1、第七章：輸入 / 輸出接口,內(nèi)容摘要： 輸入和輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成部分 程序、數(shù)據(jù)和各種信息，需要通過輸入設(shè)備送入計(jì)算機(jī) 計(jì)算結(jié)果或控制信號(hào)要通過輸出設(shè)備得以實(shí)現(xiàn) CPU與外設(shè)交換信息是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要和頻繁的操作 本章主要介紹： 接口的概念 CPU與外圍設(shè)備交換信息的方式,71 接口概述, 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由主機(jī)和外部設(shè)備兩大部分組成, 外設(shè)不能直接和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的三總線相連接。其原因如下： 1外設(shè)的多樣性，形式復(fù)雜：電子式、電磁式、光電式等； 2外設(shè)與CPU之間交換的信息的多樣性： 信息類型：數(shù)據(jù)信息、控制信息、狀態(tài)信息 信息模式：模擬信息、數(shù)字信息 傳遞形式：串行傳遞、并行傳遞 3從外設(shè)管

2、理和提高CPU的效率方面, 須在外設(shè)和CPU三總線之間增設(shè)一個(gè)能控制外設(shè)與CPU進(jìn)行信息 交換的中轉(zhuǎn)電路，用來協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)的信息交換及工作秩序。 這個(gè)中轉(zhuǎn)電路就是接口電路 對(duì)于不同的外部設(shè)備，其接口電路也是不同的。（見下圖）,不同外設(shè)與計(jì)算機(jī)主機(jī)之間的接口,711 I/O 接口的主要功能及結(jié)構(gòu),1接口電路是外設(shè)和CPU進(jìn)行連接的橋梁和交換信息的中轉(zhuǎn)站 2通過接口電路交換的信息： 狀態(tài)信息：外設(shè)狀態(tài)經(jīng)接口電路傳遞給 CPU，使CPU 了解外設(shè) 當(dāng)前的狀態(tài)，以便進(jìn)行下一步的操作； 控制信息：CPU 的控制信息經(jīng)接口電路傳遞給外部設(shè)備，控制 外設(shè)進(jìn)行有序的工作； 數(shù)據(jù)信息：通過接口電路CPU與外

3、設(shè)間交換有效的傳遞。 3接口的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送控制： 包括信號(hào)暫存、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、傳送路徑的切換控制和狀態(tài)信號(hào) 的交換、通訊控制、設(shè)備動(dòng)作、定時(shí)控制、中斷管理及錯(cuò)誤檢測(cè) 等功能。,一、接口的概念：,I/O 連接示意圖, 接口在 CPU 與外設(shè)之間建立一個(gè)緩沖區(qū) 解決了CPU與外設(shè)之間在： 數(shù)據(jù)形式、數(shù)據(jù)傳遞方式及傳遞速率上存在很大差異的矛盾。,二、I/O 接口電路的組成：,1與外設(shè)相連接，用以傳遞信息，具有暫存信息的寄存器部件。 暫存信息的部件被稱為 端口 端口根據(jù)存放信息類型的不同，分以下三種： 1）數(shù)據(jù)端口：一般為雙向 2）控制端口：?jiǎn)蜗蜉敵?3）狀態(tài)端口：?jiǎn)蜗蜉斎?每個(gè)端口具有自己

4、的地址。因此，接口電路具有多個(gè)端口地址 2與計(jì)算機(jī)總線相連接： 數(shù)據(jù)總線緩沖器：接數(shù)據(jù)總線，用傳遞數(shù)據(jù)信息，為雙向三態(tài) 邏輯控制電路：接控制總線，控制端口的讀、寫狀態(tài) 地址譯碼電路：接地址總線，接受地址信息，尋找被訪問的端口,接口是接在計(jì)算機(jī)總線和外設(shè)之間的一個(gè)電路,7.1.2 I/O 端口的編址方式, 接口電路中的端口是用來暫存與CPU交換的信息， 由接口電路中的內(nèi)部寄存器構(gòu)成； CPU可以象訪問存儲(chǔ)器一樣直接對(duì)端口進(jìn)行讀寫操作。 因此，必須對(duì)接口電路中的這些端口一一分配地址。 對(duì)端口分配地址的方式稱為：端口地址編址方式 編址方式有兩種： 1統(tǒng)一編址 和存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元一起進(jìn)行編址 2單獨(dú)編

