6IO微机原理.pdf

第6章
微型计算机
的输入
/输出
6.1CPU与外设通信的特点
什么是I/O接口（电路）？
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传
送和控制任务的逻辑电路
PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板
（适配器）都是接口电路

接口I/OI/O
CPUCPU
电路设备

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CPU与外设通信具有如下特点：
需要接口作为CPU与外设通信的桥梁。
需要有数据传送之前的“联络”。
传递的信息有3种：状态、数据及控制信息。

接口I/OI/O
CPUCPU
电路设备

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I/O接口的主要功能

对I/O端口进行寻址,以便使CPU能与某一指定的外部设备通
信。
状态信息的应答,以协调数据传送之前的准备工作。
进行中断管理,提供中断信号。
对信号的形式和数据的格式进行变换
微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量
进行电平转换,如TTL电平与MOS电平间的转换。
速度协调，对输入输出数据进行缓冲和锁存
输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节
实际的电路常见:输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
时序控制,提供实时钟信号。

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1.1.接口电路的内部结构接口电路的内部结构
I/O端口2.2.接口电路的外部特性接口电路的外部特性
3.3.接口电路芯片的分类接口电路芯片的分类
4.4.接口电路的可编程性接口电路的可编程性
I/O接口电路

数据总线DB数据
数据寄存器
CPU外设
地址总线AB状态
状态寄存器

控制总线CB控制
控制寄存器

端口
I/O接口的典型结构

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接口电路的内部结构
CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，从
应用角度看内部：
⑴数据寄存器
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据
输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶控制寄存器

保存CPU给外设或接口电路的命令

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接口电路的外部特性
主要体现在引脚上，分成两侧信号
面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接
主要是数据、地址和控制信号
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接
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

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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模集成
电路芯片（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
面向微机系统的专用接口芯片

与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能

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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，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
接口软件有两类：
初始化程序段——设定芯片工作方式等
数据交换程序段——管理、控制、驱动外设，负
责外设和系统间信息交换

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6.1.2.I/O端口的寻址方法

接口电路占用的I/O端口有两类编排形式

I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间
如M6800

I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间
如8086/8088

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(1)I/O端口与存储器统一编址(存储器映象的I/O寻址方式)

优点：
FFFFF
不需要专门的I/O指令

I/O数据存取与存储器数据内存
存取一样灵活部分
存储器空间
缺点：
I/O端口要占去部分存储器
I/O
地址空间
部分
程序不易阅读（不易分清00000
访存和访问外设）

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⑵I/O端口单独编址(I/O映像的I/O寻址)

优点：
I/O端口的地址空间独立FFFFF
控制和地址译码电路相对简单
专门的I/O指令使程序清晰易读内存
空间
缺点：FFFF
I/O
I/O指令没有存储器指令丰富空间
0

80x86采用I/O端口单独编址

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6.1.3I/O端口地址的形成

系统中使用存储器映象的I/O寻址方式

系统中使用I/O映象的I/O寻址方式

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M/IO
G1Y0
A19G2AY1
:+CE
AG2BY2I/O
14RAM
A13C
A12B
A11AY7CE

A10~A0
RAM:00000~007FFH
I/O:00800~00FFFH

A19A18A17A16A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0
RAM00000000000000000000
11111111111

I/O00000000100000000000
11111111111
统一编址

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A6
A15G1Y0
:+G2AY1
ACE
7G2BY2I/O
M/IOI/O
A5C2#
A4B1#
A3AY7CE

A2~A0
1#