基本的IO接口.docx

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1、第3章基本的10接口3.1 I/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设施的信息类型和格式可能不一样。 微机和I/O设施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靠CPU,对外设本身进展不利。2. 接口的概念地址线控制线,UU u u u u UUITU智能仪器接【I通信接口过程控制接11输入接口输出接口数字化存储示波器，数字化万用表终瑞调制解调器1TY电传机A/D转换器开关心输入D/A转换器开关证输出键盘数字化仪光笔图形输入声音输入扫描仪点阵打印CRT显示激光打印液晶显

2、喷壁打印绘图仪X-Y记录仪3. I/O接口与I/O设施不同I/O设施对应I/O接口不同。I/O接口受CPU掌握，I/O设施受I/O接口掌握。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施接口的设计、选用和连接。4. I/O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。.设施选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。即CP

3、U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设施信号。转换包括信号的规律关系、时序协作和电平转换。.中断管理功能：当外设需要准时得到CPU的服务，特殊是在消失故障时，在接口中设置中断掌握电路，为CPU处理有关中断事务（如发出中断恳求、进行中断优先级排队、供应中断向量等），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（如串行通信设施、绘图仪、电传打字机等）只能处理串行数据，在这种状况下，接口就应具有数据并-串和串-并变换的力量。可以通过编程转变接口

4、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：增加接口的敏捷性和智能性。5. I/O接口组成接口由接口硬件和接口软件组成O1 .接口硬件S7携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：依据命令类型，送到对应的寄存器中，或从寄存器中取得数据或状态；掌握信号：掌握命令的执行、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。依据掌握寄存器、状态寄存器、总线掌握信号及外设状态信号掌握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

5、状态寄存器；掌握信号：接口的内部掌握规律掌握外设工作的掌握信号和同步信号。内部掌握规律：依据掌握寄存器、状态寄存器、总线掌握信号及外设状态信号掌握I/O接口的工作。2 .接口软件（设施驱动程序）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设施有不同的处理方式。主控程序段：完成接口任务的程序。程序终止与退出程序段：接口电路硬件爱护及操作系统中数据恢复。帮助程序段：供应人-机对话手段。3. 1.1 CPU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）状态信息预备就绪信号、恳求信号、忙/闲信号等。3）掌握信息读写信号、响应信号等。I/O端口及

6、CPU对I/O端口的访问1） I/O 端口（PORT）I/O端口是供CPU直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。一般状况下，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掌握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许多不同之处。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

7、现对接口最终对设施进行掌握。访问设施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、掌握端2. CPU对I/O端口的访问读：I/O地址 AB I/O接口READ信号 9 CB分I/O接口I/O 数据 DB CPU写：数据3 DB - I/O接口I/O 地址 AB I/O 接口WRITE 信号 CB I/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 / 0端口地址空间影响;I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简洁，速度较快;使用专用I/O命令(IN/OUT)，与MEM访问命令(LOAD/ST

8、ORE、MOV)有明显区分,便于理解和检查。缺点：专用I/O指令增加指令系统简单性，且I/O指令类型少，程序设计敏捷性较差；要求处理器供应 MEMR/MEMW 和IOR/IOW两组掌握信号，增加了掌握规律的简单性。2 .存储器映象编址（统一编址）一个I/O端口等同于一个存储器单元。存储单元和I/O端口统一编址。优点：对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，不必使用专用I/O指令；外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。微机系统读写掌握规律较简洁。缺点：I/O端口占用部分MEM空间，可用MEM空间减小；对MEM访问指令较长，执行速度较慢；I/O端口地址译码时间较长。3 .现代微机的I/O编址

9、独立的I/O编址方式，I/O寻址空间为64KBoI/O指令采纳直接寻址和间接寻址方式；直接寻址范围：00 - 0FFH,间接寻址范围：0000 - 0FFFFHoIntel系列微机80X86的I/O指令1) I/O端口与累加器间I/O指令寄存器I/O指令格式：IN、OUTo结果：完成I/O端口和EAX、AX、AL之间的数据传送，可使用直接寻址和间接寻址方式。举例：IN AL, DX (后送前)OUT EOH, AX2) I/O端口与存储器间I/O指令块I/O指令格式：INSB/W/D、OUTSB/W/D o参数：用DX指定I/O端口地址，输入/输出时的目的/源 RAM 地址用 ES: DI (