5、址 給端口單獨(dú)分配地址空間,7.1.2 I/O 端口的編址方式,一、I/O 端口統(tǒng)一編址, I/O 端口和存儲(chǔ)單元按照存儲(chǔ)單元的編址方法統(tǒng)一編排地址號(hào)， 由 I/O 端口地址和存儲(chǔ)單元地址共同構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的地址空間。 優(yōu)點(diǎn)：訪問端口同訪問存儲(chǔ)器一樣，不需專用的指令 缺點(diǎn)：占用了存儲(chǔ)器的地址空間，使存儲(chǔ)器的地址空間減少, I/O 地址空間和內(nèi)存地址空間是相對(duì)獨(dú)立的，有兩個(gè)地址空間， 即 MEM 和 I/O 地址空間，由專用控制線來確定要訪問的對(duì)象。 優(yōu)點(diǎn)：不占用存儲(chǔ)器的地址空間 缺點(diǎn)：訪問端口必須使用專用的指令（如 IN / OUT） 8086 CPU系統(tǒng)采用了單獨(dú)編址方式，并通過 M /IO

6、控制信號(hào)來 區(qū)分地址線上的地址是用于訪問存儲(chǔ)器或是訪問端口的。,二、I/O 端口獨(dú)立編址,7.1.2 I/O 端口的編址方式,三、端口地址的尋址方式,1直接端口尋址方式： 輸入輸出端口地址在指令中以立即數(shù) n （8 bit）表明。 直接尋址可尋址256個(gè)輸入端口和256個(gè)輸出端口。 2間接端口尋址方式 輸入輸出端口地址由 DX 寄存器（16 bit）間接尋址。 間接尋址可尋址 65536 個(gè)輸入輸出端口。, 雖然PC機(jī)有高達(dá)20位的地址總線，但對(duì)I/O端口地址來講僅使用 A0A15位地址線，因此I/O接口地址最大尋址范圍為 64K。,7.1.3 I/O 端口地址的譯碼,一、固定式譯碼 二、開關(guān)

7、式可選地址譯碼 三、PC/XT 端口地址分配,請(qǐng)自學(xué),72 數(shù)據(jù)傳送方式, CPU與接口之間的信息傳遞，實(shí)際上是與外設(shè)之間的信息傳遞。 因外設(shè)接收和發(fā)送信息的速度差別很大，應(yīng)針對(duì)不同的外設(shè)采用 不同的控制方式進(jìn)行信息的傳遞。 常用傳遞信息的方式有四種：,無(wú)條件傳送方式,中斷控制方式,查詢傳送方式,DMA 控制方式,7.3.1 無(wú)條件傳送方式, 外設(shè)的接口電路，應(yīng)隨時(shí)做好接收或輸出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；以保證 信息的可靠傳輸，下列設(shè)備可采用此控制方式進(jìn)行信息的傳送： 1輸入設(shè)備：信息變化緩慢的外設(shè)； 2輸出設(shè)備：能對(duì)輸出的信息立即做出反應(yīng)的外設(shè)； 3信息變化呈周期性、且定時(shí)的周期為已知的外設(shè)。,CPU 可

8、以沒有任何條件隨時(shí)訪問外部設(shè)備與其交換信息,7.2.2 查詢傳送方式, 當(dāng)CPU 需要同外設(shè)交換信息時(shí)，首先對(duì)外設(shè)的狀態(tài)進(jìn)行查詢， 得知外設(shè)已做好數(shù)據(jù)接收或發(fā)送的準(zhǔn)備時(shí)，才進(jìn)行信息交換。,一查詢輸入傳送方式,三態(tài) 緩存器,數(shù)據(jù) 鎖存器,狀 態(tài) 信 號(hào),輸 入 設(shè) 備,地 址 譯 碼,02H,數(shù)據(jù),控制,STB,01H,LL：IN AL，02H TEST AL，01H JZ LL IN AL，01H,CP,D,Q,RD,RD：置零,1,二查詢輸出傳送方式,NN：IN AL，04H AND AL，80H JNZ NN MOV AL，DATA OUT 03H，AL,7.2.3 中斷傳送方式, 在查詢方式下，CPU主動(dòng)查詢外設(shè)的狀態(tài)，占用了CPU 大 量的時(shí)間資源，降低了CPU的工作效率。 在中斷方式下，由外設(shè)主動(dòng)向 CPU 提出中斷請(qǐng)求， CPU 響應(yīng)外設(shè)的中斷請(qǐng)求后，才和外設(shè)進(jìn)行一次信息交換； 交換結(jié)束后返回繼續(xù)進(jìn)行其它的操作。,中斷控制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入時(shí)的基本電路,7.3.4 直接存儲(chǔ)器方式,一、DMA傳送方式簡(jiǎn)介 D