第7章 输入输出接口(南通大学)(陈继红)

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1、第7章输入输出接口7.1I/O接口概述7.2简单I／O接口芯片7.3CPU与外设之间的数据传输方式7.4DMA控制器7.1I/Ｏ接口概述I/O接口电路是计算机和外设之间传送信息的部件，每个外设部件都要通过相应的接口与系统总线相连，实现与CPU之间的数据交换。接口技术专门研究CPU和外设之间的数据传送方式、接口电路的工作原理和使用方法等。7.1.1输入/输出信息1.数据信息CPU和外设交换的基本信息是数据。数据信息大致可分为数字量、模拟量和开关量三种类型。2.状态信息状态信息反映了外设当前所处的工

2、作状态，是外设发送给CPU的，用来协调CPU和外设之间的操作。3.控制信息控制信息是由CPU发送给外设，用以控制外设工作。7.1.2I/O接口的主要功能输入接口:只有当CPU从该接口输入数据时才允许选定的输入接口将数据送到总线上由CPU读取，其它时间不得占用总线。因此一般使用三态缓冲器（三态门）。输出时，CPU通过总线将数据传送到输出接口内的数据寄存器中，然后由外设读取。在CPU向它写入新数据之前该数据将保持不变。数据寄存器一般由锁存器实现，如74LS373。1.对输入输出数据进行缓冲和锁存2.

3、对信号的形式和数据的格式进行变换由计算机直接处理的信号为一定范围内的数字量、开关量和脉冲量，它与外设所使用的信号可能不同。所以，在输入输出时，必须将它们转变成适合对方的形式。4.提供联络信号3.对I/O端口进行寻址I/O接口处在CPU和外设之间，既要面向CPU进行联络，又要面向外设进行联络。联络的目的是使CPU与外设之间数据传送的速度匹配。联络的具体内容有：状态信息、控制信息和请求信息。在一个微机系统中，通常会有多个外设。而在一个外设的接口电路中，又可能有多个端口（Port），每个端口用来保存和

4、交换不同信息。每个端口必须有各自的端口地址以便CPU访问。因此，接口电路中应包含地址译码电路使CPU能够寻址到每个端口。7.1.3I/O接口的结构数据端口：用于数据信息输入输出的端口。状态端口：CPU通过状态端口了解外设或接口部件本身状态。控制端口：CPU通过控制端口发出控制命令，以控制接口部件或外设的动作。7.1.4I/O的寻址方式1．I/O端口与内存统一编址I/O端口与内存统一编址，即I/O端口的地址和内存的地址在同一个地址空间内。所有访问内存的指令都可访问I/O端口，其缺点是占去内存部分空

5、间且难以区分某条指令访问的是内存还是I/O端口。2．I/O端口独立编址I/O端口有独立的地址空间，即I/O端口的地址和内存的地址不在同一个地址空间内。系统需有专门的输入/输出的指令，需要相应的控制电路和控制信号。好处是I/O端口不占用内存部分地址空间，缺点是需增加硬件电路的复杂性，并且I/O指令一般较少、不如访问内存的指令丰富。7.2简单I／O接口芯片1.锁存器74LS37374LS373是由8个D触发器组成的具有三态输出和驱动的锁存器，使能端G有效时，将输入端（D端）数据打入锁存器，当输出允许

6、端有效时，将锁存器中锁存的数据送到输出端Q；当=1时输出为高阻。常用的锁存器还有74LS273，Intel8282等。74LS244是一种三态输出的缓冲器（或称单向线驱动器），74LS244逻辑电路及引脚如图所示，内部线驱动器分为两组，分别有四个输入端（1A1～1A4，2A1～2A4）和四个输出端（1Y1～1Y4，2Y1～2Y4），分别由使能端、控制。当为低电平，1Y1～1Y4的电平与1A1～1A4的电平相同，当为低电平，2Y1～2Y4的电平与2A1～2A4的电平相同；当（或）为高电平时，输出1

7、Y1～1Y4（或2Y1～2Y4）为高阻态。常用的缓冲器还有74LS240，74LS241等。2.缓冲器74LS24474LS245是一种三态输出的数据收发器（或称双向线驱动器），74LS245逻辑电路及引脚如图所示，16个三态门每两个三态门组成一路双向驱动。由、DIR两个控制端控制，控制驱动器有效或高阻态；当端有效时DIR控制驱动器的驱动方向，DIR=0时，驱动方向为B→A；DIR=1时，驱动方向为A→B。74LS245的真值表如表所示。常用的数据收发器还有74LS243、Intel8286、I

8、ntel8287等。使能方向控制DIR传送方向ＬＬB→AＬＨA→BＨ×隔开74LS245真值表3.数据收发器74LS2457.3CPU与外设之间的数据传输方式微机系统与外设之间的数据传输过程在程序的控制下进行。特点：以CPU为中心，由输入／输出程序实现数据传输。两种方式：无条件传输条件传输（查询方式）7.3.1程序方式1.无条件传输方式一般用于能够确信外设已经准备就绪的场合。如读取开关的状态，LED的显示等。【例题7.1】硬件如下图所示，不断扫描开关Si，当开关闭合时，点亮相应的LEDi，当地址