东南大学：《现代微机原理与接口技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第2章 输入输出与接口技术

现代微机原颯与接口米 第2章输入输出与接口技术 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 1 第2章 输入输出与接口技术

现代微机原理与接口米 21接口概述 2.1I/O接口基本概念 1.为什么要引入接口 微机和IO设备的信息类型和格式可能不一样。 微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配 不用接口,IO直接接CPU,随着外设增加,会 大大降低CPU的效率。 I/O直接接CPU,会使外设硬件结构过于依赖CPU 对外设本身发展不利 Department of Computer Science Engineering 2 算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 2 2.1 接口概述 2.1.1 I/O接口基本概念 1.为什么要引入接口 • 微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样。 • 微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。 • 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会 大大降低CPU的效率。 • I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖CPU ，对外设本身发展不利

2.接口的概念 现代微机原与换口水 内存 CPU 内存接口 电源 系统总线 用户交互接口 外存接口 通信接口 测控接口 键盘、鼠标、显示器、 磁盘机 终端 ADC 打印机、声音输入输 磁带机 MODE DAC 出、图形输入、视频输 光盘机 电传机 数字化仪器 入输出 定义:接口是CPU与“外部世界”的连接电路,负责 “中转”各种信息。 分类:存储器接口和ⅣO接口。 位置:介于系统总线与外部设备之间 计算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 3 定义：接口是CPU与“外部世界”的连接电路，负责 “中转”各种信息。 2.接口的概念 分类：存储器接口和I/O接口。 位置：介于系统总线与外部设备之间

现代微机原理与接口米 3JO接口与O设备 不同O设备对应O接口不同。 IO接口受CPU控制,O设备受ⅣO接口控制。 为增加通用性,IO接口电路一般均具有可编程功能。 微机的应用离不开外部设备接口的设计、选用和连接。 可能是单向的 数据 数据 CPU[控制信号」接 控制信号外设 状态信号 状态信号 Department of Computer Science Engineering 4 计算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 4 3.I/O接口与I/O设备 不同I/O设备对应I/O接口不同。 I/O接口受CPU控制，I/O设备受I/O接口控制。 为增加通用性，I/O接口电路一般均具有可编程功能。 微机的应用离不开外部设备接口的设计、选用和连接。 CPU 接口 外设 数据 数据 控制信号 控制信号 状态信号 状态信号 可能是单向的

现代微机原理与接口米 212、O接口功能 数据缓冲功能:通过寄存器或锁存器实现。 存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口 接受和执行CPU命令功能: 存放CPU命令代码的寄存器称之为命令口, 存放执行状态信息的寄存器称之为状态口。 设备选择功能:CPU通过地址译码选择不同外设。 即CPU通过地址译码选择不同ⅠO接口和O接囗中 连接的不同的设备。 信号转换功能:协调总线信号与IO设备信号。 转换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换 可编程功能:增加接口的灵活性和智能性 Department of Computer Science Engineering 「计算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 5 2.1.2、I/O接口功能 数据缓冲功能：通过寄存器或锁存器实现。 存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口。 接受和执行CPU命令功能： 存放CPU命令代码的寄存器称之为命令口， 存放执行状态信息的寄存器称之为状态口。 设备选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。 即CPU通过地址译码选择不同I/O接口和I/O接口中 连接的不同的设备。 信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。 转换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。 可编程功能：增加接口的灵活性和智能性

现代微机原颯与接口米 1.13、I/O接口组成 接口由接口硬件和接口软件组成。 核心部分 1.接口硬件 控制寄存器 系统数据总线数据 总线KH 输出缓冲 缓冲 寄存器 CPU 控制总线 内部 输入缓冲 控制 寄存器 逻辑 状态寄存器 端口 系统地址总地址 地址 总线 译码 緩冲 联络 控制逻辑 net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 6 1.1.3、I/O接口组成 接口由接口硬件和接口软件组成。 1.接口硬件 核心部分

CPU侧引脚信号 现代微机原理与接口米 地址信号:选择ⅣO接口中的不同寄存器; 数据信号:命令或数据写入到相应寄存器,或者从相 关寄存器读出数据或状态; 控制信号:控制命令的执行、时序、信号同步和片选; 状态信号:接口的部分工作状态信号。 外设侧引脚信号: 数据信号:接口缓冲寄存器与外设间的数据交换; 状态信号:外设工作状态送给接口的状态寄存器; 控制信号:接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制 信号和同步信号。 内部控制逻辑: 根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外 设状态信是控制O接回的工作。 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 7 CPU侧引脚信号： 外设侧引脚信号： 数据信号：接口缓冲寄存器与外设间的数据交换； 状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器； 控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制 信号和同步信号。 地址信号：选择I/O接口中的不同寄存器； 数据信号：命令或数据写入到相应寄存器，或者从相 关寄存器读出数据或状态； 控制信号：控制命令的执行、时序、信号同步和片选； 状态信号：接口的部分工作状态信号。 内部控制逻辑： 根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外 设状态信号控制I/O接口的工作

现代微机原理与接口米 常见接口插槽 串行口 PS2鼠标10100M网卡 并行口 MID游戏接口 …8a 0 GRE PS2键盘 麦克风/音箱 /线入接口 USB 1394a 千兆网 显示器接口 Department of Computer sci1! ineering 计算机科 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 8 常见接口插槽 PS2鼠标 PS2键盘 千兆网 10/100M网卡 USB 并行口 MIDI/游戏接口 显示器接口 1394 1394a 麦克风/音箱 /线入接口 串行口

现代微机原颯与接口米 2接口软件(设备驱动程序) 初始化程序段:设置接口工作方式及初始条件。 传送方式处理程序段:CPU针对不同的ⅣO设备有不同 的处理方式。如设置中断向量等 主控程序段:完成接口任务的程序。 程序终止与退出程序段:对接口电路硬件保护及操作 系统中数据恢复。 辅助程序段:提供人机对话手段。 Department of Computer Science Engineering 算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 9 2.接口软件（设备驱动程序） 初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件。 传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O设备有不同 的处理方式。如设置中断向量等。 主控程序段：完成接口任务的程序。 程序终止与退出程序段：对接口电路硬件保护及操作 系统中数据恢复。 辅助程序段：提供人-机对话手段

现代微机原颯与接口米 22数据传输控制方式 221程序控制方式 1.无条件传送方式 特点:I时假设外设已准备好,O时假设外设空闲。 要求:接口时加缓冲器,O时加锁存器。 应用:对简单外设的操作。 2条件传送方式(查询方式) 工作原理:CPU查询外设已准备好后,才传送数据。 特点:CPU与外设间自然同步。 要求:需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。 应用:适用在CPU不太忙且传送速度要求不高时 Department of Computer Science Engineering 10 「计算机科学与工程系 http://qsyangyeah.net

http://qsyang.yeah.net 现代微机原理与接口技术 10 2.2 数据传输控制方式 2.2.1 程序控制方式 1. 无条件传送方式 特点：I时假设外设已准备好，O时假设外设空闲。 要求：接口I时加缓冲器，O时加锁存器。 应用：对简单外设的操作。 2.条件传送方式（查询方式） 工作原理：CPU查询外设已准备好后，才传送数据。 特点：CPU与外设间自然同步。 要求：需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。 应用：适用在CPU不太忙且传送速度要求不高时