第06章 IO接口和总线

第六章I/O接口和总线本章介绍1.I/O接口I/O接口的功能简单的输入输出接口芯片I/O端口及其寻址方式CPU与外设间的数据传送方式 PC机的I/O地址分配2.总线IBM PC总线AT总线或ISA总线6-1、I/O接口一．I/O接口的功能1.采用I/O接口的必要性计算机和外设之间的信息交换带来一些问题：速度不匹配信号电平不匹配信号格式不匹配时序不匹配因此I/O设备不能直接与CPU的系统总线相连，必须在CPU与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。

可编程输入输出接口芯片随着大规模集成电路技术的发展，出现了许多通用的可编程接口芯片，可用它们来方便地构成接口电路。

后面几章将介绍常见的可编程I/O接口芯片的原理、编程方法及与CPU的连接方法。

可编程中断控制器8259A可编程计数器/定时器8253可编程外围接口芯片8255A串行通信和可编程接口芯片8253AA/D和D/A转换芯片。

本章介绍最常用的简单I/O接口芯片,主要有缓冲器(Buffer)和锁存器(Latch)。

二、简单的输入输出接口芯片1.缓冲器74LS244和74LS245连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力。

在CPU或I/O接口电路需要输入输出数据时，在它的使能控制端EN（或G）作用一个低电平脉冲，使它的内部的各缓冲单元接通，即处在输出0或1的透明状态。

数据被送上总线。

当使能脉冲撤除后，它处于高阻态。

这时，各缓冲单元像一个断开的开关，等于将它所连接的电路从总线脱开。

74LS244和74LS245就是最常用的数据缓冲器。

除缓冲作用外，它们还能提高总线的驱动能力。

8个三态缓冲单元，分成两组，分别由门控信号为低电平时，数据传送；高电平时，输出高阻态。

单向缓冲器，只能从端。

OE 2.锁存器74LS3731. I/O端口1.数据端口（Data Port）用来存放CPU与外设之间交换的数据，长度一般为1-2个字节，主要起缓冲作用。

2.状态端口（Status Port）用来指示外设的当前状态。

完成传送，又分为： 无条件传送(同步)、条件传送（异步/查询传送）
中断传送—中断传送是一种效率更高的程序传送方式 直接存储器存取（DMA）—传送请求由外设向DMA控制器
（DMAC）提出，后者向CPU申请总线，最后DMAC利用系统总线来 完成外设和存储器间的数据传送 I/O处理机——CPU委托专门的I/O处理机来管理外设，完成传送 和相应的数据处理
三态 缓冲器
8001H
… …
锁 存 器
中断A 中断B 中断C
3. DMA传送方式
DMA (Direct Memory Access直接存储器存取) 方式是用硬件实现存储器与存储器之间、存储器 与I/O设备之间直接进行高速数据传送，不需要 CPU的干预，减少了中间环节，而且存储器地址 的修改和传送完成的报告均由硬件自动完成，所 以极大地提高了传送速度。
初始化程序段——设定芯片工作方式等 数据交换程序段——管理、控制、驱动外设，负责
外设和系统间信息交换
2. I/O端口的寻址方法
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式 I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间 如M6800
(1)I/O端口与存储器统一编址(存储器映象寻址方式)
优点：
不需要专门的I/O指令
I/O数据存取与存储器数 据存取一样灵活
缺点：
I/O端口要占去部分存储 器地址空间
FFFFF
存储器空间
内存 部分
程序不易阅读（不易分清 访存和访问外设）
00000
I/O 部分
⑵ I/O端口单独编址(I/O映象寻址方式)
(1)速度不匹配 (2)信号电平不匹配 TTL与非TTL (3)信号格式不匹配 8、16、32位；模、数；串、并； 电流、电压 (4)时序不匹配

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第六章
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第六章 I/O接口和总线
内容提要
6-1 I/O接口 一、I/O接口的功能 二、简单的输入输出芯片
三、I/O端口及其寻址方式
四、CPU与外设间的数据传送方式 五、I/O译码电路 6-2 总线
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第六章 I/O接口和总线
一． I/O接口的功能
1．采用I/O接口的必要性
CPU与外部设备交换信息的过程：在控制信号的作用下通过数据总 线来完成的。外部设备种类繁多，它们对所传输的信息的要求也各不相 同，计算机和外设之间的信息交换存在如下问题：
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6-1 I/O接口
【 I/O接口的功能】
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第六章 I/O接口和总线
内容提要
6-1 I/O接口 一、I/O接口的功能 二、简单的输入输出芯片
三、I/O端口及其寻址方式
四、CPU与外设间的数据传送方式 五、I/O译码电路 6-2 总线
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6-1 I/O接口
二． 简单的输入输出接口芯片
最常用的简单输入输出接口芯片主要有缓冲器(Buffer)和锁
(13) (14)
D
C Q D C Q
6O
7O
8D
(18) D C Q (19) 8O
G
(11) •
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第六章 I/O接口和总线
内容提要
6-1 I/O接口 一、I/O接口的功能 二、简单的输入输出芯片
三、I/O端口及其寻址方式
四、CPU与外设间的数据传送方式 五、I/O译码电路 6-2 总线
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外围设备 显示器 键盘
存储器
控制器
输入/输出 接口
鼠标 硬盘

? 不同的寄存器有不同的端口地址，即用地址访问 ? 端口由一个或多个寄存器组成 ? 接口由若干个端口加上相应的控制逻辑组成
2 I/O端口的寻址方式
? CPU 对外设访问实质上是对 IO 接口中的 端口进行 访问。为了区分接口电路的各个端口，系统为它们 各自分配了一个地址，称为 I/O 端口地址 ，通过译 码电路访问。
接口电路的结构
实现对CPU 数据总线速度 和驱动能力的匹配
DB 总线驱动
主 AB
地址译码
机 CB 控制逻辑
数据 缓冲器
状态 寄存器
控制 寄存器
数据信息
外 状态信息 设
控制信息
接CPU 一侧 接外设一侧
接口
端口
实现各寄存器端口
实现接口电路中的各寄存器端口的
Байду номын сангаас
寻址操作
读/写操作和时序控制
I/O端口
? 传送这三种信息的接口电路中的寄存器称为数据 端口、状态端口和控制（命令）端口
? 接口特点
? CPU的DB→I/O 接口(输出锁存器)→外设（CPU驱动LED） ? CPU的DB←I/O 接口(输入缓冲器)←外设（CPU读按键信
息）
无条件程序控制方式（二）
DB
AB M/IO RD WR
端口 译码
器
数据输入
缓冲器端
/G
口
数据输出
锁存器端
G
口
输入数据 输出数据
无条件程序控制方式（三）
………….. 处理K1 的程序
JMP
EXIT
………………….
程序查询输入方式 ( 条件传送方式 )
? 三种数据传送方式： ? 程序控制方式：无条件程序控制和程序查询 ? 中断控制方式 ? 直接存储器存取方式，DMA 方式