第五章 输入、输出与接口技术.ppt

5.1 i/o接口概述 什么是输入/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、CRT显示器、打印机、X-Y绘图仪等则是最常见的输出设备。亦即能够完成输入/输出操作的设备就叫输入/输出设备，简称外设或I/O设备。 输入/输出设备与CPU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、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，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：CPU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，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：CPU所使用的信号都是TTL电平，而外设大多是复杂的机电设备，往往不能用TTL电平所驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。 (3)信号格式不匹配：CPU系统总线上传送的通常是8位、16位或32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，而有些则用并行方式。 (4)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CPU时序不一致。 什么是输入/输出接口？ 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的设备。这种设备，我们叫做I/O接口(interface)。 5.2 i/o接口的基本功能 为了使CPU能适应各种各样的外设，就需要在CPU与外设之间增加一个接口电路，由它完成相应的信号转换、速度匹配、数据缓冲等功能，以实现CPU与外设的连接，完成相应的输入输出操作。 一个接口的基本作用是在系统总线和I/O设备之间架起一座桥梁，以实现CPU与I/O设备之间的信息传输。 5.2.2接口的组成： 尽管不同功能的接口实际电路差别很大，但逻辑上都包括控制部件、状态寄存器、数据寄存器与缓冲电路等,如下图 5.3 CPU与i/o端口的数据传输方式 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CPU、存储器和I/O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，微机系统中的数据传送的控制方式主要有软件传送方式(程序控制方式)和硬件传送方式(主要是DMA直接存储器存取)方式。其中，程序控制方式又包括：无条件传送方式、查询传送方式和中断传送方式。 无条件传送方式 无条件传送方式也称为同步传送方式，主要用于对简单外设进行操作，或者外设的定时是固定的或已知的场合。也就是说，这类外设在任何时刻均已准备好数据或处于接收数据状态，或者在某些固定时刻，它们处在数据就绪或准备接收状态，因此程序可以不必检查外设的状态，而在需要进行输入或输出操作时，直接执行输入输出指令。 无条件传送方式一般用于控制CPU与低速接口之间的信息交换.例如开关、温度、压力流量等(A/D)转换器。由于这些信号变换缓慢，当需要采集这些数据时，外设已经将数据准备就绪了，因此无需检查端口的状态，就可以立即采集数据。由于数据保持时间相对于CPU的处理时间长得多，故输入端可直接用输入缓冲器与CPU的数据总线相连。若外设是输出设备，一般要求接口有锁存能力，也就是CPU送给外设的数据应该在接口中保持一段时间，其原因是外设的速度较慢，所以要求CPU送到接口的数据能保持到外设动作相适应的时间。 无条件传送方式 【例5-1】图中外设是简单的发光二极管。此外设的接口是用锁存器来实现的。锁存器在打入脉冲CP上升沿将输入端D的数据锁存在它的输出Q端。编写点亮二极管的程序。 （端口地址为0000H） 无条件传送方式 【例6-2】类似于例6-1中，让接在Q0～Q7上的二极管自上而下轮流点亮3s，编写程序实现。 MOV AL,01H ;使Q0为1，LED0先亮 MOV DX,0000H LOP: OUT DX,AL ;将信息送0000H端口 CALL DELAY ;调用延时3S子程序 ROL AL,1 ;小循环左移1位 JMP LOP ;循环点亮LED 查询传送方式 查询传送也称条件方式