第6章-基本输入输出接口课件.ppt
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1、第六章第六章 输入输出接口基输入输出接口基础(础(CPU与外设之间的与外设之间的数据传输)数据传输)把数据给我吧Sorry,I cant understand.哇第六章第六章微机与外设之间的数据传输微机与外设之间的数据传输主要内容 接口的基本概念接口的基本概念 CPUCPU与端口(外设)之间的数据传送与端口(外设)之间的数据传送方式方式 简单接口电路的扩展简单接口电路的扩展6.1 接口的基本概念接口的基本概念一、基本问题一、基本问题1 1、什么是、什么是I/OI/O接口(电路)?接口(电路)?I/OI/O接口是位于系统与外设间、用来协助完接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的
2、逻辑电路成数据传送和控制任务的逻辑电路PCPC机系统板的可编程接口芯片、机系统板的可编程接口芯片、I/OI/O总线槽总线槽的电路板(适配器)都是接口电路的电路板(适配器)都是接口电路6.1 接口的基本概念接口的基本概念2 2、为什么需要、为什么需要I/OI/O接口(电路)?接口(电路)?需要分析一下外部设备的输入需要分析一下外部设备的输入/输出操作和输出操作和存储器读存储器读/写操作的写操作的不同之处不同之处:存储器都是用来保存信息的,功能单一,传送方存储器都是用来保存信息的,功能单一,传送方式单一(一次必定是传送式单一(一次必定是传送1 1个字节或者个字节或者1 1个字),个字),品种很有限
3、品种很有限(只有只读类型和可读只有只读类型和可读/可写类型可写类型),存取速度基本上和存取速度基本上和CPUCPU的工作速度匹配。的工作速度匹配。外部设备的功能多种多样的(输入设备,输出设外部设备的功能多种多样的(输入设备,输出设备,输入设备备,输入设备/输出设备),信息多样(数字式输出设备),信息多样(数字式的,模拟式的),信息传输的方式(并行的,串的,模拟式的),信息传输的方式(并行的,串行的),外设的工作速度通常比行的),外设的工作速度通常比CPUCPU的速度低得的速度低得多,而且各种外设的工作速度互不相同,这也要多,而且各种外设的工作速度互不相同,这也要求通过接口电路对输入求通过接口电
4、路对输入/输出过程起一个缓冲和输出过程起一个缓冲和联络的作用。联络的作用。6.1 接口的基本概念接口的基本概念微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样工作原理不同工作原理不同机械、电子、机电、电磁机械、电子、机电、电磁传送信息类型多样传送信息类型多样数字量、模拟量、开关量数字量、模拟量、开关量传送速度差别极大传送速度差别极大传送方式不尽相同传送方式不尽相同串行、并行串行、并行编码方式不同编码方式不同二进制、二进制、BCDBCD码、码、ASCIIASCII码码6.1 接口的基本概念接口的基本概念它们不能与它们不能与CPUCPU直接相连直接相连必须经过中间电路再与系统相连必须经过中间电路再与系
5、统相连这部分电路被称为这部分电路被称为I/OI/O接口电路接口电路6.1 接口的基本概念接口的基本概念3、什么是微机接口技术?、什么是微机接口技术?处理微机系统与外设间联系的技术处理微机系统与外设间联系的技术注意其软硬结合的特点注意其软硬结合的特点根据应用系统的需要,使用和构造相应的接根据应用系统的需要,使用和构造相应的接口电路,编制配套的接口程序,支持和连接口电路,编制配套的接口程序,支持和连接有关的设备有关的设备6.1 接口的基本概念接口的基本概念4 4、接口的功能、接口的功能对对I/OI/O端口端口进行寻址,对送来的片选信号进行进行寻址,对送来的片选信号进行识别;识别;(2)(2)根据读
6、根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作,对输入输出数据进行缓冲和锁存是输出操作,对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有输出接口有锁存环节锁存环节;输入接口有;输入接口有缓冲环节缓冲环节实际的电路常见:实际的电路常见:输出锁存缓冲环节输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节输入锁存缓冲环节锁存器:功能是把来自设备的输入信息锁存起来,并一直锁存器:功能是把来自设备的输入信息锁存起来,并一直稳定地保持它,直到微处理器取走信息。如图所示:稳定地保持它,直到微处理器取走信息。如图所示:18DDENCP.oQQoCP CP 锁存信号锁存信号D D 数据输入数据输入Q
