输入输出接口和总线

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1、第六章输入/输出接口和总线本章内容基本概念I/O端口的编址输入输出的基本方法：1、程序控制的输入/输出方法（又分为：无条件传送和查询式传送或有条件传送）2、中断方式传送3、DMA方式传送中断中断基本概念DMA*DMA的基本概念6.1输入/输出接口（I/O接口）6.1.1概述什么是I/O接口？把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之间的信息交换。I/O接口要解决的问题速度匹配(Buffer)信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器)信号形式匹配(A/D、D/A)信息格式(字节流、块、数据包、帧)时序匹配(定时关

2、系)总线隔离(三态门)I/O接口的功能I/O地址译码与设备选择把选中的端口与总线相接，未选中的与总线隔离（高阻态）数据的缓冲与暂存缓解接口与CPU工作速度的差异对外设进行监测、控制与管理，中断处理信号电平与类型的转换形式、格式、电平、功率、码制等6.1.2I/O接口的编址方式I/O端口：I/O信息的三种类型：数据、命令、状态。传送这三类信息的通道分别称为：数据端口(I、O)、命令端口(O)、状态端口(I)。不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址(或端口号)。端口有两种编址方式：

3、统一编址和独立编址。1.统一编址把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。优点指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。缺点内存可用地址空间减小0地址空间(共1MB)内存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H2.独立编址外设地址空间和内存地址空间相互独立。优点：内存地址空间不受I/O编址的影响缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号00000H内存地址空间内存空间(1MB)I/O空间(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空间0000H

4、例如：8088/8086系统8086总线A19-A0A9-A0MEMR、MEMWIOR、IOW、AEN存储器访问I/O访问8088/8086CPU的I/O编址方式采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用（8088)来区分：时为I/O地址I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15～A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)个I/O地址范围为0～FFFFHIBMPC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)6.1.3I/O端口地址的译码、、A15～A0OUT指令将使总线的信号有效IN指令将使

5、总线的信号有效当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。例如：某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。6.1.4I/O数据的传送方式并行一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送速度快、距离短、成本高例：PC机的并行接口(通常用于连接打印机)串行数据按位进行传送速度慢、距离远、成本低例：PC机

6、的串行接口(通常用于串行通信)6.2.1接口电路的基本结构6.2简单接口电路数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的数据命令寄存器——存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。状态寄存器——保存外设当前状态，以供CPU读取。简单接口电路数据输入接口必须具有三态输出能力，以便与总线挂接外设有数据保持能力时—可用三态门实现外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实现数据输出接

7、口常用锁存器实现三态门：高电平、低电平、高阻态通常一个器件中包含8个三态门常用芯片：74LS244（见241页）应用例子：开关接口工作波形图如下：A0~A15IOR#译码输出D0~D7开关状态地址有效简单的输入接口举例接口电路图如下：83FCH～83FFH译码器锁存器：由D触发器构成通常一个器件包含8个D触发器常用芯片：(教材图6.3)74LS373(具有三态输出的锁存器，内部结构见图6.3)应用例子：发光二极管接口简单的输出接口举例译码器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15

8、IOW#74LS373RGND/OE输入/输出接口综合应用例子根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管74LS273的端口地址假设为F0H用74LS244作为输入口，读入开关K0～K3的状态74LS244的端口地址假设为F1H当开关的状态分别为0000～