微型计算机的输入输出(I)

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1、第6章微型计算机的基本输入／输出机械系统计算机控制2008机电学院9/21/20211《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点需要接口作为CPU与外设通信的桥梁；需要有数据传送前的“联络”；需要传递的信息有：状态、数据及控制信息。9/21/20212《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点I/O接口接口的定义:是完成数据、地址和控制三总线转换和连接的一组电路CPU数据总线DB地址总线AB控制总线CB存储器RAMROMI/O芯片8259825382558251…I/O设备显示器打印机键盘鼠标9/21/20213《机械系

2、统计算机控制课件》CPUI/O设备译码数据端口状态端口控制端口DBABCB一个典型的I/O接口6.3CPU与外设通信的接口接口电路基本结构数据口（输入/输出）：双向；数据寄存器状态口：只能由CPU读入。状态寄存器控制口：只能由CPU写出。控制寄存器每个口由译码电路分配一个唯一的地址。9/21/20214《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点6.1.1接口的用途1.进行地址译码或设备选择；2.状态信息应答，以协调数据传送之前的准备工作；3.进行中断管理，提供中断信号；4.进行数据格式转换；5.进行电平转换；6.协调速度；7.时序控

3、制。8.对数据传送的控制，具体为：锁存，隔离，驱动，变换，连络，定时等作用。9/21/20215《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点6.1.2I/O端口的寻址方式1.存储器映像寻址（统一编址）2.I/O映像编址（独立编址）此时，由于系统所需的I/O远少于存储单元，一般只设置256～1024，因此只需要8～10根地址线即可。CPU与外部设备通信，需要区分系统中的不同外设，就必须为每个外设分配必要的地址，为了与存储单元地址相区别，这样的地址称为端口地址。一个外设可以有多个端口地址。端口地址的形成，类似存储器地址的形成。9/21/2

4、0216《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点6.1.3I/O端口地址形成I/O映像编址（独立编址空间）的优缺点：优点：不占用存储器地址空间；地址线数较少，地址译码较简单，寻址速度快；使用专用指令，程序可读性增强。缺点：专用指令少；寻址方式单一，只能在AX与I/O之间交换信息，使程序设计灵活性差；要求处理器专门的引脚，增加了控制逻辑的复杂性，也造成了CPU引脚数的增加。9/21/20217《机械系统计算机控制课件》6.1CPU与外设通信的特点6.1.3I/O端口地址形成1.存储器映像寻址（统一编址）2.I/O映像编址（独立编址空

5、间）9/21/20218《机械系统计算机控制课件》6.2输入／输出方式6.2.1程序控制传输方式包括：程序控制方式和DMA方式。包括：同步传输方式、异步查询方式和中断方式。1.同步传输方式（无条件传输方式）简单外设作为输入设备时，输入数据时间相对于CPU的处理时间长很多，可直接使用三态（1、0、高阻态）缓冲器和数据总线相连。外设的数据是已经准备好了的。当简单外设作为输出设备时，一般需要锁存器，使CPU输出的数据能够保持一段时间直到数据被取走。显然也要求CPU在输出数据时要确认输出锁存器是空的。9/21/20219《机械系统计算机控制课件》6.2

6、输入／输出方式6.2.1程序控制传输方式2.异步查询方式（条件传输方式）也称为程序查询方式。CPU通过程序不断地读取并测试外设的状态，如果外设处于准备好状态（输入设备）或空闲状态（输出设备），则CPU执行输入或输出指令，否则CPU处于循环查询状态。为此，接口电路除了有数据端口外，还要有状态端口。还需要通过软件或硬件进行优先级排序。为了防止死循环，应该在查询流程中设置一个等待超时值。9/21/202110《机械系统计算机控制课件》6.2输入／输出方式当系统中有多个外设时，CPU要对所有外设进行巡回查询。查询方法：（1）每个设备对应一个状态端口；（

7、2）一个状态端口中顺序存放所有的设备状态信息；（3）在上述端口前增设一个优先级编码器。9/21/202111《机械系统计算机控制课件》6.2输入／输出方式6.2.1程序控制传输方式3.中断方式这种方式下CPU与外设处于并行工作状态，CPU不必花费大量的时间去查询外设的工作状态，大大地提高了CPU的利用率。但当大量地与外设交换数据时，有可能降低系统的运行性能。9/21/202112《机械系统计算机控制课件》6.2输入／输出方式6.2.2直接存储器存取方式（DMA）DMA是直接存储器存取（DirectMemoryAccess）的简称。可以满足高速I

8、/O设备与RAM进行批量传送数据的需要。其特点是通过一个专用的DMA控制器，直接控制I/O设备与RAM的数据传输，而无需CPU介入。即用硬件替代软件实