微机原理与接口技术第7章.ppt

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1、第七章输入/输出技术概述【内容提要】本章主要内容包括三个方面：①I/O接口和I/O端口的基本知识；②I/O端口地址，它分三个层面叙述，即I/O地址空间分配、I/0端口编址、I/O端口地址译码（寻址）；③CPU与I/O进行信息传送时所采用的控制方式。这三个方面都是重点。【学习指导】本章主要是对各种I/O接口电路的共同问题进行说明，至于各种接口芯片及其专门问题另辟专章叙述。因此两者需要结合起来学习。另外，需要提示的是，学习I/O接口需要将硬件电路和软件编程结合起来，其中上机实验是最重要的一环。7.1I/O接口I/O设备是计算机的重要部件。微型计算机常用I/O设备有键盘、打印机、显示器

2、、扫描仪以及磁盘机和光盘机等。通常，需要用电路来控制和驱动这些I/O设备工作。这些电路按功能大致可分成两部分：一是控制电路，一是驱动电路。起初这两部分电路组合在一起，作为I/O设备的一部分，此时CPU和I/O设备采用直接连接。随着I/O技术的不断发展，控制和驱动电路也越来越复杂，于是这两部分电路各自分立，控制电路发展成I/O接口；驱动电路也称为I/O驱动器。仍属于I/O设备的重要组成部分。(1)品种繁多(2)工作速度一般比CPU慢，且速度的分布也相当宽。(3)信号类型与电平种类多样化。信息结构形式复杂。如果我们采用CPU与外设直接相连的方法来设计现代微型计算机显然是十分困难的，所

3、以我们都是采用在CPU和外设之间增加一个中间电路的方法来解决这个问题的。这个中间电路我们把它称为I/O接口或I/O适配器。7.1.1I/O接口概述1.I/O设备和CPU的连接方法早先的计算机的运算器、控制器是直接和外设相连的。现在的微型计算机的CPU是不能直接与外设相连的，这是因为：现代微机的功能十分的强大，与之配合的外部设备已具有如下的一些特点控制字概念这一部分这里讲不好,留到讲具体的I/O芯片时再讲这些命令字将更容易理解和操作。I/O接口的定义及功能(1)定义I/O接口是一电子电路（以IC芯片或接口板形式出现），内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成。它是CPU和I/O设

4、备之间交换信息的媒介和桥梁。I/O接口的基本功能执行CPU命令接收外设状态与I/O设备进行数据传输与CPU进行联络与CPU进行数据传输I/O接口电路的概念结构和编程结构I/O接口的编程结构图7-1接口编程示意图CB,用于对I/O内的各寄存器进行读写操作控制,AB:高位用于片选,低位用于片内寄存器的选择,CPU与接口电路间交换的数据、状态、控制三信息全部从DB总线走。CPU无法直接与外设发生数据的交流，必须通过I/O接口。2。I/O接口的概念结构(可不讲，以后每个芯片都有各自的类似结构）I/O接口电路种类繁多，但它们的编程结构和概念结构基本相同，编程结构如图7-1所示，主要是数据端

5、口、状态端口、控制端口这三个部份，而概念结构（或称逻辑结构）也分成三个部分：与CPU连接的部份、与外设连接的部分、其内部的控制逻辑部分。（1）与CPU连接的介面不管是那一类的I/O接口，这一部分没有什么大的差别，CPU通过数据线、控制线、地址线与此部份相连。CPU通过数据线与I/O接口交换信息（交换的信息为：数据信息、控制信息、状态信息。）CPU的地址线的高位部分用于对芯片的选择，地址线的低位部分接入这一界面，其与控制总线中读写命令线共同构成对I/O接口电路中的相应端口的读写控制。与这一界面直接相连的内部有具有三态功能的数据输入/输出缓冲器，数据输入寄存器、内部端口地址译码电路、

6、接口芯片读写输入线、片选信息输入端等。（2）面向外设的介面这一部分由于面向的外设种类十分的繁杂，各种不同的I/O接口有不同的数据及控制信息的连接方式，无法在这里作统一的介绍，留待以后结合具体的I/O接口芯片讲。（3）内部控制逻辑这一部分主要有命令寄存器，状态寄存器，分析与联络信号发生电路等，有的接口芯片还具有中断请求信号发生器等。这一部分在这里也无法展开，留待具体电路分析中再讲。5.CPU与I/O接口的连接前面实际已经讲过,参考图7-1.4.概念结构(1)与CPU的接口它通常包括数据总线缓冲器和读/写控制逻辑(电路)。CPU通过三总线(地址、控制、数据)与此部分连接。尽管I/O接

7、口电路有很大的不同，但它们与CPU的接口大致相同。(2)与I/O设备的接口这是I/O设备与I/O接口传输信息的通道。通常应该包括输入/输出缓冲器。不同的I/O接口电路，它们与I/O设备的接口各不相同，这是需要仔细分析的。(3)内部控制逻辑内部控制逻辑的核心是控制字寄存器、状态寄存器以及相关译码、控制电路。由于I/O接口电路功能不同，控制字序列不同，内部控制逻辑也基本不同。5.CPU与I/O接口的连接CB,用于对I/O内的各寄存器进行读写操作控制,AB:高位用于片选,低位用于片内寄