微机原理ch07基本输入输出接口

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1、7基本输入输出接口7.1I/O接口的概念外设——输入输出设备——是微机系统的重要组成部分，各种外设通过I/O接口与系统相连，并在接口电路的支持下实现数据传送和操作控制。接口（interface）是一个广泛使用的概念和术语，泛指两个不同系统相互作用时的连接部分。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设进行耦合与匹配以实现CPU与外设高效且可靠的信息交换的一门技术。为了实现友好的人机交互和各种形式的输入输出，人们使用了多种多样的I/O设备，如：l键盘l鼠标l显示器l打印机l绘图仪l调制解调器l……在一些控制场合，还会用到：l模／数，数／模转换

2、器l发光二极管l数码管l按纽l开关l……这些外设在工作原理、驱动方式、信息格式、工作速度等方面彼此的差别很大，在处理数据时，其速度通常比CPU要慢得多。所以它们（外设）不能直接与CPU相连，必须经过中间电路与系统相连，这部分电路被称为I/O接口电路，简称为I/O接口。I/O接口是介于系统与外设之间协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。接口电路属于微机的硬件系统，但其工作一般离不开软件的驱动与配合，应注意其软硬结合的特点。7.2I/O接口的主要功能I/O接口用于实现微处理器系统与外设的数据交换和系统对外设的控制，在系统与外设之间起到适配的作用，其功能表现在以

3、下几方面。7.2.1信号电平的转换外设产生的信号的电气特性（数字量、开关量、模拟量、……）可能与系统总线的电气特性、规范不一致，往往不是TTL电平或MOS电平，因而需要接口完成交换信号的电平转换。l电平信号→电流信号l弱电信号→强电信号l数字信号→模拟信号7.1.1数据格式的转换系统总线上传输的是8位，16位或32位的并行数据，而外设可能串行数据传输方式，这就要求接口电路完成串行→并行，并行→串行的数据传输方式的转换。即使是外设也是采用并行数据传输方式，其使用的位长和代码格式也可能与系统总线不同，这也需要接口电路来实现数据格式的转换。7.1.2数据的缓冲与

4、锁存由于外设的工作速度与CPU的工作速度之间的差异很大，通常外设是低速设备，这就要求接口能够实现外设与系统交换信息时数据传输速度的匹配。l在输出接口中，一般要安排锁存环节（如锁存器），以便锁存输出数据，使较慢的外设有足够的时间进行处理。l在输入场合中，一般要安排缓冲隔离环节（如三态门）只有当CPU选通时才允许某个被选定的设备将数据送到系统总线上，其他的输入设备此时与系统总线是隔离的。7.1.3与CPU和I/O设备进行联络I/O接口位于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，联络的内容有：l状态信息l控制信息l请求信息l……7.1.4

5、对I/O端口的寻址在一个外设的接口电路中可能会有多个端口（port），每个端口用来保存和交换不同的信息，接口电路的任务之一就是它们进行译码寻址。7.2I/O接口的典型结构7.2.1内部结构接口电路中可以被CPU存取的寄存器称为I/O端口。接口电路内部一般由3类寄存器组成：l数据寄存器l状态寄存器l控制寄存器数据、状态、控制寄存器占用的I/O端口通常被称为数据端口、状态端口、控制端口，也简称为数据口、状态口、控制口。7.1.1.1数据寄存器输入时，保存外设发往CPU的数据，称为数据输入寄存器。输出时，保存CPU发往外设的数据，称为数据输出寄存器。有些数据寄存

6、器同时支持输入和输出，实际上是具有输入和输出两种寄存器，但共用一个端口地址和端口引线，随着读写控制的不同可分别访问到其中的输入或输出寄存器。7.1.1.2状态寄存器保存状态数据，CPU可以从中读取当前接口电路或外设的状态。7.1.1.3控制寄存器保存控制数据，CPU向控制寄存器中写入命令，选择接口电路的工作方式，或控制外设进行有关操作。7.1.2外部特性接口电路的外部特型由其对外的引出信号体现。根据连接的的对象分为两侧的信号：l面向CPU一侧的信号用于与局部总线或系统总线连接，主要有数据线、地址线、控制线。这些信号的连接类似于存储器与CPU的连接，主要是处

7、理好地址译码的问题。l面向外设一侧的信号外设的种类繁多，型号不一，信号五花八门，其功能定义、时序及有效电平等差异很大，与外设连接的接口信号比较复杂，应弄清外设的工作原理、工作特点。7.1.3接口电路芯片的分类接口电路可以很简单：只由一块中下规模集成电路或一块大规模通用集成电路芯片组成。接口电路也可能很复杂：不亚于系统主板，如网卡、图形加速卡等。其核心部件往往是一块或数块大规模集成电路芯片，称为接口芯片。按照功能可分为：l通用接口芯片支持通用数据输入输出和控制的芯片，如：l并行接口芯片8212，8255Al串行接口芯片8250，8251l面向外设的专用接口芯

8、片一般是针对某种外设而设计的，仅用于某些特定点外设接口，如：lCR