微型计算机原理与应用 教学课件 作者 陈建铎 宋彩利 程俊波2 第五章 数据输入输出控制.ppt

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1、【内容简介】主要介绍输入输出接口的功能和基本结构、接口中寄存器编址方式、计算机与外设之间数据传送方式，包括直接传送、程序查询、中断方式、DMA方式、通道及I/O处理机方式，并举例说明。第5章数据输入/输出方式【重点难点】重点是I/O系统的基本功能、接口电路的基本组成、端口编址与数据传送方式。难点是接口的功能与基本结构、中断传送方式与接口的组成原理、DMA控制器的工作原理。第5章数据输入/输出方式5.1I/O接口5.2输入/输出控制方式5.332位数据线与8位I/O接口的连接5.1I/O接口5.1.1输入/输出概述5.1.2接口功能5.1.3I/O接口组成5.1.4I

2、/O端口编址5.1.5I/O接口分类5.1.1输入/输出概述计算机的工作过程包括数据输入、数据处理和结果输出三个阶段。因此，输入输出也是计算机工作的重要环节，其设备称为输入输出设备，简称外设。外设通过接口电路与主机相连，在主机的控制下工作。外设、I/O接口及其相关的程序统称为计算机的输入输出系统，即I/O系统。I/O接口泛指主机与外部设备或其它计算机之间连接的电路，亦称为适配器。5.1.2接口功能主要有：信号转换、数据缓冲与时序匹配、电气特性匹配、可编程功能及数据转换。1.信号转换信号转换包括电信号与非电信号的转换、数字量与非数字量信号的转换、编码与解码以及传送方式

3、的转换等。对于多媒体设备，还有音频、视频信号的转换与处理。2.数据缓冲与时序匹配高速主机与低速外设之间常需设置缓冲器或者缓冲存储器，以实现二者之间的速度匹配。比如显卡中的显示存储器。3.电气特性匹配计算机内部使用TTL电平，而外设的输入输出信号既有TTL电平，也有CMOS或其它规格的电平，因此需要进行电平转换。另外，还需要增强总线的驱动能力4.可编程功能一般接口电路常有多种工作方式，通过编程进行设定或者选择。因此在接口电路中常设有可寻址的状态字寄存器和控制字寄存器，以设定接口的工作方式。5.数据类型转换包括并/串转换或串/并转换，有时还要实现ASCII码、BCD码甚

4、至汉字数符的转换。I/O接口如图5.1所示，是CPU与外部设备之间进行数据转换与传送的控制器。在CPU一端传送地址、数据和控制信号，在I/O设备一端传送控制信号、数据和状态信息。因此一般包括I/O地址译码器、数据输入输出缓冲电路、控制寄存器、状态寄存器、中断控制逻辑与中断向量寄存器等部件，传送的数据或（称信息），可分为三类。1.数据数据是输入输出设备传送的基本信息。输入时由输入设备传送给CPU或存入存储器；输出时由输出设备显示、打印，或者传送给其它设备。在接口电路中，设有数据锁存与缓冲器，有时还需要进行格式或者编码的转换。5.1.3I/O接口组成2.地址由于外设往往

5、不是一个，而是多个。为此分配有不同的地址，以便识别。数据输入输出时，首先要发送地址，经译码器选择某一外部设备。因此，在接口电路中设有地址锁存与译码器。3.状态与控制信号状态信号反映的是外设的工作状态，存于接口中的状态寄存器，以便CPU读取检查。控制信号是CPU向外设发出的I/O控制命令，经接口传送给外部设备，实现相应的I/O操作。通过接口电路还可增强信号的驱动能力。在I/O接口电路中，各寄存器都可作为一个端口而设定地址。CPU通过地址对其访问或者编程，比如设定参数，选择工作方式，读取状态标志或中断向量，传送数据等。在I/O接口电路中，每一个可由CPU直接访问寄存器统

6、称为端口，可对其分配地址，也称为编址，以便CPU访问。编址的方法有两种，即统一编址和独立编址。1.统一编址统一编址是把外部设备的端口地址与存储器地址统一编排。也就是说，在主存空间中划出一部分区域用作I/O地址，使输入输出变成对某个地址单元的读/写操作，CPU可使用访问主存的指令访问外部设备，而不需要专门的I/O指令。但是，I/O端口占用了主存地址空间，使主存减少。5.1.4I/O端口编址2.独立编址独立编址是对I/O端口和主存分别编址，两者的地址都是从0开始。CPU访问时，通过专门的选通信号确定地址总线上传送的是I/O地址还是主存地址。采用独立编址，I/O地址不占用

7、主存空间，但是需要专I/O指令。目前的Pentium微处理器采用的就是这种独立编址方式。另外，也可以把二者结合起来，构成混合编址方式。即一部分址独立，一部分与主存空间合为一体。5.1.5I/O接口分类接口处于主机与外部设备之间，有多种类型，而且按照不同的特征或应用又有不同的分类方式。1.按照传输信号分类按照传输信号分类，可分为数字量输入输出接口和模拟量输入输出接口。对于数字量信号，计算机可以通过数字量接口直接与输入输出设备连接。对于模拟信号，则要通过A/D或D/A转换器进行转换2.按照传输数据方式分类按照传输数据的方式分类，可分为并行I/O接口和串行I/O接口。