北京大学：《微机原理 Microcomputer Principle 微机与接口技术》电子课件_第十二讲 输入输出接口（I/O接口的基本概念、I/O控制方式、DMA接口技术）

《微机原理A》 第十二讲:输入/输出接口 主讲老师:王克义

《微机原理A》 第十二讲：输入 /输出接口 主讲老师：王克义

公 本讲主要内容 O接口的基本概念 1O控制方式 DMA接口技术

本讲主要内容 • I/O接口的基本概念 • I/O控制方式 • DMA接口技术

公 6.1O接口的基本概念 1.Wo接口的基本功能 (1)数据缓冲 (2)提供联络信息 (3)信号与信息格式的转换 (4)设备选择 (5)中断管理 (6)可编程功能

6.1 I/O接口的基本概念 1. I/O接口的基本功能 (1) 数据缓冲 (2) 提供联络信息 (3) 信号与信息格式的转换 (4) 设备选择 (5) 中断管理 (6) 可编程功能

公 2.I/O接口的基本结构 ·1O接口的基本结构如图61所示。 /O接口 数据总线/|数据输入寄存器 数据输出寄存器 地址总线 cpu 状悉寄存器 外围设备 控制总线 控制寄存器 中断控制逻辑 图6.1MO接口的基本结构

• I/O接口的基本结构如图6.1所示。 cpu 外 围 设 备 数据输入寄存器 数据输出寄存器 状态寄存器 控制寄存器 中断控制逻辑 数据总线 地址总线 控制总线 图6.1 I/O 接口的基本结构 I/O接口 2. I/O接口的基本结构

公 3.O端口的编址方式 ·输入输出接口包含一组称为O端口的寄存器。为了让 cPU能够访问这些MO端口,每个MO端口都需有自己的端 口地址(或端口号)。 ·在一个微型计算机系统中,如何编排这些O接口的端口 地址,即所谓ⅣO端口的编址方式。 常见的O端口编址方式有两种 种是O端口和存储器统一编址,也称存储器映像的 O( Memory Mapped lO)方式; 另一种是ⅣO端口和存储器分开编址,也称O映像的 O( O Mapped /O方式

• 输入输出接口包含一组称为I/O端口的寄存器。为了让 CPU能够访问这些I/O端口，每个I/O端口都需有自己的端 口地址(或端口号)。 • 在一个微型计算机系统中，如何编排这些I/O接口的端口 地址，即所谓I/O端口的编址方式。 • 常见的I/O端口编址方式有两种: 一种是I/O端口和存储器统一编址，也称存储器映像的 I/O(Memory Mapped I/O)方式； 另一种是I/O端口和存储器分开编址，也称I/O映像的 I/O(I/O Mapped I/O)方式。 3. I/O端口的编址方式

公 (1)I/o端口和存储器统一编址 ( Memory-mapped I/O) I/O端口和存储器统一编址的地址空间分布情况如图6.2所示。 O端口 O地址空间 整个地址空间 存储单元 存储器地址空间 图62Jo端口和存储器统一编址

I/O 端口 存储单元 I/O 地址空间 存储器地址空间 整个地址空间 图6.2 I/O 端口和存储器统一编址 (1) I/O端口和存储器统一编址 • (Memory-mapped I/O) I/O端口和存储器统一编址的地址空间分布情况如图6.2所示

公 这种编址方式的优点是,可以用访向存储器的指 令来访问O端口,而访问存储器的指令功能比较 强,不仅有一般的传送指令,还有算术、逻辑运 算指令,以及各种移位、比较指令等,并且可以 实现直接对ⅣO端口内的数据进行处理。 ·例如,若一个存储器映像的I/0端口地址为3000H, 则可以直接用指令 ADD AL,DS:[3000H]”对端 口的内容进行算术运算

• 这种编址方式的优点是，可以用访向存储器的指 令来访问I/O端口，而访问存储器的指令功能比较 强，不仅有一般的传送指令，还有算术、逻辑运 算指令，以及各种移位、比较指令等，并且可以 实现直接对I/O端口内的数据进行处理。 • 例如，若一个存储器映像的I/O端口地址为3000H, • 则可以直接用指令“ADD AL, DS:［3000H］”对端 口的内容进行算术运算

公 缺点是: ·由于O端口占用了一部分存储器地址空间,因而 使用户的存储地址空间相对减小; ·另外,由于利用访问存储器的指令来进行O操 作,指令的长度通常比单独O指令要长,因而指 令的执行时间也较长 ·微处理器Mc6800系列、6502系列以及Mc680X0 系列采用这种编址方式

• 缺点是： • 由于I/O端口占用了一部分存储器地址空间，因而 使用户的存储地址空间相对减小； • 另外，由于利用访问存储器的指令来进行I/O操 作，指令的长度通常比单独I/O指令要长，因而指 令的执行时间也较长。 • 微处理器MC6800系列、6502系列以及MC680x0 系列采用这种编址方式

公 (2)I/O端口和存储器单独编址(I/o- mapped I/o I/O端口和存储器单独编址的地址空间分布如图63所示。 存储单元 存储地址空 间 O端口 O地址空间 图6.310端口和存储器单独编址

存储单元 存储地址空 间 I/O 端口 I/O 地址空间 图6.3 I/O 端口和存储器单独编址 (2) I/O端口和存储器单独编址(I/O- mapped I/O) I/O端口和存储器单独编址的地址空间分布如图6.3所示

公 这种编址方式的优点是: 第一,1O端口不占用存储器地址,故不会减少用 户的存储器地址空间; 第二,单独O指令的地址码较短,地址译码方 便,1/O指令短,执行速度快; 第三,采用单独的ⅣO指令,使程序中MO操作和其 他操作层次清晰,便于理解

• 这种编址方式的优点是： 第一，I/O端口不占用存储器地址，故不会减少用 户的存储器地址空间； 第二，单独I/O指令的地址码较短，地址译码方 便，I/O指令短，执行速度快； 第三，采用单独的I/O指令，使程序中I/O操作和其 他操作层次清晰，便于理解