第6章 输入输出接口技术.ppt

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1、第6章输入/输出接口技术本章主要教学内容输入/输出接口的概念和功能CPU与输入/输出接口之间传递的信息类型CPU与外部设备之间数据传送方式的基本原理、特点及应用16.1概述输入/输出通常是指计算机与外部设备之间的信息交换。在微型计算机中，各种外部设备与计算机之间的通信是通过接口实现的，接口部件起着数据缓冲、隔离、数据格式交换、寻址、同步联络和定时控制等作用。6.1.1输入/输出接口的概念与功能1.输入/输出接口的概念计算机要处理的原始数据、现场采集到的信息以及程序等都是通过输入设备送入计算机，计算机的计算结果和各

2、种工业现场控制的信号要输出到各种输出设备，以便进行显示、打印和实现各种控制操作。第6章输入/输出接口技术2第6章输入/输出接口技术2.输入/输出接口的功能计算机的输入/输出接口应该具备下述功能：（1）寻址（2）输入/输出（3）数据转换（4）联络（5）中断管理（6）复位及初始化（7）可编程（8）检测错误3输入/输出接口技术6.1.2CPU与I/O接口之间传递的信息类型计算机的CPU与一个I/O设备进行信息交换时，通常需要数据信息、状态信息和控制信息，其信息的传递关系如图6-1所示。第6章图6-1CPU与I/O接口间

3、传递的信息46.1.3I/O端口的编址方式外设通过接口和系统连接如图6-2所示。接口中的寄存器叫做端口，每一个端口有端口地址。数据端口用于对来自CPU和外设的数据起缓冲作用；状态端口用来存放外设或者接口部件本身的状态，CPU通过对状态端口的访问和测试可以知道外设或接口的当前状态；控制端口用来存放CPU发出的控制信息，以便控制接口和外设的动作。输入/输出接口技术第6章5输入/输出接口技术第6章图6-2外设通过接口与系统的连接6在微机系统中，I/O端口的地址编排大都采用独立编址方式，其地址空间独立于存储器，不占用存储

4、空间，该编址方式下CPU访问I/O端口要采用专用的I/O指令。独立编址方式的主要优点是可以节省内存空间，由于系统需要的I/O端口寄存器一般比存储器单元要少得多，故I/O地址线较少，因此I/O端口地址译码较简单，寻址速度较快。其缺点是由于专用I/O指令类型少，不如访问存储器的指令丰富，程序设计的灵活性较差。输入/输出接口技术第6章76.2CPU与外设间数据传送方式CPU与外设之间的数据传送方式通常有：无条件传送方式查询传送方式中断传送方式DMA传送方式I/O处理机方式输入/输出接口技术第6章86.2.1无条件传送方

5、式指可以在需要的时刻让CPU直接与外设进行输入/输出操作，CPU不必查询外设的状态，通过I/O指令即可由接口获取外设数据或为外设提供数据。无条件传送方式的原理参见图6-3所示。输入/输出接口技术第6章9输入/输出接口技术第6章图6-3无条件传送方式工作原理106.2.2查询传送方式查询传送也称为条件传送，该方式要求CPU在执行I/O指令传送数据之前，通过执行程序不断地读取并测试外设的状态，当外设准备好时才进行数据传送。在查询传送方式中，完成一个数据传送的过程是：CPU用输入指令从接口中的状态端口读取状态字；然后测

6、试所读取状态字的相应状态位是否满足数据传输的条件；如果状态位表明外设已做好准备，即可进行传送数据的操作。其工作流程如图6-4所示。输入/输出接口技术第6章11输入/输出接口技术第6章图6-4查询传送方式的工程流程126.2.3中断控制方式在中断传送方式下，CPU与外设实现了并行工作。当外设要求数据交换时可向CPU发出中断请求，CPU响应后中断当前任务的执行，转入相应的中断处理服务程序，之后再恢复被中断程序的执行。这种中断方法使CPU可同时管理多个外设的工作，能够进行多任务和实时处理。采用中断控制方式时，CPU正常

7、执行主程序，当有外设进行中断请求后，CPU响应中断会暂停执行当前的程序，转去执行外设的中断服务程序，使用I/O指令可在CPU和外设之间进行一次数据交换，操作完成之后CPU返回执行原来的主程序。输入/输出接口技术第6章136.2.4DMA控制方式DMA传送方式又称为直接存储器存取方式，是在存储器与外设之间开辟一条高速数据通道，使外设与内存之间直接交换数据。数据通道通过DMA控制器来实现。在DMA传送期间，不需要CPU的任何干预，而是由DMA控制器控制系统总线，在其控制下完成数据传输任务。DMA传送方式是把外设与内存

8、交换信息的操作与控制交给了DMA控制器，简化了CPU对输入/输出的控制。显然，这种方式电路结构复杂，硬件开销大。DMA控制方式的传送原理如图6-7所示。输入/输出接口技术第6章14第6章图6-7DMA传送原理示意图156.2.5I/O处理机方式对于有大量外设的微机系统来说，CPU对外设的管理任务很重，为了提高整个系统的效率，CPU需要摆脱对I/O设备的直接管理和频繁的输入