《微机原理与接口技术》输入输出接口及数据传输(备用)精讲.ppt
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1、微型计算机原理及其应用微型计算机原理及其应用 输入输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1.输入输入/输出接口功能输出接口功能2.CPU和输入输出设备间的信号和输入输出设备间的信号3.接口部件的接口部件的I/O端口和寻址方式端口和寻址方式4.CPU和外设间的数据传送方式和外设间的数据传送方式2第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1.输入输入/输出接口功能输出接口功能2.CPU和输入输出设备间的信号和输入输出设备间的信号3.接口部件的接口部件的I/O端口和寻址方式端口和寻址方式4.CPU和外设间的数据传
2、送方式和外设间的数据传送方式3第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输接口功能接口功能什么是输入什么是输入/输出设备?输出设备?计算机有各种用途,但不论用于何种场合,都离不开计算机有各种用途,但不论用于何种场合,都离不开信息处理。所处理的信息,均要由输入设备提供,而处理信息处理。所处理的信息,均要由输入设备提供,而处理后的结果数据,则要送给输出设备,以各种形式报告给用后的结果数据,则要送给输出设备,以各种形式报告给用户。例如,键盘、鼠标器、磁盘和扫描仪等是大家熟悉的户。例如,键盘、鼠标器、磁盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备,而磁盘、输入设备,而磁盘、CRT显示器、打印机、
3、显示器、打印机、X-Y绘图仪等绘图仪等则是最常见的输出设备。则是最常见的输出设备。亦即能够完成输入亦即能够完成输入/输出操作的输出操作的设备就叫输入设备就叫输入/输出设备,简称外设或输出设备,简称外设或I/O设备。设备。4第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输接口功能接口功能输入输入/输出设备与输出设备与CPU信息交换时有什么问题?信息交换时有什么问题?外部设备种类繁多,从工作原理来讲,可分为机械式、电动式、外部设备种类繁多,从工作原理来讲,可分为机械式、电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求也各不相同,电子式和其它形式等几类。它们对所传输的信息的要求
4、也各不相同,这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题:这就给计算机和外设之间的信息交换带来以下一些问题:(1)速度不匹配速度不匹配:CPU的速度很高,而外设的速度要低得多,而且不同的的速度很高,而外设的速度要低得多,而且不同的外设速度差异甚大,它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘,外设速度差异甚大,它们之中既有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘,也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。(2)信号电平不匹配信号电平不匹配:CPU所使用的信号都是所使用的信号都是TTL电平,而外设大多是复电平,而外设大多是复杂的机电设
5、备,往往不能用杂的机电设备,往往不能用TTL电平所驱动,必须有自己的电源系统电平所驱动,必须有自己的电源系统和信号电平。和信号电平。(3)信号格式不匹配信号格式不匹配:CPU系统总线上传送的通常是系统总线上传送的通常是8位、位、16位或位或32位的位的并行数据,而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是并行数据,而各种外设使用的信息格式各不相同。有些设备上用的是模拟量,而有些是数字量或开关量;有些设备上的信息是电流量,而模拟量,而有些是数字量或开关量;有些设备上的信息是电流量,而有些却是电压量,有些设备采用串行方式传送数据,而有些则用并行有些却是电压量,有些设备采用串行方式传送数据,而
