微机原理课件 第六章 IO接口和总线.ppt

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1、第六章I/O接口和总线6-1I/O接口计算机有各种用途，但不论用于何种场合，都离不开信息处理。所处理的信息，甚至包括完成信息处理的程序本身，均要由输入设备提供；而处理后的结果数据，则要送给输出设备，以各种形式报告给用户。例如，键盘、鼠标、磁盘和扫描仪等都是大家熟悉的输入设备，而显示器、打印机等则是最常见的输出设备。所有这些设备统称为计算机的外部设备，简称为外设或I/O设备。一、I/O信息的组成CPU通过接口与外设交换信息，这些信息包括数据信息、状态信息和控制信息。1.数据信息数据信息可分为数字量、模拟量和开关量。数字量

2、是键盘、CRT、打印机及磁盘等I/O外设与CPU交换的信息，它是以二进制形式表示的数或以ASCII码表示的数或字符。当微型计算机用于控制系统时，大量的现场信息经过传感器把非电量(如温度、压力、流量、位移等)转换成电量，并经放大处理得到模拟量的电压或电流。这些模拟量必须先经过A/D转换器转换成数字量才能输入计算机；计算机控制信号的输出也必须先经过D/A转换器把数字量转换成模拟量才能去控制执行机构。开关量即两个状态的量。如开关的断开与闭合、阀门的打开与关闭等。通常开关量要经过相应的电平转换才能与计算机连接。每个开关量只要一位

3、二进制数表示，故对于字长为8位(或16位)的计算机，一次可输入或输出8位(或16位)开关量。2.状态信息状态信息是CPU与外设之间交换数据时的联络信息。CPU通过读取外设状态信号，可知外设的工作状态。如输入设备的数据是否准备好，输出设备是否空闲。它是CPU与I/O外设正确进行数据交换的重要条件。3.控制信息控制信息是设置I/O外设(包括I/O接口)的工作模式、命令字的有关信息。如“启动”、“停止”信息。每个I/O接口通常包含若干I/O端口(输入/输出端口)寄存器，CPU和存储器通过这些端口与该接口所连接的外设进行信

4、息交换。通常，状态信息和控制信息也是通过数据总线传送的。由于它们的作用不同，故在传送时赋予不同的端口。因此，一个外设往往占用几个端口，如数据端口、状态端口、控制端口等。当一个外设的状态信息和控制信息位数较少时，可以将不同的外设的状态或控制信息归并到一起，共同使用一个端口这样，CPU对外设的控制或CPU与外设间的信息交换，实际上就是CPU通过I/O指令读/写端口的数据。在控制端口，写出的数据表示CPU对外设的控制信号；在状态端口，读入的数据是外设的状态信息；只有在数据端口，才真正地进行数据信息的交换。二、I/O接口的功能1

5、.采用I/O接口的必要性为了让外部设备按计算机的要求有次序地输入或接收数据，计算机的CPU必须能控制输入输出设备启动或停止，以及了解它们的当前工作状态，并据此送出相应的控制命令。通常，我们把计算机与外设间的这种交换数据、状态和控制命令的过程统称为通信。CPU与外部设备交换信息的过程，和它与存储器交换数据那样，也是在控制信号的作用下通过数据总线来完成的。但后者要简单的多，因为存储器芯片的存取速度与微处理器的时钟频率在同一数量级，而且存储器本身又具有数据缓冲的能力，因此，CPU可以通过数据总线很方便地与存储器进行数据交换。而

6、外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、电子式、机电式、磁电式以及光电式等几类，它们所处理的信息有数字信号、模拟信号，有电压信号、电流信号。不同的外围设备处理信息的速度相差悬殊，有的速度慢，有的速度快。另外，微型计算机与不同的外围设备之间所传送的信息格式和电平高低是多种多样的，这样就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题：（1）速率不匹配CPU的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异很大，它们之中既有每秒能传送兆位数量级的硬盘，也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。（2）信

7、号电平不匹配CPU所使用的信号都是TTL（RS232C）电平，而外设大多是复杂的的机电设备，往往不能用TTL电平所驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。（3）信号格式不匹配CPU系统总线上传送的通常是8位、16位或32位的并行数据，而各种外设所使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量，而有些是数字量或开关量；有些设备上的信息是电流量，而有些却是电压量；有些设备采用串行方式传送数据，而有些则用并行方式。（4）时序不匹配各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的CPU时序不一致。因此输入输出设备不能直接与CPU的系统

8、总线相连，必须在CPU与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。2.接口的功能接口电路是专门为解决CPU与外设之间的不匹配、不能协调工作而设置的，它处在总线和外设之间，一般具有以下基本功能：（1）转换信息格式。如串—并转换、并—串转换、配备校验位等。（2）提供联络信号。协调数据传送的状态信息。如设备“就绪”、“忙”