IO接口技术的基本知识.pdf

I/O接口技术的基本知识CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现前者被称为I/O接口而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多其相应的接口电路也各不相同因此习惯上说到接口只是指I/O接口。一、I/0接口的概念1.接口的分类I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起按照电路和设备的复杂程度I/O接口的硬件主要分为两大类：1)I/O接口芯片这些芯片大都是集成电路通过CPU输入不同的命令和参数并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。2)I/O接口控制卡有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件或者直接与CPU同在主板上或是一个插件插在系统总线插槽上。按照接口的连接对象来分乂可以将他们分为申行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。2.接口的功能由丁计算机的外围设备品种繁多几乎都采用了机电传动设备因此CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：速度不匹配:I/O设备的工作速度要比CPU慢许多而且由丁种类的不同他们之间的速度差异也很大例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。时序不匹配：各个I/O设备都有自己的定时控制电路以自己的速度传输数据无法与CPU的时序取得统一。信息格式不匹配：不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同例如可以分为申行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。信息类型不匹配：不同I/O设备采用的信号类型不同有些是数字信号而有些是模拟信号因此所采用的处理方式也不同。基丁以上原因CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成通常接口有以下一些功能：1)设置数据的寄存、缓冲逻辑以适应CPU与外设之间的速度差异接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；2）能够进行信息格式的转换例如申行和并行的转换；3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平■的差异如电平■转换驱动器、数/模或模/数转换器等；4）协调时序差异；5）地址译码和设备选择功能；6）设置中断和DMA控制逻辑以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。3.接口的控制方式CPU通过接口对外设进行控制的方式有以下几种：1）程序查询方式这种方式下CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态如果外设准备就绪则进行数据的输入或输出否则CPU等待循环查询。这种方式的优点是结构简单只需要少量的硬件电路即可缺点是由丁CPU的速度远远高丁外设因此通常处丁等待状态工作效率很低。2）中断处理方式在这种方式下CPU不再被动等待而是可以执行其他程序一旦外设为数据交换准备就绪可以向