基本的IO接口

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1、第3章基本的IO接口3.1I/O概述I/O接口基本概念1.为什么要引入接口•微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样。•微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。•不用接口，I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降低CPU的效率。•I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖CPU，对外设本身发展不利。2.接口的概念3.I/O接口与I/O设备不同I/O设备对应I/O接口不同。I/O接口受CPU控制，I/O设备受I/O接口控制。为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均具有可编程功能。微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连接。4．I/O

2、接口功能.数据缓冲功能：通过寄存器或锁存器实现。存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口（输入、输出、双向）。数据传送的方向以CPU/MPU为基准。.接受和执行CPU命令功能：存放CPU命令代码的寄存器称之为命令口，存放执行状态信息的寄存器称之为状态口。一般，命令口为输出口，状态口为输入口。.设备选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。即CPU通过地址译码选择不同I/O接口。.信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。转换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。.中断管理功能:当外设需要及时得到CPU的服务，特别是在出现故障时，在接口中设置中断控制

3、电路，为CPU处理有关中断事务（如发出中断请求、进行中断优先级排队、提供中断向量等），这样既做到微机系统对外界的实时响应，又使CPU与外设并行工作，提高了CPU的效率。.数据宽度变换的功能CPU能直接处理的是并行数据（8位、16位或32位等），而有的外设（如串行通信设备、绘图仪、电传打字机等）只能处理串行数据，在这种情况下，接口就应具有数据"并-串"和"串-并"变换的能力。可以通过编程改变接口性能及工作方式的接口芯片称为通用接口芯片，反之，称为专用接口芯片。.可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。5．I/O接口组成接口由接口硬件和接口软件组成。1.

4、接口硬件CPU侧引脚信号：地址信号：选择I/O接口中的不同寄存器；数据信号：根据命令类型，送到对应的寄存器中，或从寄存器中取得数据或状态；控制信号：控制命令的执行、时序、信号同步和片选；状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器；状态信号：接口的部分工作状态信号。根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外设状态信号控制I/O接口的工作。外设侧引脚信号：数据信号：接口缓冲寄存器与外设间的数据交换；状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器；控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制信号和同步信号。内部控制逻辑：根据控制寄存器、状态寄存器、总线控

5、制信号及外设状态信号控制I/O接口的工作。2.接口软件（设备驱动程序）初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件。传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O设备有不同的处理方式。主控程序段：完成接口任务的程序。程序终止与退出程序段：接口电路硬件保护及操作系统中数据恢复。辅助程序段：提供人-机对话手段。3.1.1CPU与I/O之间的接口信号1）数据信息数字量、模拟量、开关量等。2）状态信息准备就绪信号、请求信号、忙/闲信号等。3）控制信息读写信号、响应信号等。3.1.2I/O端口及CPU对I/O端口的访问1）I/O端口（PORT）I/O端口是供CPU直

6、接存取访问的接口中的寄存器或电路。接口中的命令口、状态口和数据口均为I/O端口。一般情况下，一个端口只能写入或读出一种信息，但是也可能几种信息共用一个端口，比如8255的一个命令口可以接收方式控制字和位控字这两种命令。甚至一个口地址对应多个端口的物理单元，由接口自行解决冲突。在实际应用中，接口芯片内部端口地址的设置有各种技术，比如跟随技术、预留技术、特征位技术、共用口地址技术等，与存储芯片内部地址的划分有很多不同之处。2）I/O端口地址对接口中的不同寄存器或电路的编号称为I/O端口地址。CPU通过向命令端口发命令来实现对接口最终对设备进行控制。访问

7、设备实际上是访问相关的端口。3）端口的类型：数据端口、状态端口、控制端口。2．CPU对I/O端口的访问读：I/O地址àABàI/O接口READ信号àCBàI/O接口I/O数据àDBàCPU写：数据àDBàI/O接口I/O地址àABàI/O接口WRITE信号àCBàI/O接口3.1.3I/O端口的编址方式1．独立的I/O编址I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。优点：MEM地址空间不受I/O端口地址空间影响；I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快；使用专用I/O命令(IN/OUT)，与MEM访问命令(LOAD/STORE、MO

8、V)有明显区别,便于理解和检查。缺点：专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型少，程序设计灵活性较差；要求处理器