微机原理与接口技术－－李云强 第6章 输入和输出接口技术

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1、微机原理与接口技术中国水利水电出版社主编李云强第6章输入和输出接口技术在任何一个微计算机系统中，输入/输出(I/O)接口技术是微计算机与外部设备交换信息所不可缺少的手段，在微机系统中占有重要地位。本章主要讨论I/O接口和系统中的数据传送机制，内容包括：I/O接口的概念、数据传送的控制方式、简单输入/输出接口的设计举例、直接存储器存储（DMA）传送方式等。6.1I/O接口概述6.1.1接口与端口的基本概念1.接口的概念微机使用的外部设备种类很多，一般可以分为电子设备、机电设备、机械设备等，它们的工作速度及信号的表示方法与微型计算机不同。如果按照它们与CPU之间数据传输的方向

2、可以分为输入设备(键盘、鼠标、数码相机等)、输出设备(显示器、打印机等)、复合输入/输出设备(磁盘等)。为了能够把各种各样的外部设备与CPU的总线连接，要设计不同类型的接口电路，简称接口，也称适配器。微机系统中，各种输入/输出设备通过接口与系统相连，并在接口的支持下实现各种方式的数据传送。因此接口是CPU与存储器、外部设备或者两种外设之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑部件（或称电路），是CPU与外界进行信息交换的中转站。微型机系统内部设备之间的信息交换、微型机与别的计算机或设备的信息交换，都是通过接口来实现的，如图6-1所示。图6-1CPU与外设连接示意图

3、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：（1）接收和执行CPU命令的功能（2）数据缓冲功能和接口状态的表示（3）设备选择功能（4）信号转换功能（5）数据格式转换功能（6）中断管理功能（7）可编程功能（8）错误检测及复位功能2.端口的概念微机的外部设备和存储设备都是通过接口连接到系统上的，每个接口是由一组寄存器组成，这些寄存器都分配了一个称为I/O端口的地址编码。微机的CPU和内存就是通过这些端口和外部设备进行通信的。I/O接口部件中一般有3种寄存器：一是用来数据缓冲的数据寄存器；二是用来保存设备和接口的状态信息，供CP

4、U对外设进行测试的状态寄存器；三是用来保存CPU发出的命令以控制接口和设备操作的命令寄存器。这些寄存器都分配有各自的端口号，CPU通过不同的端口号来选择各种外部设备。一个接口电路中一般含有几个端口，CPU在寻址外设时是寻址外设的某个端口，而不是笼统的外设，如图6-2所示。图6-2CPU寻址外设示意图6.2I/O接口数据传送的控制方式外设与微机间的信息交换可以用不同的输入输出方法完成。基本的输入输出方法有：程序控制I/O方式(无条件传送方式与查询方式)、中断方式、直接存贮器存取(DMA)方式，这里重点讲解前两种方式。6.2.1程序控制方式1.无条件传送方式无条件传送是一种

5、最简单的输入/输出控制方法，一般用于控制CPU与低速I/O接口之间的信息交换，例如：开关、继电器和速度、温度、A/D转换器。由于这些信号变化缓慢，当需要采集这些数据时，外部设备已经把数据准备就绪，不需要检查端口的状态，可以立即采集数据，数据保持时间相对于CPU的处理时间长得多。所以，输入的数据不需要加锁存器而直接用三态缓冲器与系统总线连接，如图6-3所示。图6-3无条件传送方式接口电路(a)无条件传送的输入方式；(b)无条件传送的输出方式实现无条件输入的方法是：在程序的恰当位置安排输入指令，当程序执行到这些指令时，外部设备的数据准备就绪，可在执行当前指令时间内完成接收数据

6、的全部过程。如果外部设备是输出设备(例如显示器)，一般要求接口具有锁存能力，即要求CPU送给外部设备的数据，应该在输出设备接口电路中保持一段时间，保持时间的长短应该和外部设备的接受动作时间相适应。实现无条件输出的方法是在程序的恰当位置安排OUT输出指令，当程序执行到这些指令时，将输出给外部设备的数据存入锁存器。无条件传送方式的工作过程：输入时，外界将数据送到缓冲器输入端(如开关、A/D转换器等)，当CPU执行INAL，07H指令时，CPU首先向地址译码器送启动信号，并将端口地址07H送到74LS138译码器输入端，译码器的作用是将端口地址转变为使其某一根输出线为有效低电平

7、，例如：当端口地址为07H时，则使译码器的Y7为低电平。然后CPU送出IOR低电平信号，使三态缓冲器的控制端为有效电平。将外部设备送来的数据送到数据总线上，并将数据打入CPU内部的通用寄存器AL中。因为CPU执行一次数据读入，对于8088来说一般只需要微秒级时间，而外界数据在缓冲器输入端保持的时间，可达秒级或几十毫秒，所以输入数据不必锁存。CPU执行INAL，07H指令时，要读入的数据早已送入缓冲器的输入端，所以可以立即读入，无需查询数据是否已准备就绪。假设端口号07H也是另一接口电路输出锁存器的入口地址，锁存器从数据总线接收