6、有些则用并行方式。方式。(4)时序不匹配时序不匹配:各种外设都有自己的定时和控制逻辑,与计算机的各种外设都有自己的定时和控制逻辑,与计算机的CPU时序不一致。时序不一致。5第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输接口功能接口功能什么是输入什么是输入/输出接口?输出接口?因此,要实现外部设备与主机之间的连接因此,要实现外部设备与主机之间的连接(connection)和信息交换,必须经过一个数据转换和传输和信息交换,必须经过一个数据转换和传输的设备。这种设备,我们叫做的设备。这种设备,我们叫做I/O接口接口(interface)。6第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输
7、输出接口和数据传输接口功能接口功能输入输入/输出接口及其功能输出接口及其功能 I/O接口:接口:I/O接口是指把外设同微型计算接口是指把外设同微型计算机连接起来实现数据传送的中间控制电路。机连接起来实现数据传送的中间控制电路。接口的功能有:接口的功能有:(1)数据格式转换功能数据格式转换功能(串串/并转换并转换);(2)联络功能联络功能(协调数据传送的状态信息协调数据传送的状态信息);(3)速度匹配功能;速度匹配功能;(4)寻址功能;寻址功能;7第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1.输入输入/输出接口功能输出接口功能2.CPU和输入输出设备间的信号和输入输出设备间的
8、信号3.接口部件的接口部件的I/O端口和寻址方式端口和寻址方式4.CPU和外设间的数据传送方式和外设间的数据传送方式8第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输CPUCPU和和I/OI/O设备间的信号设备间的信号CPU和外设之间需要交换三种信息和外设之间需要交换三种信息1.数据信息:数据信息:送入送入CPU进行加工处理的信息或输出到外设的运算结果。进行加工处理的信息或输出到外设的运算结果。数字量:数字量:通常由键盘、磁盘驱动器等读入的信息,或由通常由键盘、磁盘驱动器等读入的信息,或由CPU送给打印机、送给打印机、磁盘驱动器、显示器或绘图仪的信息。它们是二进制形式数据或磁盘驱
9、动器、显示器或绘图仪的信息。它们是二进制形式数据或ASCII码码表示的数据及字符。表示的数据及字符。模拟量:模拟量:当微型计算机用于控制时,多数情况下的输入信息是现场连续当微型计算机用于控制时,多数情况下的输入信息是现场连续变化的物理量,它们常常需要被转化成电压或电流信号,然后进行模拟变化的物理量,它们常常需要被转化成电压或电流信号,然后进行模拟/数字数字(A/D)转换,变成数字量,送入计算机。相反,输出控制时又要将数转换,变成数字量,送入计算机。相反,输出控制时又要将数字量转换成模拟量字量转换成模拟量(D/A)来驱动被控对象。来驱动被控对象。开关量:开关量:开关量可以表示两个状态,如开关的通
10、、断,电机的启动和停开关量可以表示两个状态,如开关的通、断,电机的启动和停止等。常常可以把一组开关量组成一个数字量,以便于计算机的处理。止等。常常可以把一组开关量组成一个数字量,以便于计算机的处理。2.控制信息:控制信息:是是CPU发出的,用以控制外设的工作方式或外设的启动和发出的,用以控制外设的工作方式或外设的启动和停止。停止。3.状态信息:状态信息:反映了外设当前所处的工作状态,是外设通过接口送给反映了外设当前所处的工作状态,是外设通过接口送给CPU的信号。的信号。9第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输CPUCPU和和I/OI/O设备间的信号设备间的信号CPU和外
11、设之间需要交换三种信息和外设之间需要交换三种信息 CPU与外设之间不是直接交换数据、控制、状态信息,而是通与外设之间不是直接交换数据、控制、状态信息,而是通过接口间接传送的。以上三种信息在形式上都是二进制代码,它们都过接口间接传送的。以上三种信息在形式上都是二进制代码,它们都是通过是通过DB来传送的,分别放在接口内的不同端口中。而接口对来传送的,分别放在接口内的不同端口中。而接口对DB上上数据识别其类型是根据相应的端口地址来进行。数据识别其类型是根据相应的端口地址来进行。10第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1.输入输入/输出接口功能输出接口功能2.CPU和输入输出
12、设备间的信号和输入输出设备间的信号3.接口部件的接口部件的I/O端口和寻址方式端口和寻址方式4.CPU和外设间的数据传送方式和外设间的数据传送方式11第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输I/OI/O端口和寻址方式端口和寻址方式接口部件的接口部件的I/O端口端口 CPU与外设通信时,传送的信息主要包括数据信息、状态信息和与外设通信时,传送的信息主要包括数据信息、状态信息和控制信息。在接口电路中,这些信息分别进入不同的寄存器,通常将控制信息。在接口电路中,这些信息分别进入不同的寄存器,通常将这些寄存器和它们的控制逻辑统称为这些寄存器和它们的控制逻辑统称为I/O端口端口。即
