第6章基本输入/输出 接口技术 本章主要教学内容 >输入输出接口技术的概念和功能 >CPU与IO接口之间传递的信息类型及IO 端口的编址方式 >CPU与外部设备之间数据传送方式的原理、 特点及应用
本章主要教学内容 Ø 输入输出接口技术的概念和功能 Ø CPU与I/O接口之间传递的信息类型及I/O 端口的编址方式 Ø CPU与外部设备之间数据传送方式的原理、 特点及应用 第6章 基本输入/输出 接口技术
6.1接口技术概述 微型计算机系统的输入和输出通常是指计算机与外部设备之 间的信息交换,也称为通信。在微型计算机中,各种外部设备 与计算机之间的通信是通过接口实现的。接口部件起着数据缓 冲、隔离、数据格式交换、寻址、同步联络和定时控制等作用。 61.1输入输出接口的概念与功能 输入输出接口的概念 通常,一种外部设备与徼型计算机相连接是需要一个接口 电路的,通常称之为|/0接口。为什么一个外部设备与微型计 算机连接需要一个接口电路呢?这是因为计算机的外部设备种 类繁多,具备的功能不同,工作速度上也有较大的差异,因此, 计算机的外部设备与cPU连接时,必然会带来一些问题
6.1 接口技术概述 微型计算机系统的输入和输出通常是指计算机与外部设备之 间的信息交换，也称为通信。在微型计算机中，各种外部设备 与计算机之间的通信是通过接口实现的。接口部件起着数据缓 冲、隔离、数据格式交换、寻址、同步联络和定时控制等作用。 6.1.1 输入输出接口的概念与功能 1. 输入输出接口的概念 通常，一种外部设备与微型计算机相连接是需要一个接口 电路的，通常称之为I/O接口。为什么一个外部设备与微型计 算机连接需要一个接口电路呢?这是因为计算机的外部设备种 类繁多，具备的功能不同，工作速度上也有较大的差异，因此， 计算机的外部设备与CPU连接时，必然会带来一些问题
归纳起来有以下4个方面: 1)工作速度的匹配问题 (2)工作时序的配合问题 (3)信息表示格式上的一致性问题 (4)信息类型与信号电平的匹配问题 为了解决上述问题,就需要在CPU与外部设备之间连接 接口设备。所谓接口是指CPU和存储器、外部设备或者两种外 部设备之间,或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑 部件(或称电路),它是CPU与外界进行信息交换的中转站 源程序和原始数据通过接口从输入设备(例如键盘)送入,运 算结果通过接口向输出设备(例如CRT显示器、打印机)送出 去;控制命令通过接口发出去(例如步进电机),现场信息通 过接口取进来(例如温度值、转速值)
归纳起来有以下4个方面： （1）工作速度的匹配问题 （2）工作时序的配合问题 （3）信息表示格式上的一致性问题 （4）信息类型与信号电平的匹配问题 为了解决上述问题，就需要在CPU与外部设备之间连接 接口设备。所谓接口是指CPU和存储器、外部设备或者两种外 部设备之间，或者两种机器之间通过系统总线进行连接的逻辑 部件（或称电路），它是CPU与外界进行信息交换的中转站。 源程序和原始数据通过接口从输入设备（例如键盘）送入，运 算结果通过接口向输出设备（例如CRT显示器、打印机）送出 去；控制命令通过接口发出去（例如步进电机），现场信息通 过接口取进来（例如温度值、转速值）
2.输入输出接口的功能 般情况下,计算机的输入输出接口应该具备下述功能: (1)寻址功能 (2)输入/输出功能 (3)数据转换功能 (4)联络功能 (5)中断管理功能 (6)接收复位信号并对接口进行初始化 (⑦)可编程功能 (8)检测错误的功能
