331外部设备与主机的连接

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1、3.3接口3.3.1外部设备与主机的连接3.3.2并行通信和并行接口3.3.3串行通信和串行接口任何数字计算机的用途很大程度上取决于它所能连接的外围设备的范围。遗憾的是，由于外围设备种类繁多，速度各异，不可能简单地把外围设备连接在CPU上。因此，必须寻找一种方法，一边将同某种计算机连接起来，使他们一起可以正常工作。通常这项任务用适配器部件来完成。通过适配器可以实现高速CPU和低速外设之间速度上的匹配和同步，并取决称计算机和外设之间的所有数据传送和控制。适配器通常称为接口。3.3.1外部设备与主机的连接1.影响外部设备与主机连接方式的主要因素(1)I/O系统的工作模式

2、·程序控制直接传送模式·程序查询控制模式·程序中断控制模式·直接存储器访问（DMA）模式·通道控制模式·I/O处理机控制模式(2)数据传送方式·并行传送·串行传送(3)数据通信的同步方式·同步通信（发送端与接收端之间有统一的时钟）·异步通信（发送端与接收端之间无统一的时钟，采用应答控制方式。）(4)传送信息的种类·设备地址信息·数据·设备状态信息·控制信息2.外部设备与主机的连接模式在描述系统或部件之间的连接时，使用得最为广泛的一个术语是“接口”（interface）。这里，我们把接口分为如下两种：把插入在两个彼此不能直接连接的机器或系统之间，并使它们相互连接通信的

3、附加装置称为适配器（adapter）；把位于一种设备、器件上与其他设备、器件相连接的部分称为I/O端口。适配器是主机和外部设备之间的桥梁，也可以看作是一种器件，它有1个面向主机的I/O端——系统接口，另1个面向设备的I/O端口——设备接口。此外在外部设备上也需要1个与适配器连接的I/O端口——设备驱动电路，在主机方面需要1个与适配器连接的I/O端口——主机的I/O接口。这3种器件或设备、4个I/O端口形成如下图所示的结构。I/O接口系统接口设备接口设备驱动电路主机适配器设备地址控制、状态数据图3.38外部设备与主机连接的一般模式3.I/O接口的寻址方式CPU通过端口

4、与外部设备进行通信：如发送命令、读取状态和传送数据。为此一个接口中常设置有与这些通信操作相对应的端口：如命令端口、状态端口和数据端口。CPU要访问这些端口，首先要解决寻址问题。这就是I/O接口的寻址问题。I/O接口的寻址有两种方式：端口地址与存储器地址统一编址和分别编址。前者把I/O端口当作存储器的一部分单元进行访问，即I/O端口占用了存储器的一部分单元；CPU不设置专门的I/O指令，用统一的访问存储器的命令访问I/O端口。后者要求用专门的I/O指令访问I/O端口，I/O端口不占用存储器空间，它与存储器分别使用两套独立的地址编码系统。3.3.2并行通信和并行接口1.

5、并行接口概述将一个字或其一部分（一个字节）的各位用多根数据线同时进行传输，称为并行通信。实现并行通信的接口（适配器）是并行接口。一个并行接口可以设计为只作输出接口，或只作输入接口，还可以设计为既作为输入接口又作为输出接口。并行接口可以分为硬线连接接口和可编程接口。硬线连接接口的工作方式及功能不能用编程的方法加以改变，只能用硬线连接设定；可编程接口的工作方式及功能可以用程序加以改变。2.硬线连接并行接口硬线连接并行接口可分为3种。(1)简单并行接口简单并行接口，也称无条件传送接口。它仅用于外设与CPU交换数据之前就准备好了而不需要联络信号的情形。(2)条件传送接口在实

6、际应用中，大多数外部设备与CPU之间交换的是一系列连续的数据，只有前一个数据发送或接收完成以后才能传送下一个数据。因此接口中必须带有自己的应答信号，以表明设备的状态，如设备已“准备好”等。CPU在执行I/O操作时，要先检测外部设备是否已具备数据传送的条件，若不具备，则等待，直至设备作好准备。这种并行接口称为条件传送接口，或叫程序查询方式接口。它们的特点是带有应答信号。图3.21介绍的程序查询控制接口就是这种接口。(3)中断传送I/O接口采用中断方式与CPU交换数据，让CPU实时地实现对外设的读写操作，这种并行接口叫做中断传送方式I/O接口。这时I/O设备的状态既可以

7、作为程序查询的标志，又可以作为中断请求信号。这种接口在3.2.2节中已经作了介绍。3.可编程并行接口(8255A)可编程实际上是具有可选择性，如用户可以在程序中选择哪一个或哪几个数据端口与外设连接；输入和输出分别占用端口中的哪一位或哪几位以及选择端口与CPU之间的数据传送模式等。它除了具有硬线连接接口的性能外，最主要的是可编程。编程由用户用指令向端口送入方式字或控制字进行。这种接口在微型计算机中称为PIO。下面简要介绍一种适合于IBM

8、PC系列机的PIO芯片8255A。(1)8255A内部结构图3.39为8255A的内部结构框图。它由A，B，C3个数据端口、A