13、:。即:I/O端口:端口:是指是指I/O接口中接口中CPU可以读可以读/写的寄存器。一般接口通常有数写的寄存器。一般接口通常有数据端口、控制端口、状态端口。据端口、控制端口、状态端口。数据端口:数据端口:数据端口是用来存放外设送往数据端口是用来存放外设送往CPU的数据或的数据或CPU要输出到外要输出到外设去的数据。这些数据是主机和外设之间交换的最基本的信息,长度一设去的数据。这些数据是主机和外设之间交换的最基本的信息,长度一般为般为1-2字节,数据端口主要起数据缓冲的作用。字节,数据端口主要起数据缓冲的作用。状态端口:状态端口:状态端口是用来指示外设的当前状态。每种状态用状态端口是用来指示外设
14、的当前状态。每种状态用1位表示,位表示,每个外设可以有几个状态位,它们可由每个外设可以有几个状态位,它们可由CPU读取,以测试或检查外设的读取,以测试或检查外设的状态,决定程序的流程。状态,决定程序的流程。控制端口:控制端口:它用来存放它用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字,以便控制向接口发出的各种命令和控制字,以便控制接口或设备的动作。常见的命令信息位有启动位、停止位、允许中断位接口或设备的动作。常见的命令信息位有启动位、停止位、允许中断位等。接口芯片不同,控制字的格式和内容是各不相同的,常见的控制字等。接口芯片不同,控制字的格式和内容是各不相同的,常见的控制字有方式选择控制字,操作命
15、令字等。有方式选择控制字,操作命令字等。12第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输I/OI/O端口和寻址方式端口和寻址方式I/O端口的寻址方式端口的寻址方式 CPU对外设的访问实质上是对对外设的访问实质上是对I/O接口电路中相应的接口电路中相应的端口进行访问,因此和存储器那样,也需要由译码电路来端口进行访问,因此和存储器那样,也需要由译码电路来形成形成I/O端口地址。端口地址。I/O端口的编址方式有两种:端口的编址方式有两种:存储器映存储器映象编址方式象编址方式和和独立编址方式。独立编址方式。存储器映像编制方式:存储器映像编制方式:在这种编址方式中,将外设接口地在这种编
16、址方式中,将外设接口地址和内部存储器地址统一安排在内存的地址空间中。即把址和内部存储器地址统一安排在内存的地址空间中。即把内存地址分配给外设,由外设来占用这些地址。用于外设内存地址分配给外设,由外设来占用这些地址。用于外设的这些地址,存储器不能再使用。的这些地址,存储器不能再使用。独立编制方式:独立编制方式:在这种编址方式中,内存地址空间和外设在这种编址方式中,内存地址空间和外设地址空间是相互独立的。例如,在地址空间是相互独立的。例如,在8086CPU8086CPU中,内存地址中,内存地址是连续的是连续的1M1M字节,从字节,从00000H00000HFFFFFHFFFFFH,而外设的地址范围
17、,而外设的地址范围从从0000H0000HFFFFHFFFFH。它们相互独立,互不影响。它们相互独立,互不影响。13第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输I/OI/O端口和寻址方式端口和寻址方式I/O端口的寻址方式端口的寻址方式 存储存储单元单元存储器映像编址存储器映像编址I/O端口端口2201M内存单元内存单元21664KI/O端口端口独立编址方式独立编址方式14第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输1.输入输入/输出接口功能输出接口功能2.CPU和输入输出设备间的信号和输入输出设备间的信号3.接口部件的接口部件的I/O端口和寻址方式端口和寻址
18、方式4.CPU和外设间的数据传送方式和外设间的数据传送方式15第七章:输入第七章:输入/输出接口和数据传输输出接口和数据传输数据传送方式数据传送方式 在计算机的操作过程中,最基本的最大量的在计算机的操作过程中,最基本的最大量的操作是数据传送。在微机系统中,数据主要在操作是数据传送。在微机系统中,数据主要在CPU、存储器和、存储器和I/O接口之间传送,在数据传送过接口之间传送,在数据传送过程中,关键问题是数据传送的控制方式,微机系程中,关键问题是数据传送的控制方式,微机系统中的数据传送的控制方式主要有统中的数据传送的控制方式主要有软件传送方式软件传送方式(程序控制方式程序控制方式)和和硬件传送方
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