第三章 IO接口技术与IO通道.ppt

第3章输入输出接口与过程通道主要内容：
输入/输出设备种类众多，其工作原理和结构构成也各不相同，它们的操作速度与CPU相比相对较低，且在进行数据处理时，不论是在数据格式上、在处理数据速度上、还是在逻辑时序上与CPU均不能直接进行操作。所以，微处理机与输入/输出设备之间即不能直接相连也不能直接进行信息交换，而必须是通过接口设备来实现。3.1.1．I/O接口的主要功能
（1）信号转换：由于微处理机的总线信号与输入/输出设备的控制信号之间存在着差异，无法进行相匹配的操作，需要在两种信号之间进行转换。像CPU的信号与输入/输出设备信号之间的逻辑关系、时序关系以及电平之间的关系均需转换。否则高速的CPU系统与低速的输入/输出设备之间是无法沟通的。
（2）数据缓冲：由于微处理机与输入/输出设备处理数据的速度不同，定时的标准也不同，二者又需进行信息交换，所以在接口上尚需设置对所传送的数据提供缓冲、隔离以及寄存的功能。具体说来，就是在输出接口中设置寄存器或锁存器，用以暂时存放CPU欲输出的数据，然后再由输出设备根据自身的情况，将暂时存放的欲输出的数据进行适时输出处理。
（3）地址译码：在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围设备，这样就会有多个输入/输出接口，像为键盘、鼠标、打印机、显示器、磁盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，且为它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围设备输入/输出地址寻址。
（4）控制和状态：由于微处理机的操作速度与输入/输出设备的运行速度不在一个数量级上，所以随时需要知道输入/输出设备的状态。常用的状态信号有正忙和准备就绪。
（5）校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入/输出接口配备有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如若USB在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会重复发送数据直至正确为止。3.1.2、I/O通道
I/O通道也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息
传送和交换的连接通道。3.1.3、I/0信号的种类
在微机控制系统中，主机和外设间所交换的信息通常分为数据信息、状态信息和控制信息三类：
数据信息：是主机和外围设备交换的基本信息，通常为8位或16位，可并行传送也可串行传送。数据信息由可分为数字量、模拟量、开关量和脉冲量；
状态信息指的是外围设备当前的工作状态，像正忙（BUSY）信号，准备就绪（READY）信号等。
控制信息是指用于控制外围设备接口工作方式和外围设备启动或停止信息、控制输入还是输出，通常是由CPU发出各种控制信息。3.1.4.计算机和外设的通信方式
按数据传送方式分为：
（1）并行通信：多位同时传送，近距离，多数据线，快速。（速度快、造价高）
（2）串行通信：一位接一位传送，单根或贰根数据线，远距离，慢速。（速度慢、造价低、应用广泛）
串行通信操作模式
（1）单工通信
（2）半双工通信
（3）全双工通信。
在串行传输数字信号时，在接收端必须要有移位时钟脉冲来控制将信号逐位读入(一般使用时钟脉冲的上升沿在数据脉冲位的中间时刻将数据逐位移入移位寄存器)，然后按某种方式组装成与发送端发送数据完全相同的接收数据。这种让时钟脉冲与数据脉冲之间的频率和相位保持一致的机制以及相应的数据装配就叫做同步，实现同步的技术就是同步方式。
（4）串行通信工作方式(异步传送、同步传送）12b.同步传送3.1.5.I/O编址方式及I/O端口地址2)．独立编址
独立编址方式是微机系统中的所有I/O端口与存储器空间一种，都有各自独立的I/O空间，每个I/O端口都配备有一个地址，CPU需用专门的I/O指令对其进行访问操作。这类指令就是I/O指令。用来对存储器进行访问的指令与对I/O端口进行读取操作的指令也易于辨认。Intel系列32位微处理机就采用了这种方式。
使用专门的I/O指令，按独立的I/O端口寻址方式进行I/O操作。用INS和OUTS指令在存储器和I/O外围设备之间进行数据串的传送操作，用IN和OUT指令在微处理机的累加寄存器（AL、AX或EAX）和I/O设备之间进行数据的传送操作。参阅表7.1中列出了各种I/O指令形式。3.1.6I/O端口地址
计算机的I/O操作是通过各种外围设备来完成的，外围设备提供了外部环境与计算机之间交换信息的一种手段。外围设备通过连接到I/O接口部件的连线与计算机系统进行了连接，这些连线在I/O接口部件和外围设备之间进行控制、状态和数据信息的传送操作。与I/O接口部件相连的外围设备也称外部设备。
实际上，I/O接口部件在复杂程度以及所控制的外围设备的数目上差别很大。下图中所示的是常用的I/O接口部件的框图。3)常用的I/O接口部件的框图