10、EDI) /DS:SI(ESI) 指定。EFLAG寄存器中DF位来打算地址加和减。结果：通过前缀REP在I/O端口和连续的存储器空间之间传送数据。2 .2 I/O数据传输方式3 . 2.1 程序掌握传输方式1 .无条件传送方式特点：输入时假设外设已预备好，输出时假设外设空闲。要求：接口输入时加缓冲器，输出时加锁存器。CPU与外设肯定要能保证特别精确的同步。应用：对简洁外设的操作。无条件传送方式一般只需要数据端口 O数据输出示意图2.条件传送方式（查询方式）工作原理：CPU查询外设已预备好后，才传送数据。特点：CPU与外设间自然同步。要求:需要增加表示外部设施状态的简洁硬件电路。应用：适用在CP

11、U不太忙且传送速度要求不高时。采纳查询方式的接口一般需要两个端口，即数据端口和状态端口。数据输入示意图I/O数据3. 2.2 中断传送方式特点：CPU与外设可同时工作。要求：接口中需要中断掌握规律支持。应用：适用与非高速度大量数据传送时。CPU3. 2. 3直接存储器存取(DMA)方式特点：数据的传送不经过CPU, I/O设施管理由CPU掌握，简化CPU对I/O的掌握。要求：需要DMA掌握器及相关规律支持。应用：适用与高速度大量数据传送时。DMACIOD平/0设备3. 2. 4 I/O处理机方式特点：I/O处理机接管了 CPU的各种I/O操作及I/O掌握功能，CPU能与10处理机并行工作。要求

12、：需要10处理机支持。应用：高速I/O归10处理机管理，低速I/O设施归CPU管理。3.3 I/O端口地址安排及地址译码依据x86系列微机系统中I/O接口电路的简单程度及应用形式，可以把I/O接口的硬件分为两大类：(1)系统板上的I/O接口芯片。这些芯片大多都是可编程的大规模集成电路，完成相应的接口操作，如定时器/计数器、中断掌握器、并行接口等。在PC/AT微机中，这些接口芯片是由如8259、8237A等芯片组成。但随着PLD技术的进展，目前PC机系统主板上的全部I/0接口功能已集成在一片或几片大规模集成电路芯片中O(2)扩展槽上的I/O接口掌握卡。这些接口掌握卡是由若干个集成电路按肯定的规律

13、功能组成的接口部件，如多功能卡、图形卡等。3. 3. 1 PC机的I/O地址安排PC系列I/O地址线有16根，对应64K空间；I/O端口译码只使用了 AO-A9,共1024个端口，地址范围为 0000H03FFHo不同的微机系统对I/O端口地址的安排不同。初期：A9R端口（512个）为系统板所用，其他端口（512个）为扩展槽所用。系统板I/O接口芯片端口地址（OOOOH-OOFFH）：PC/AT： A8=A9=0端口 （256个）为系统板所用，其他端口 （768个）为扩展槽所用。系统板上接口芯片的端口地址I/O接口名称PC/XTPC/ATDMA控制器1OOO-ODFH00001FHDMA控制器

14、2OCO-ODFHDMA页面寄存器080083H08009FH中断控制器1020021H02003FH中断控制器2n0A0 OBFH定时器040 043H040-05FH并行接口芯片060 O63H键盘控制器一060 06FHRT/CMOS RAMO7O-O7FHNMI屏蔽寄存器0A0H协处理器OFO-OFFH扩展槽I/O接口卡端口地址（0100H-03FFH）：扩展槽上接口掌握卡的端口地址.I/O接口名称PC/XT,PC/AT硬驱控制卡32032FH1FO1FFH游戏控制卡20020FH200-20FH扩展器/接收器121O21FH并行口控制卡137O37FH37O-37FH并行U控制卡227O27FH27O-27FH串行口控制卡13F83FFH3F8