第六章 输入输出接口与总线技术

1第六章输入/输出接口与总线技术26.1接口技术基本概念1.接口位于系统总线和存储器、外设之间用于协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路。CPU内存接口I/O接口I/O接口内存外设外设外设…系统总线3接口电路的主要功能：(1)信息的输入输出。(2)地址译码和设备选择功能。(3)信号转换功能。如串/并行转换、数/模或模/数转换等。(4)对外设的控制和监测功能。包括：交换控制/状态信息。其他功能：中断或DMA管理功能、可编程、错误检测功能等。42.端口（硬件）通常将I/O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器或某些特定器件称为I/O端口。编址方式统一编址独立编址从存储空间中划出部分地址给端口，把端口当作存储单元一样访问，不设专门的I/O指令优：指令类型多、功能全、编址空间大缺：占用存储器地址空间、指令长度长优：指令短、执行速度快缺：指令类型少，只能在累加器和端口间传数据不占存储空间，采用专门的I/O指令8086系统中，端口编址采用独立编址53.CPU与I/O设备之间的接口信息数据信息、状态信息、控制信息数据端口状态端口控制端口数据总线数据控制状态CPUI/O设备I/O接口电路CPU与外设交换的数据、状态及控制信息均通过数据总线传送地址总线控制总线6注意：(1)输入/输出所用到的地址总是对端口而言的，不是对接口部件而言的。(2)CPU对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。(3)为了节省地址空间，将数据输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址。同样，状态端口和控制端口也常用同一个端口地址。端口地址与端口可以是1对多的关系74.I/O端口的地址分配PC微机可支持1024个端口，其地址空间为000H~3FFH，由地址线A0~A9译码注意：被系统占用的端口地址不能使用计算机厂家申明保留的端口地址不要使用用户通常使用300H~31FH8I/O端口地址译码方式门电路译码器开关和比较器PLD9门电路译码例（1）A7A6A5A4A3A2A1A0CS0111111111端口地址=11111111B=0FFH&10门电路译码例（2）++A7A6A5A4A3A2A1A0CS000100001111端口地址=11110000B=0F0H&11译码器译码例74LS138G2BG1+5VG2A+A7A6A5CBAA4A3A2CS端口地址=？000101XXB000010100011011=14H~17HY50126.2输入/输出传送方式无条件（同步）传送方式条件（查询）传送方式中断传送方式直接存储器存取（DMA）方式程序控制方式131.无条件传送方式（同步传送）特点：CPU不查询外设状态而直接与外设进行数据传输优点：硬件电路和程序设计都很简单缺点：数据传输的可靠性低适用：对外设要求不高的系统（交通灯、路灯管理、广告牌显示、开关控制、七段数码管的显示等）14图1无条件（同步）传送方式的接口电路来自输入设备送往输出设备15无条件传送例例：程序不断扫描8个开关，开关闭合时点亮相应的LED；扫描周期通过调子程序DELAY实现next:movdx,8000hinal,dxnotaloutdx,alcalldelayjmpnext输入设备输出设备输入端口输出端口162.查询传送方式（异步）特点：CPU在传送数据前检查外设状态是否就绪，待确认外设可以传送后才进行数据传送读入状态信息就绪数据传送YN171）查询式输入输入状态信息Ready?CPU输入数据=0=118movdx,8000hstatus:inal,dxtestal,00000001Bjzstatusmovdx,8001hinal,dx数据端口状态端口例：写出在查询方式下CPU从输入设备读入数据的程序段，接口电路如下图：READY192）查询式输出输入状态信息BUSY?CPU输出数据=1=0准备输出数据20优点：比无条件传送可靠性高，电路简单，适用面宽。缺点：CPU效率很低。适用：CPU不太忙、外设对象不太多、任务比较简单、传送速度要求不高的情况。查询传送方式213.中断传送方式特点：CPU不主动查询外设状态，当外设准备好进行数据传输时，主动向CPU发出I/O服务申请，执行已设计好的中断服务程序。优点：CPU和外设并行工作，大大提高了CPU的效率。缺点：和高速数据存储设备/采集器速度不匹配、每次中断都必须执行中断服务，增加传输时间。适用：慢速、随机、数据量交换不大的外设。224.直接存储器存取（DMA）传送特点：通过DMA的专门接口电路——DMA控制器，向CPU发出总线控制请求，使得在DMAC管理下，外设和存储器直接进行数据交换。优点：不需要CPU干涉，由硬件实现数据传送，大大提高数据传输速度。缺点：设置DMAC，电路结构复杂。适用：速度高、数据量大的系统。