文档介绍：第2章输入输出与接口技术
2·1 I/O接口概述
2·2 输入/输出数据的传输控制方式
2·3 I/O编址
2·4 接口设计与分析基本方法
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I/O接口概述
接口是CPU与外部设备(简称外设)的连接电路,是CPU和外设交换信息的中转站。存储器及各类外部设备都是通过各自的接口电路连接到微机系统的总线上,前者称为存储器接口,后者称为I/O接口。
外部设备通常有:
输入设备:如键盘、鼠标、触摸屏等。
输出设备:CRT显示终端、打印机、绘图仪等。
传感器与执行机构
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CPU和I/O设备两者的信息类型和格式可能不一样。
CPU和I/O设备信号传输处理的速度往往不匹配,信号时序有很大差异。
通过接口与外界I/O设备打交道,可以大大提高CPU效率。
I/O设备直接由CPU控制,使得I/O设备的硬件结构依赖于CPU,对外设本身的发展不利。
2. 使用接口设备的原因:
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3. I/O接口的基本功能:
作为微机与I/O设备传输数据的缓冲
正确寻址与微机交换数据的I/O设备
信号转换功能
提供微机与I/O设备间交换数据所需的逻辑和状态信号。
总之,I/O接口的功能就是完成数据、地址和控制三总线的转换和连接任务。
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4. I/O接口的组成
I/O接口接口硬件:接口电路(寄存器和控制逻辑)
接口软件:使接口电路按规定要求工作的驱动程序。
接口硬件
内部控制逻辑
系统数据总线
端口地址译码
输出缓冲寄存器
控制寄存器
输入缓冲寄存器
状态寄存器
联络控制逻辑
系统地址总线
外设
控制总线
CPU
地址总线逻辑
数据总线缓冲
接口电路基本结构框图
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数据缓冲寄存器:
输入缓存器:暂时存放外设送来的数据。
输出缓存器:暂时存放处理器送往外设的数据。
控制寄存器:存放处理器发送来的控制命令和其他信息,以确定接口电路的工作方式和功能。
状态寄存器:存放外设现行各种状态信息
数据总线和地址总线缓冲:实现接口芯片内部总线和处理器外部总线的连接。
端口地址译码器:用于正确选择接口电路内部各端口寄存器地址。
内部控制逻辑:产生一些接口电路内部的控制信号,实现系统控制总线与内部控制信号之间的交换。
对外联络控制逻辑:产生与接收CPU和外设之间数据传送的同步信号。
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接口软件:
接口软件又称为设备驱动程序,一个完整的设备驱动程序一般包括如下程序段:
初始化程序段:设置芯片的工作方式及初始条件。
传送方式处理程序段:处理CPU与I/O之间的数据传送。
主控程序段:完成接口任务。
程序终止与退出程序段:包括程序结束退出前对接口电路中硬件的保护程序段,以及对操作系统中数据的恢复。
辅助程序段:主要解决人-机对话等内容。
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输入/输出数据的传输控制方式
CPU与I/O设备之间传输数据的控制方式一般有三种,即:
程序控制方式
直接存储器存取方式(DMA方式)
专用I/O处理机方式
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程序控制方式
类型:无条件传送、条件传送和中断传送。
特点:(1)以CPU为中心, CPU通过预先编制的I/O程序来控制、实现数据传送。
(2)数据传送速度较低,同时数据的I/O响应也较慢。
1. 无条件传送方式
计算机假定外设已经准备就绪,不必查询其状态,可以直接进行信息传输。如主机对开关设备的操作。
一般情况下,使用无条件传送方式输入时需加缓冲器(存放I/O设备传送来的数据);输出时需加锁存器(保持CPU送出的数据)。
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2. 条件传送方式(又称为查询方式)
CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态,如果外设处于准备好(输入设备)、或空闲状态(输出设备),则CPU执行与外设的数据传送(执行IN或OUT指令)。()
特点:
I/O传送与程序执行严格同步,因而数据传送可靠。
接口比较简单,硬件电路不多,查询程序也不复杂。
CPU要频繁查询外设状态,因而CPU的利用率不高;多设备工作时只能用轮询方式,实时性差。
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