7、Q数据输出数据输出功能:功能:CPCP有效,有效,Q QD DCPCP无效,无效,Q Q保持不变保持不变三态缓冲器是微处理器并行总线接口中必须要使用的一种三态缓冲器是微处理器并行总线接口中必须要使用的一种接口部件。如图所示:接口部件。如图所示:oEN输入输出为0其中EN开门:输入为1时输出为1输入为0时其中EN关门:输入为1/0,输出为高阻6.1 接口的基本概念接口的基本概念(3)(3)数据转换功能:数据转换功能:对信号的形式和数据的格式进行对信号的形式和数据的格式进行变换;变换;(4)(4)联络功能:联络功能:与与CPUCPU和和I/OI/O设备进行联络设备进行联络就绪信号,就绪信号,忙信号
8、等;忙信号等;中断管理:发出中斯请求信号、接收中断响应信中断管理:发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理号、发送中断类型码的功能。并具有优先级管理功能;功能;复位:接收复位信号,从而使接口本身以及所连复位:接收复位信号,从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动;的外设进行重新启动;可编程:用软件来决定其工作方式,用软件来设可编程:用软件来决定其工作方式,用软件来设置有关的控制信号;置有关的控制信号;6.1 接口的基本概念接口的基本概念错误检测:一类是传输错误错误检测:一类是传输错误,比如奇偶校验。比如奇偶校验。另另类是覆盖错误,数据还没有被取走之类是覆盖错误
9、,数据还没有被取走之前就被新的数据覆盖掉了。通过在相应的前就被新的数据覆盖掉了。通过在相应的状态端口的某一位来控制实现状态端口的某一位来控制实现。注:一些接口还可根据具体情况设置其它注:一些接口还可根据具体情况设置其它的检测信息。的检测信息。5、接口的分类、接口的分类接口电路按功能可分为两类接口电路按功能可分为两类:是使微处理器正常工作所需要的辅助电路:时是使微处理器正常工作所需要的辅助电路:时钟信号或中断请求等;钟信号或中断请求等;是输入是输入/输出接口电路:输出接口电路:CPUCPU与外部设备信息的与外部设备信息的传送(接收、发送)。传送(接收、发送)。最常用的外部设备:如键盘、显示装置、
10、打印最常用的外部设备:如键盘、显示装置、打印机、磁盘机等都是通过输入机、磁盘机等都是通过输入/输出接口和总线输出接口和总线相连的,完成检测和控制的仪表装置也属于外相连的,完成检测和控制的仪表装置也属于外部设备之列,也是通过接口电路和主机相连。部设备之列,也是通过接口电路和主机相连。辅助电路接口辅助电路接口二、二、CPUCPU与输入输出设备之间的信号(三类)与输入输出设备之间的信号(三类)数据信息数据信息:包括三种形式:数字量、模拟量包括三种形式:数字量、模拟量 、开关量。、开关量。状态信息状态信息:是外设通过接口往:是外设通过接口往CPUCPU传送的传送的 如:如:“准备好准备好”(READY
11、)(READY)信号、信号、“忙忙”(BUSYBUSY)信号。信号。控制信息控制信息:是:是CPUCPU通过接口传送给外设的通过接口传送给外设的 如:外设的启动信号、停止信号就是常见的如:外设的启动信号、停止信号就是常见的控制信息。控制信息。6.1 接口的基本概念接口的基本概念三、接口与系统的连接三、接口与系统的连接1 1、接口部件的典型结构、接口部件的典型结构控制总线控制总线CB地址总线地址总线ABI/O接口电路接口电路数据数据控制控制状态状态数据总线数据总线DBCPU外设外设控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器接口芯片的典型结构6.1 接口的基本概念接口的基本概念接
12、口电路的内部结构接口电路的内部结构CPUCPU与外设主要有数据、状态和控制信息需与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换,于是从应用角度看内部:要相互交换,于是从应用角度看内部:数据寄存器数据寄存器输入数据寄存器:保存外设给输入数据寄存器:保存外设给CPUCPU的数据的数据输出数据寄存器:保存输出数据寄存器:保存CPUCPU给外设的数据给外设的数据 状态寄存器状态寄存器保存外设或接口电路的状态保存外设或接口电路的状态 控制寄存器控制寄存器保存保存CPUCPU给外设或接口电路的命令给外设或接口电路的命令6.1 接口的基本概念接口的基本概念接口电路的外部特性接口电路的外部特性主要体现在引脚上,
