微机原理 第9章输入输出和接口技术
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1、1微型计算机原理及应用21 12 23 3接口的基本概念接口的基本概念I I/ /O O指令和指令和I I/ /O O地址译码地址译码简单的简单的I/OI/O接口接口3 概述： 输入输出输入输出(I/O)(I/O)：是指微型计算机与外界的信息交是指微型计算机与外界的信息交换，即通信换，即通信(communication)(communication)。 I/OI/O接口：接口：微型计算机与外界的通信，是通过输入微型计算机与外界的通信，是通过输入输出设备进行的，通常一种输出设备进行的，通常一种I/OI/O设备与微型机连接，设备与微型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为就需要一个连接电路，我们称
2、之为I/OI/O接口接口。4 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设备之间的数据交换和通信的硬件电路。备之间的数据交换和通信的硬件电路。 接口设计需解决的两个基本问题：接口设计需解决的两个基本问题： 一、是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个一、是中央处理器如何寻址外部设备，实现多个设备的识别；设备的识别； 二、是中央处理器如何与外设连接，进行数据、二、是中央处理器如何与外设连接，进行数据、状态和控制信号的交换。状态和控制信号的交换。51.1.接口的一般定义接口的一般定义 （接口电路的位置）（接口电路的位置） 接口是一组电路，是中央处理器与存储器、
3、输接口是一组电路，是中央处理器与存储器、输入输出设备等外设之间入输出设备等外设之间协调动作协调动作的控制电路。的控制电路。 注意：注意：接口电路并不局限在中央处理器与存储器接口电路并不局限在中央处理器与存储器或外设之间，也可在存储器与外设之间，如直接存或外设之间，也可在存储器与外设之间，如直接存储器存取储器存取DMADMA接口接口就是控制存储器与外设之间数据就是控制存储器与外设之间数据传送的电路。传送的电路。1.1 1.1 接口的功能接口的功能6 所以，接口的基本功能就是对数据传送实现控制，所以，接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括以下具体包括以下5 5种功能：种功能：地址译码、数据
4、缓冲、信地址译码、数据缓冲、信息转换（如串并转换）、提供命令译码和状态信息息转换（如串并转换）、提供命令译码和状态信息以及定时和控制以及定时和控制。1.1 1.1 接口的功能接口的功能2.2.接口电路的功能接口电路的功能接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过接口传回外部设备。接口传回外部设备。73.3.接口电路的基本结构接口电路的基本结构1.1 1.1 接口的功能接口的功能8 控制命令逻辑电路：控制命令逻辑电路：一般由命令字寄存器和控制执一般由命令字寄存器和
5、控制执行逻辑组成，这一部分是接口电路的行逻辑组成，这一部分是接口电路的“中央处理器中央处理器”，用来完成全部接口操作的控制。用来完成全部接口操作的控制。 状态设置和存储电路：状态设置和存储电路：主要由一组状态数据寄存器主要由一组状态数据寄存器构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内构成，中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行协调动作的。容进行协调动作的。 数据存储和缓冲电路：数据存储和缓冲电路：也是一组寄存器，用于暂存也是一组寄存器，用于暂存中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配工作。配工作。 1.1 1.1 接口的功能接口的功能9
6、1.1.数据传送方式数据传送方式 在微机系统内，如，在微机系统内，如，大系统大系统部件之间的数据传送部件之间的数据传送都采用并行数据传送方式。都采用并行数据传送方式。特点：特点：并行数据的每一位都对应独立的传输线路，再并行数据的每一位都对应独立的传输线路，再加上加上一条地线和一条数据准备好线一条地线和一条数据准备好线，若是双向并行传，若是双向并行传输，还须有输，还须有传送方向的信号线传送方向的信号线。所以数据传送速度快，。所以数据传送速度快，但线路多，一般只用于较短距离的数据传送。但线路多，一般只用于较短距离的数据传送。 （1 1）并行数据传送）并行数据传送1.21.2 接口控制原理接口控制原
7、理接口是用来控制数据传送的，所谓接口控制即是接接口是用来控制数据传送的，所谓接口控制即是接口电路对处理器与外设之间数据传送的控制。口电路对处理器与外设之间数据传送的控制。10 串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序按一定的顺序逐位逐位进行传送的方式。进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。网的计算机之间的通信。特点：特点：单向传输只需一根数据线，单向传输只需一根数据线，一根信号地线和一一根信号地线和一根应答线根应答线，远距离数据传送采用串行方式比较经
8、济，远距离数据传送采用串行方式比较经济，但但串行数据传送比并行数据传送控制复杂，涉及到串串行数据传送比并行数据传送控制复杂，涉及到串并行数据转换。并行数据转换。（2 2）串行数据传送）串行数据传送1.21.2 接口控制原理接口控制原理11异步串行通信协议规定字符数据的异步串行通信协议规定字符数据的传送格式传送格式：一帧数据一帧数据 概念：概念：波特率：波特率：每秒钟传送二进制数的位数称之为每秒钟传送二进制数的位数称之为波特率。波特率。比特率：比特率：每秒钟传送的每秒钟传送的有效有效的二进制数位称之为比特率。的二进制数位称之为比特率。1.21.2 接口控制原理接口控制原理12注意：注意：1 1、
9、通信线上传送的通信线上传送的所有位信号所有位信号都必须保持一致的持都必须保持一致的持 续时间。续时间。2 2、异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持 相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位 同步。起始位、数据位、奇偶位和停止位约定，同步。起始位、数据位、奇偶位和停止位约定， 在同一次传送过程中必须保持一致。在同一次传送过程中必须保持一致。 1.21.2 接口控制原理接口控制原理132.2. 传送控制方式传送控制方式 1.21.2 接口控制原理接口控制原理传送控制方式有传送控制方式有查询查询、中断中断和和
10、DMADMA3 3种。种。（1 1）查询方式）查询方式 查询方式是中央处理器查询方式是中央处理器在数据传送之前在数据传送之前通过接口通过接口的的状态设置存储电路状态设置存储电路询问外设，即询问外设的状态，询问外设，即询问外设的状态，待外设允许传送数据后才传送数据的操作方式。待外设允许传送数据后才传送数据的操作方式。141.21.2 接口控制原理接口控制原理在查询方式下，在查询方式下，CPUCPU需要完成以下操作：需要完成以下操作：(1)CPU(1)CPU向接口发出传送命令，输入数据或输出数据；向接口发出传送命令，输入数据或输出数据；(2)(2)中央处理器查询外设是否允许传送？中央处理器查询外设
11、是否允许传送？ 特点：在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时特点：在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时 间去不断地间去不断地“询问询问” 外设，外设的接口电路处外设，外设的接口电路处 于被动状态。于被动状态。 151.21.2 接口控制原理接口控制原理查询方式的特例：无条件传送方式查询方式的特例：无条件传送方式有些输出设备随时可接收数据，如发光二极管、电有些输出设备随时可接收数据，如发光二极管、电机的起停等。还有些输出设备在接受一个数据后需机的起停等。还有些输出设备在接受一个数据后需要经过一段固定的时间才可接收下一个数据，如要经过一段固定的时间才可接收下一个数据，如D/AD/A转换器对于
