型计算机如 口技术 2 第5章输入/输出控制接口 西安交通大学计算机系 桂小林 2012年9月25日
1 第5章 输入/输出控制接口 西安交通大学计算机系 桂小林 2012年9月25日
接口技术 目录 5,1输入/输出接口的基本概念(1/2) 52输入/输出端口地址及编址方法(1/2) 53输入/输出控制的接口设计(重点1) 53中断控制接口芯片8259A(2 54DMA控制接口芯片8237A(2) 5.5定时器/计数器接口芯片8253(重点4) 桂小林 2
桂小林 2 目录 ◼ 5.1输入/输出接口的基本概念(1/2) ◼ 5.2 输入/输出端口地址及编址方法(1/2) ◼ 5.3 输入/输出控制的接口设计(重点1) ◼ 5.3 中断控制接口芯片8259A(2) ◼ 5.4 DMA控制接口芯片8237A (2) ◼ 5.5 定时器/计数器接口芯片8253(重点4)
概述 外设是通过输入/输出接口(简称I/O接口)与cPU(或主 机)交换数据信息。 输入/输出接口是连接外设与微处理器或单片机的桥梁,在 个完整的计算机系统中,其作用和地位必不可少、非常重 要 ■本章首先介绍计算机系统的输入/输出接口的基本概念、作 用,然后阐述输入/输出端口(简称I/O端口)的编址方式, 最后介绍输入/输出的传输控制方式及其常用芯片的原理与 方法。 1O接口 电路 DP 数据寄 子器 CPU 外设 态寄存器 探制寄存器 桂小林 3
桂小林 3 概述 ◼ 外设是通过输入/输出接口（简称I/O接口）与CPU（或主 机）交换数据信息。 ◼ 输入/输出接口是连接外设与微处理器或单片机的桥梁，在 一个完整的计算机系统中，其作用和地位必不可少、非常重 要。 ◼ 本章首先介绍计算机系统的输入/输出接口的基本概念、作 用，然后阐述输入/输出端口（简称I/O端口）的编址方式， 最后介绍输入/输出的传输控制方式及其常用芯片的原理与 方法
51输入/输出接口的基本概念 1、I/O接口的定义 完成各个外设和主机之间的同步与协调、工作速度的匹配和 数据格式转换的逻辑部件称为I/O接口(I/ O Interface)。 从功能上来说,微型计算机中的各种I/O控制器或设备控制 器(包括适配器或适配卡)都是I/o接口; 在大型机中的工/o模块就是担负大量复杂的外设控制任务的 通道或I/O处理器。 I/O接口是连接外设和主机的一个“桥梁”。I/O接口的外 设侧、主机侧各有一个接口。 主机侧的接口称为内部接口,外设侧的接口称为外部接口 内部接口通过系统总线和内存、cPU相连,而外部接口则通 过各种接口电缆(如,串行电缆、并行电缆、网线或SCsI 电缆等)将其连到外设上。 桂小林
桂小林 4 5.1输入/输出接口的基本概念 1、I/O接口的定义 ◼ 完成各个外设和主机之间的同步与协调、工作速度的匹配和 数据格式转换的逻辑部件称为I/O接口(I/O Interface)。 ◼ 从功能上来说，微型计算机中的各种I/O控制器或设备控制 器（包括适配器或适配卡）都是I/O接口； ◼ 在大型机中的I/O模块就是担负大量复杂的外设控制任务的 通道或I/O处理器。 ◼ I/O接口是连接外设和主机的一个“桥梁” 。I/O接口的外 设侧、主机侧各有一个接口。 ◼ 主机侧的接口称为内部接口，外设侧的接口称为外部接口， 内部接口通过系统总线和内存、CPU相连，而外部接口则通 过各种接口电缆（如，串行电缆、并行电缆、网线或SCSI 电缆等）将其连到外设上
2、I/O接口的功能 (1)数据缓冲: 主存和cPU寄存器的存取速度非常快,而外设速度则较低,所以在 o接口中引入数据缓冲寄存器,以达到主机和外设工作速度的匹配。 (2)错误或状态检测 ■提供状态寄存器,以保存各种状态信息供CPU查用 (3)控制和定时: 提供控制和定时逻辑,以接受从系统总线来的控制和定时信号。以协 调內部资源与外设间动作的先后关系,控制数据通信过程。 (4)数据格式转换: 提供数据格式转换部件(如:进行串-转换的移位寄器),使通 部接口得到的数据转换为内部接口需要的 (5)电平转换: cPU与I/0设备可能采用不同的电平,I/0接口则需要实现不同电平 之间的转换 桂小林 5
桂小林 5 2、I/O接口的功能 （1）数据缓冲： ◼ 主存和CPU寄存器的存取速度非常快，而外设速度则较低，所以在 I/O接口中引入数据缓冲寄存器，以达到主机和外设工作速度的匹配。 （2）错误或状态检测： ◼ 提供状态寄存器，以保存各种状态信息供CPU查用。 （3）控制和定时： ◼ 提供控制和定时逻辑，以接受从系统总线来的控制和定时信号。以协 调内部资源与外设间动作的先后关系，控制数据通信过程。 （4）数据格式转换： ◼ 提供数据格式转换部件（如：进行串-并转换的移位寄存器），使通 过外部接口得到的数据转换为内部接口需要的格式，或反之。 （5）电平转换： ◼ CPU与I/O设备可能采用不同的电平，I/O接口则需要实现不同电平 之间的转换