2. 输入输出接口的功能 一般情况下，计算机的输入输出接口应该具备下述功能： （1）寻址功能 （2）输入/输出功能 （3）数据转换功能 （4）联络功能 （5）中断管理功能 （6）接收复位信号并对接口进行初始化 （7）可编程功能 （8）检测错误的功能
612cPU与Ⅳo接口之间传递的信息类型 计算机的CPU与一个输入/输出设备进行信息交换时,通常需 要3类信息,即数据信息、状态信息和控制信息,如图6-1所 小 1.数据信息 (1)数字量:数字量可以是二进制形式表示的数据,或以 ASCⅡ1码表示的数据及字符。 (2)模拟量:当微型计算机用于检测或过程控制时,传感 器把现场大量的非电量如温度、压力、差压、流量、物质成 分等信息转换成电信号,并经过放大器放大,然后经过采样 器和模数转换器变成数字信号才能被计算机接收 (3)开关量:开关量是具有两个状态的量,如开关的闭合 与断开,阀门的打开与关闭,电机的启动与停止等
6.1.2 CPU与I/O接口之间传递的信息类型 计算机的CPU与一个输入/输出设备进行信息交换时，通常需 要3类信息，即数据信息、状态信息和控制信息，如图6-1所 示。 1. 数据信息 （1）数字量：数字量可以是二进制形式表示的数据，或以 ASCII码表示的数据及字符。 （2）模拟量：当微型计算机用于检测或过程控制时，传感 器把现场大量的非电量如温度、压力、差压、流量、物质成 分等信息转换成电信号，并经过放大器放大，然后经过采样 器和模/数转换器变成数字信号才能被计算机接收。 （3）开关量：开关量是具有两个状态的量，如开关的闭合 与断开，阀门的打开与关闭，电机的启动与停止等
数据信息 VO CPU 控制信息 设备 状态信息 图6-1CPU与IO接口之间传递的信息
CPU I/O 设备 数据信息 状态信息 控制信息 图6-1 CPU与I/O接口之间传递的信息
2.状态信息 状态信息通常表示外部设备或接口部件本身的状态,是从接口送 往CPU的信息。在输入时,通常用准备就绪( READY)信号来 表示待输入的数据是否准备好;在输出时,通常用忙(BUSY) 信号来表示输出设备是否处于空闲状态。如果为空闲状态,则 CPU可以执行输出指令,向该外设传送数据信息,如果处于忙状 态,则CPU等待。 3.控制信息 控制信息是CPU通过数据总线传给接口中的控制寄存器的信息。 最常见的控制信息主要有使外部设备启动或停止的控制信息。 数据信息、状态信息和控制信息是不同性质的信息,应分别进行 传送。但是,在大部分微型计算机中只有通用的输入指令和输出 指令,因此外部设备的状态、控制信息也被广义地当作一种数据 信息,通过数据总线传送
2. 状态信息 状态信息通常表示外部设备或接口部件本身的状态，是从接口送 往CPU的信息。在输入时，通常用准备就绪（READY）信号来 表示待输入的数据是否准备好；在输出时，通常用忙（BUSY） 信号来表示输出设备是否处于空闲状态。如果为空闲状态，则 CPU可以执行输出指令，向该外设传送数据信息，如果处于忙状 态，则CPU等待。 3. 控制信息 控制信息是CPU通过数据总线传给接口中的控制寄存器的信息。 最常见的控制信息主要有使外部设备启动或停止的控制信息。 数据信息、状态信息和控制信息是不同性质的信息，应分别进行 传送。但是，在大部分微型计算机中只有通用的输入指令和输出 指令，因此外部设备的状态、控制信息也被广义地当作一种数据 信息，通过数据总线传送