13、分成两侧信号主要体现在引脚上,分成两侧信号面向面向CPUCPU一侧的信号:一侧的信号:用于与用于与CPUCPU连接连接主要是数据、地址和控制信号主要是数据、地址和控制信号面向外设一侧的信号:面向外设一侧的信号:用于与外设连接用于与外设连接提供的信号五花八门提供的信号五花八门功能定义、时序及有效电平等差异较大功能定义、时序及有效电平等差异较大6.1 接口的基本概念接口的基本概念接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类接口电路核心部分往往是一块或数块大规接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片(接口芯片):模集成电路芯片(接口芯片):通用接口芯片通用接口芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口
14、芯片支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片面向外设的专用接口芯片面向外设的专用接口芯片针对某种外设设计、与该种外设接口针对某种外设设计、与该种外设接口 面向微机系统的专用接口芯片面向微机系统的专用接口芯片与与CPUCPU和系统配套使用,以增强其总体功能和系统配套使用,以增强其总体功能6.1 接口的基本概念接口的基本概念接口电路的可编程性接口电路的可编程性许多接口电路具有多种功能和工作方式,许多接口电路具有多种功能和工作方式,可以通过编程的方法选定其中一种可以通过编程的方法选定其中一种接口需进行物理连接,还需编写接口软件接口需进行物理连接,还需编写接口软件接口软件有两类:接口软件有两类:初始化程
15、序段初始化程序段设定芯片工作方式等设定芯片工作方式等数据交换程序段数据交换程序段管理、控制、驱动外设,管理、控制、驱动外设,负责外设和系统间信息交换负责外设和系统间信息交换端口(端口(PORT)2 2、接口部件的、接口部件的I/OI/O端口端口CPUCPU和外设进行数据传输时,各类信息在接口中和外设进行数据传输时,各类信息在接口中进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为I/OI/O端端口,每个端口有一个端口地址。口,每个端口有一个端口地址。一个接口电路可以具有多个一个接口电路可以具有多个I/OI/O端口(寄存器),端口(寄存器),每个端口用来保存和交换不同的信息
16、每个端口用来保存和交换不同的信息数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/OI/O地址常依次被称为地址常依次被称为数据端口数据端口、状态端口状态端口和和控控制端口制端口,用于保存数据、状态和控制信息,用于保存数据、状态和控制信息返回注意:注意:输入还是输出,所用到的地址总是输入还是输出,所用到的地址总是对端口对端口而言而言的,不是对接口部件而言的。的,不是对接口部件而言的。为了节省地址空间,将数据输入端口和数据输为了节省地址空间,将数据输入端口和数据输出端口对应出端口对应同一个端口地址同一个端口地址。同样,状态端口和。同样,状态端口和控制端口也常用控制
17、端口也常用同一个端口地址同一个端口地址。CPUCPU对外设的输入对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯输出操作就归结为对接口芯片各片各端口的读端口的读/写操作写操作。6.1 接口的基本概念接口的基本概念3 3、输入输出的寻址方式(端口的编址方式)、输入输出的寻址方式(端口的编址方式)接口电路占用的接口电路占用的I/OI/O端口有两类编排形式端口有两类编排形式I/OI/O端口与存储器统一编址端口与存储器统一编址它们共享一个地址空间它们共享一个地址空间如如M6800M6800I/OI/O端口单独编址端口单独编址I/OI/O地址空间独立于存储地址空间地址空间独立于存储地址空间如如8086/80888