5.1.2输入/输出接口的逻辑结构 IO接口 数据 数据寄存器 DB 状态寄存器 IO CPU 控制寄存器 设备 AB T地址选与 控制 I/O接口一方面通过系统总线与CPU连接,另一方面又通过 通信总线与I/O设备连接,成为CPU与I/0设备之间交换信 息的桥梁。 CPU与I/o设备之间交换的有数据、控制、状态三种信息 分别通过/O接口内部的三种寄存器来完成。 桂小林 6
桂小林 6 5.1.2 输入/输出接口的逻辑结构 ◼ I/O接口一方面通过系统总线与CPU连接，另一方面又通过 通信总线与I/O设备连接，成为CPU与I/O设备之间交换信 息的桥梁。 ◼ CPU与I/O设备之间交换的有数据、控制、状态三种信息。 分别通过I/O接口内部的三种寄存器来完成
5.1.3输入/输出接口的分类 (1)按照与I/O设备的数据传送方式,可以分为并行接口和 串行接口,它们与I/0设备之间分别以并行和串行方式进行 数据传送; (2)按照通用性可以分为通用接口和专用接口。通用接口可 以适用于多种I/O设备,比如Inte8255A、Inte8251A 等接口电路。专用接口如Inte8279专门用于键盘和数码 管的接口电路,而Inte8275专门用于CRT显示器的接口 电路,实现刷新操作的定时控制; (3)按照可编程性可以分为可编程接口和不可编程接口。可 编程接口能够提供多种工作方式,根据具体应用通过软件编 程进行选择,适用范围较广,而不可编程接口则不具备这样 的性质。 (4)按数据传送的控制方式来分有程控式接口、中断式接口 和DMA式接口。 桂小林
桂小林 7 5.1.3 输入/输出接口的分类 （1）按照与I/O设备的数据传送方式，可以分为并行接口和 串行接口，它们与I/O设备之间分别以并行和串行方式进行 数据传送； （2）按照通用性可以分为通用接口和专用接口。通用接口可 以适用于多种I/O设备，比如Intel 8255A、Intel 8251A 等接口电路。专用接口如Intel 8279专门用于键盘和数码 管的接口电路，而Intel 8275专门用于CRT显示器的接口 电路，实现刷新操作的定时控制； （3）按照可编程性可以分为可编程接口和不可编程接口。可 编程接口能够提供多种工作方式，根据具体应用通过软件编 程进行选择，适用范围较广，而不可编程接口则不具备这样 的性质。 （4）按数据传送的控制方式来分有程控式接口、中断式接口 和DMA式接口
52输入/输出端口地址及编址方法 ■通常,I/O接口中三种信息由不同的寄存器传送, 如数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器 和控制寄存器(或命令寄存器),这些寄存器的读 写是通过不同的“端口地址”来区分的。 下面重点讲述端口地址的概念和编址方法。 IO接口 数据 数据寄存器 「状态寄存器 VO CPU [控制寄存器 没备 AB 地址选择与 控制 控制逻辑 CB 桂小林 8
桂小林 8 5.2 输入/输出端口地址及编址方法 ◼ 通常，I/O接口中三种信息由不同的寄存器传送， 如数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器 和控制寄存器（或命令寄存器），这些寄存器的读 写是通过不同的“端口地址”来区分的。 ◼ 下面重点讲述端口地址的概念和编址方法
5.2.2输入/输出端口地址的概念 ■端口地址(俗称I/o端口)是I/o接口电路中能被 cPU直接访问的寄存器的地址。 ■根据存放信息种类的不同,这些端口又分别称为数 据端口、控制端口和状态端口 每个端口通常对应一个寄存器 IO接口 数据 数据寄存器 「状态寄存器 VO CPU 控制寄存器 没备 AB 地址选择与 控制 控制逻辑 CB 桂小林 9
桂小林 9 5.2.2 输入/输出端口地址的概念 ◼ 端口地址（俗称I/O端口）是I/O接口电路中能被 CPU直接访问的寄存器的地址。 ◼ 根据存放信息种类的不同，这些端口又分别称为数 据端口、控制端口和状态端口。 ◼ 每个端口通常对应一个寄存器
由于有的端口寄存器存放的二进制信息专门用来被 cPU读取,有的寄存器用于专门接收cPU发出来的 数据,因此,被CPU访问的寄存器端口地址又分为 输入端口和输出端口,故称为I/O端口 ■计算机系统给I/O接口电路中的每个寄存器分配 个端口,即给每个寄存器分配一个地址。当CPU访 问这些寄存器时,就执行I/O指令。 LO 接 数据 数据寄存器 DE 状态寄存器 CPU 控制寄存器 设备 AB 地址选择与 控制 控制逻辑 桂小林 CB 10
◼ 由于有的端口寄存器存放的二进制信息专门用来被 CPU读取，有的寄存器用于专门接收CPU发出来的 数据，因此，被CPU访问的寄存器端口地址又分为 输入端口和输出端口，故称为I/O端口。 ◼ 计算机系统给I/O接口电路中的每个寄存器分配一 个端口，即给每个寄存器分配一个地址。当CPU访 问这些寄存器时，就执行I/O指令。 桂小林 10