6.1.3O端口的编址方式 接口中的寄存器又叫做I/0端口,每一个端口有一个编 号,叫做端口号,又叫端口地址。数据寄存器就是数据端 口,用于对来自CPU和外设的数据起缓冲作用。状态寄存器 就是状态端口,用来存放外部设备或者接口部件本身的状 态。CPU通过对状态端口的访问和测试,可以知道外部设备 或接口本身的当前状态。控制寄存器就是控制端口,用来 存放CPU发出的控制信息,以控制接口和外部设备的动作 也可以说,CPU与外部设备之间传送信息都是通过数据总线 写入端口或从端口中读出的,所以,CP对外部设备的寻址, 实质上是对I/0端口的寻址
6.1.3 I/O端口的编址方式 接口中的寄存器又叫做I/O端口，每一个端口有一个编 号，叫做端口号，又叫端口地址。数据寄存器就是数据端 口，用于对来自CPU和外设的数据起缓冲作用。状态寄存器 就是状态端口，用来存放外部设备或者接口部件本身的状 态。CPU通过对状态端口的访问和测试，可以知道外部设备 或接口本身的当前状态。控制寄存器就是控制端口，用来 存放CPU发出的控制信息，以控制接口和外部设备的动作。 也可以说，CPU与外部设备之间传送信息都是通过数据总线 写入端口或从端口中读出的，所以，CPU对外部设备的寻址， 实质上是对I/O端口的寻址
在微型计算机系统中,IO接口的地址编排大都采用能够单 独编址方式,其地址空间独立于存储器,不占用存储空间, 该编址方式下,CPU访问IO端口必须采用专用的IO指令,所 以也叫专用IO指令方式。 独立编址方式的主要优点是可以节省内存空间,由于系统 需要的ⅣO端口寄存器一般比存储器单元要少得多,故IO地址 线较少,因此IO端口地址译码较简单,寻址速度较快。其缺 点是由于专用Ⅰ/O指令类型少,远不如存储器访问指令丰富, 使程序设计灵活性较差
在微型计算机系统中，I/O接口的地址编排大都采用能够单 独编址方式，其地址空间独立于存储器，不占用存储空间， 该编址方式下，CPU访问I/O端口必须采用专用的I/O指令，所 以也叫专用I/O指令方式。 独立编址方式的主要优点是可以节省内存空间，由于系统 需要的I/O端口寄存器一般比存储器单元要少得多，故I/O地址 线较少，因此I/O端口地址译码较简单，寻址速度较快。其缺 点是由于专用I/O指令类型少，远不如存储器访问指令丰富， 使程序设计灵活性较差
62CPU与外设间数据传送方式 计算机的外部设备通常有外存设备(如磁盘、光盘)、 输入设备(如键盘、鼠标)、输出设备(如显示器、打印 机)、办公设备(如扫描仪、绘图仪、数字化仪)、多媒 体设备、通信设备以及总线设备等。计算机接上某种外部 设备之后,计算机与外部设备之间就要进行数据交换。但 由于外部设备与存储器不同,它们用各自不同的速度在工 作,而且它们的工作速度相差很大,有些外部设备的工作 速度极高,有些则很低。因此需要用某种方法调整数据传 输时的定时,这种方法称为输入/输出控制。 输入/输出控制方式通常有四种方式,即程序传送方 式、中断传送方式、DMA传送方式和I/0处理机方式。其中 程序传送方式又可分为无条件传送方式和条件传送方式两 种
6.2 CPU与外设间数据传送方式 计算机的外部设备通常有外存设备（如磁盘、光盘）、 输入设备（如键盘、鼠标）、输出设备（如显示器、打印 机）、办公设备（如扫描仪、绘图仪、数字化仪）、多媒 体设备、通信设备以及总线设备等。计算机接上某种外部 设备之后，计算机与外部设备之间就要进行数据交换。但 由于外部设备与存储器不同，它们用各自不同的速度在工 作，而且它们的工作速度相差很大，有些外部设备的工作 速度极高，有些则很低。因此需要用某种方法调整数据传 输时的定时，这种方法称为输入/输出控制。 输入/输出控制方式通常有四种方式，即程序传送方 式、中断传送方式、DMA传送方式和I/O处理机方式。其中 程序传送方式又可分为无条件传送方式和条件传送方式两 种