微机原理与接口技术 第7章 输入与输出及中断.ppt

西安邮电学院计算机系
系统结构教研室
2007.3第7章输入/输出与中断7.1I/O接口概述图7.1主机与外设的连接2.I/O接口的作用
接口是主机和外设之间交换信息的桥梁。那么，主机与外设交换信息时为什么要通过接口电路呢？这主要有以下三个原因。
①总线隔离作用
数据总线是外设及存储器传送信息的公共线路，任何外设或存储器都不允许长期占用数据总线，而仅允许被选中的外设或存储器在读／写总线周期中享用数据总线。
因此，大多数外设不能直接和CPU的数据总线相连，要借助与接口电路使外设与总线隔离，起缓冲、暂存数据的作用，使主机和外设协调一致的工作。 ②速度匹配作用
接口电路可以提供握手信息给微处理器和外设，协调主机和外设间数据传送速度不匹配的矛盾。
大多数外设输入输出信息的速度远远低于微处理器，为同步外设与主机的工作，在输入输出控制中，常需要接口电路提供外设的工作状态给微处理器，同时记忆主机下达给外设的命令，从而使主机与外设之间协调一致地工作。③信号变换作用
外设的信息格式与微处理器不一致时，需要接口电路进行信息的变换。
从本质上说，微处理器的信息格式是并行的数字信号，而外设由于其功能的多样性，信息格式也是多种多样的。这就需要进行：
电平变换
并串变换
数模变换 7.1.2CPU与外设交换的信息
主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息三种。
(1)数据信息：它是CPU与外设之间传送的主要信息，可分为数字量、模拟量和开关量三种形式。
(2)状态信息：是外设通过接口送往CPU的信息，作为外设与CPU之间交换数据的联络信号，反映了当前外设所处的工作状态。
(3)控制信息：是CPU通过接口传送给外设的信息，用来设置外设（包括接口）的工作方式、控制外设的工作等。DB 7.1.3I/O接口的基本结构(接口与端口)
接口(Interface)：介与主机和外设之间的缓冲电路。
端口(Port)：接口中可以进行寻址读写的寄存器，简称口。
一个接口往往含有几个端口，CPU通过输入输出指令向这些端口取或存信息。端口主要有三类：一类为状态口，一类为命令口（或控制口），一类是数据口。
CPU通过输入指令从状态口获取外设的状态信息，通过输出指令从命令口发出控制命令，控制外设的工作。通过输入输出指令可以从数据端口与外设交换数据。因此说，计算机主机与外设之间交换信息都是通过接口中的端口来实现的。CB7.1.4I/O端口的编址
微机系统中，I/O端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类。在Intel80x86系列微机中，采用独立编址方式。
1.I/O端口的统一编址方式
统一编址又称存储器映象编址(Memory-mappingAddressCoding)，就是将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，每个I/O端口占用一个地址。这样，CPU对I/O端口的输入／输出操作如同对存储单元的读／写操作一样，对存储器的各种寻址方式也同样适用于I/O端口。图7.4I/O端口与内存单元统一编址2.I/O端口的独立编址方式(IsolatedI/OAddressCoding)
在独立编址方式下，I/O地址空间完全独立于存储器空间。在I/O地址空间中，每个端口有一个唯一的端口地址，CPU有专用的I/O指令，用于CPU与I/O端口之间的数据传输。Intel80x86系列CPU中设有IN、OUT指令作为专用的I/O指令和寻址方式。在直接寻址方式下，CPU只利用地址总线的低8位输出地址信息，所以只能寻址I/O地址空间的00HFFH地址，而在间接寻址方式下，CPU利用地址总线的低16位输出地址信息，可以寻址的I/O空间多达64K个端口。00000H7.2CPU与外设之间数据传送的方法
各种外设的工作速度相差很大，有些相当高，如磁盘机的传送速度达0.26Mb／s，而有些外设的工作速度却相当低，如键盘是用于人工输入数据的，输入1个字符通常需几十毫秒。
这里所说的输入／输出方法就是指CPU通过接口与外设之间数据传送的方式，一般有三种：程序控制的输入／输出方式、程序中断的输入／输出方式和直接存储器存取方式。7.2.1程序控制的输入／输出方式
该方式完全通过执行程序来控制CPU与外设之间的数据交换，I／O指令序列事先就排在程序中所需要的位置。这种传送方式又分为无条件传送和有条件传送。
1.无条件传送：程序中I/O指令的执行不需要事先测试外设的状态，而是直接执行。这种传送方式只适用于对简单外设的操作，这些外设始终处于就绪状态，典型的输入是开关，典型的输出是LED。(a) 2.有条件传送：也称查询方式传送，程序中I/O指令的执行需要事先测试外设的状态，待外设准备就绪后，执行I/O指令进行数据传送，否则循环测