18、086/80886.1 接口的基本概念接口的基本概念统一编址方式统一编址方式优点:优点:不需要专门的不需要专门的I/OI/O指令指令I/OI/O数据存取与存储器数数据存取与存储器数据存取一样灵活(多种据存取一样灵活(多种寻址方式)寻址方式)缺点:缺点:I/OI/O端口要占去部分存储端口要占去部分存储器地址空间器地址空间程序不易阅读(不易分程序不易阅读(不易分清访存和访问外设)清访存和访问外设)内存内存部分部分I/O部分部分存储器空间存储器空间00000FFFFF6.1 接口的基本概念接口的基本概念独立编址方式独立编址方式优点:优点:I/O端口的地址空间独立端口的地址空间独立控制和地址译码电路相
19、对简单控制和地址译码电路相对简单专门的专门的I/O指令使程序清晰易读指令使程序清晰易读缺点:缺点:I/O指令没有存储器指令丰富指令没有存储器指令丰富内存内存空间空间I/O空间空间FFFFF0FFFF80 x86采用采用I/O端口独立编址端口独立编址6.1 接口的基本概念接口的基本概念对于对于80868086,M M和和IOIO的不同之处:的不同之处:地址线的条数:地址线的条数:2020、1616地址的范围:地址的范围:2 22020、2 21616、指令不同产生的信号不同:指令不同产生的信号不同:M/IOM/IO8088/8086的输入输出指令的输入输出指令输入输出指令举例输入输出指令举例输入
20、指令输入指令(ININ:将外设数据传送给:将外设数据传送给CPUCPU内的内的AL/AXAL/AX)IN AL,8IN AL,8;字节输入字节输入IN AL,DXIN AL,DX;字节输入字节输入IN AX,8IN AX,8;字输入字输入IN AX,DXIN AX,DX;字输入字输入输出指令输出指令(OUTOUT:将:将CPUCPU内的内的AL/AXAL/AX数据传送给外设)数据传送给外设)OUT 8,ALOUT 8,AL;字节输出字节输出OUT DX,ALOUT DX,AL;字节输出字节输出OUT 8,AXOUT 8,AX;字输出字输出OUT DX,AXOUT DX,AX;字输出字输出演示演
21、示演示演示IN AL,21H返回OUT 43H,AL返回第第6章:章:8088/8086的的I/O端口端口8088只能通过输入输出指令与外设进行数只能通过输入输出指令与外设进行数据交换;呈现给程序员的外设是端口据交换;呈现给程序员的外设是端口(Port),即),即I/O地址地址8086用于寻址外设端口的地址线为用于寻址外设端口的地址线为16条,条,端口最多为端口最多为21665536(64K)个,端口)个,端口号为号为0000H FFFFH每个端口用于传送一个字节的外设数据每个端口用于传送一个字节的外设数据第第6章:章:I/O寻址方式寻址方式8088/8086的的端口有端口有64K个,无需分段
22、,设个,无需分段,设计有两种寻址方式计有两种寻址方式v直接寻址直接寻址:只用于寻址:只用于寻址00H FFH前前256个个端口,操作数端口,操作数8表示端口号表示端口号v间接寻址间接寻址:可用于寻址全部:可用于寻址全部64K个端口,个端口,DX寄存器的值就是端口号寄存器的值就是端口号对大于对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式的端口只能采用间接寻址方式第第6章:数据交换方式章:数据交换方式如果输入输出一个字节,利用如果输入输出一个字节,利用AL寄存器寄存器如果输入输出一个字,利用如果输入输出一个字,利用AX寄存器寄存器输入一个字,实际上是从连续两个端口输入输入一个字,实际上是从连续两个端口输入
23、两个字节,分别送两个字节,分别送AL(对应低地址端口)(对应低地址端口)和和AH(对应高地址端口)(对应高地址端口)输出一个字,实际上是将输出一个字,实际上是将AL(对应低地址(对应低地址端口)和端口)和AH(对应高地址端口)两个字节(对应高地址端口)两个字节的内容输出给连续两个端口的内容输出给连续两个端口第第6章:章:IN指令实例(指令实例(从从20H端口输入一个字)端口输入一个字);方法;方法1 1:直接寻址,字量输入:直接寻址,字量输入in ax,20hin ax,20h;方法;方法2 2:间接寻址,字量输入:间接寻址,字量输入mov dx,20hmov dx,20hin ax,dxin
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