些用于表示“空”、“满”、“准备好”、“忙”、“闲”等状态信号的寄存器称为状态端口。2.接收和执行CPU命令的功能CPU对I/O设备的控制命令一般均以代码的形式发送到接口的命令寄存器，命令寄存器称为控制端口或命令端口。接口电路将这些命令代码进行识别和分析，产生若干个控制信号。这些控制信号的作用一般有两个：一是控制所连接外设的工作，二是用于设置接口的工作方式。3.信号转换功能因为外设所需的控制信号与外设提供的状态

5、信号往往与微型机总线的信号不匹配，信号转换是不可以避免的。信号转换的主要内容是对信号之间的逻辑关系、时序配合以及电平匹配进行转换。4.设备选择功能微型机系统中可能带有多种外设，或者多台同种外设，需要CPU通过地址信号来标识和选择不同的接口。因此接口应对系统总线上传输的地址进行译码，检测到本端口地址时，产生相应的“选中”信号，并按CPU的要求进行信息传输。一般情况下，端口寻址方法类似存储器的寻址方法，通过高位地址译码产生片选信号选择外设接口芯片，低位地址选择芯片内部寄存器或锁存器。5.中断管理功能外设需要及时得到CP

6、U的服务，所以接口必须要有简单的中断管理功能。如：发出中断请求，提供中断类型码等。在PC机中，有些功能由专门的中断控制器实现。6.数据格式转换功能CPU能直接处理的是并行数据，如8位、16位和32位等。而有些外设只能处理串行数据，如串行通信设备、终端机等。所以当外设使用的数据格式与CPU数据格式不同时，接口要进行两种数据格式之间的相互转换。7.可编程功能目前接口芯片大部分是可编程的，可以用命令字或控制字来设定其工作方式、工作参数。所以在不改动硬件电路的情况下只修改相应的命令字或控制字，就可以改变接口的工作方式，大大

7、增加了接口的灵活性和可扩充性。8.错误检测及复位功能许多数据传输量大、传输速率高的接口，具有检测信号传输错误的功能。常见的信号传输错误有以下两种：物理信道上的传输错误(主要由干扰造成)和数据传输中的覆盖错误(主要由数据收发不及时造成)。在数据传输的过程中接口应能及时检错和纠错。常用的检错方法有奇偶校验法、方阵码校验法和CRC冗余校验法等。同时，接口在收到系统的复位信号后，应能将接口电路和所连的外部设备置为初始状态。5.1.2接口与端口图5.2所示的I/O接口，称为输入/输出接口，也称为外设接口。外设接口是CPU与外

8、设之间传送信息的一个界面、一种连接电路。外设接口一端通过系统三总线(数据总线、地址总线、控制总线)与CPU相连，另一端与外设相连并与外设交换三种信息：数据信息、状态信息和控制信息。图5.2I/O接口典型结构1.数据信息数据信息是CPU与外设接口交换信息的主要部分。外设有数字量、模拟量和开关量三种信号。接口电路将输入设备的输入信号，转变成CPU能够接收的数据信