微机原理与接口技术（80386-Pentium) 艾德才 7第7章 IO控制

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1、第7章输入/输出控制在微处理机系统中，外围设备越来越多，其功能也越来越强，控制起来也就更加复杂，输入/输出控制技术通常也就采用硬件技术与软件相结合的方法来实现，所以，输入/输出控制技术是硬件和软件结合在一起的一项综合技术。输入/输出设备种类众多，其工作原理和结构构成也各不相同，它们的操作速度与CPU相比相对较低，且在进行数据处理时，不论是在数据格式上、在处理数据速度上、还是在逻辑时序上与CPU均不能直接进行操作。所以，微处理机与输入/输出设备之间即不能直接相连也不能直接进行信息交换，而必须是通过接口设备来实现。常见的输入设备有：键盘、

2、鼠标、扫描仪、软/硬盘存储器驱动器、光盘驱动器。而打印机、显示器、绘图仪、光盘刻录机、音频输出等设备则是常见的输出设备。1．接口的主要功能（1）信号转换：由于微处理机的总线信号与输入/输出设备的控制信号之间存在着差异，无法进行相匹配的操作，需要在两种信号之间进行转换。像CPU的信号与输入/输出设备信号之间的逻辑关系、时序关系以及电平之间的关系均需转换。否则高速的CPU系统与低速的输入/输出设备之间是无法沟通的。（2）数据缓冲：由于微处理机与输入/输出设备处理数据的速度不同，定时的标准也不同，二者又需进行信息交换，所以在接口上尚需设置对

3、所传送的数据提供缓冲、隔离以及寄存的功能。具体说来，就是在输出接口中设置寄存器或锁存器，用以暂时存放CPU欲输出的数据，然后再由输出设备根据自身的情况，将暂时存放的欲输出的数据进行适时输出处理。（3）地址译码：在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围设备，这样就会有多个输入/输出接口，像为键盘、鼠标、打印机、显示器、磁盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，且为它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围设备输入/输出地址寻址。（4）控制和状态：由于微处理机的操作速度与输入/输出设备的运行速度不在一个数量级上，所以随时需要知道

4、输入/输出设备的状态。常用的状态信号有正忙和准备就绪。（5）校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入/输出接口配备有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如若USB在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会重复发送数据直至正确为止。2．接口上的信息交换通常，输入/输出设备接收或发送信息的速度与CPU的操作速度相比相差甚远。所以对输入/输出设备的控制可以采用信号交换（或查询）的方法。下图示出输入/输出接口的逻辑原

5、理框图。CPU外围设备数据端口状态端口控制端口数据总线地址总线控制总线数据状态控制输入/输出接口电路由图可以看出，输入/输出接口好像是CPU与外围设备之间进行信息传送的一个“连接部件”。输入/输出接口通过CPU的数据总线、地址总线和控制总线与CPU相连接，数据信息通过数据端口、控制信息通过控制端口和状态端口与外围设备连接，外围设备与CPU交换的信息就是数据信息、状态信息和控制信息。数据端口的作用是，在外围设备与CPU之间进行信息交换时，用来存放欲交换数据的一种缓冲寄存器，当程序执行到需要CPU加工处理来自外围设备的数据时，数据端口中存

6、放的就是外围设备发给CPU的数据。而当程序执行到需要CPU将加工处理后的数据发送给外围设备时，数据端口中存放的就是欲通过外围设备输出的数据。状态信息指的是外围设备当前的工作状态，像正忙（BUSY）信号，准备就绪（READY）信号等。控制信息是指用于控制外围设备接口工作方式和外围设备启动或停止信息，通常是由CPU发出各种控制信息。在输入/输出接口中，可以通过CPU进行读/写的寄存器又叫端口（Port）。存放数据的叫数据端口，存放状态信息的叫状态端口，而把存放控制信息的叫控制端口。CPU就是通过访问这些端口以确认外围设备的目前状态，去控制

7、外围设备的运行，和外围设备进行数据交换操作。基本的I/O操作技术有三种，它们分别是：（1）利用程序设计技术进行I/O操作：它是在程序的直接、连续地控制之下所进行的I/O操作。（2）利用中断驱动实施I/O操作：在程序发出了I/O命令之后，继续进行I/O操作，只有当遇到I/O硬件中断，才被告之I/O操作已经结束。（3）直接存储器存取DMA技术：这一技术是用一个指定的I/O处理器来替代I/O操作控制，在I/O设备和存储器之间可以进行直接的大批量的数据传送操作。7.1I/O编址方式及I/O端口地址7.1.1PC机I/O编址方式微处理机的I/

8、O端口编址方式有两种，即统一编址和独立编址。1．统一编址统一编址方式是把每一个I/O端口地址看成是一个存储器单元地址，CPU可以像访问存储器那样，使用访问存储器的指令去访问I/O端口。统一编址的优点是不需要专门的I/O指