04第四章 IO接口与总线

读操作
初始 状态
xxxxx xxx
医学PPT
18
3）程序流程图（主发送模式） IICCON=1010000b（控制设置） IICDS=1010000b(从机地址数据)
IICSTAT=1111000b(启动发送数据)
医学PPT
19
4.3 USB总线（Universal Serial Bus，通用串行总线） USB是由Compaq、HP、Intel、Lucent、Microsoft、NEC 和Philips等公司制定的连接计算机与外围设备的总线。
第4章 总线接口设计
总线： 器件和器件之间的公共连线，用于数据、命令的传输。
医学PPT

4.1 通用I/O端口 1、通用I/O端口结构（GPIO）
医学PPT
2
GPIO端口： PORT数据寄存器、DDR数据方向寄存器。
DDR方向寄存器： 输出：置“1”，输出数据； 输入：置“0”，输入数据。
117个GPIO端口： 1个23位的Port A； 2个11位的Port B、H； 3个16位的Port C、D、E、G； 1个 8位的Port F。
医学PPT
6
2、I2C总线的4种操作模式：
①主发送器模式——输出时钟信号SCL，发送数据；
SCL
主机 MPU
SDA
器件 从机
②主接收器模式——输出时钟信号SCL，接收数据；
SCL
主机 MPU
SDA
器件 从机
③从发送器模式——输入时钟信号SCL，发送数据； ④从接收器模式——输入医时学P钟PT 信号SCL，接收数据。7
读0：I2C总线不忙； 写0：产生I2C总线停止信号； 读1：I2C总线忙； 写1：产生I2C总线启动信号

在进行DMA数据传送之前，DMA控制器会向CPU申请总线控制 权，CPU如果允许，则将控制权交出，因此，在数据交换时，总线控制权由DMA控制器掌握，在传输结束后，DMA控制器将总线控制权交还给CPU
（2）I/O接口控制卡
有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。
按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。
2、接口的功能
由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：
（2）能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；
（3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；
（4）协调时序差异；
（5）地址译码和设备选择功能；
（6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。
3、接口的控制方式
CPU通过接口对
这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。
这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低
一、I/0接口的概念
1、接口的分类
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和 外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：
（1）I/O接口芯片
这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时／计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。

1
X
X
与内部线路间为高阻态
三、 I/O端口及其编址方式
1.I/O端口 I/O端口是外设接口电路中CPU访问的寄存器。 CPU通过对端口的访问来实现对外设的访问。 根据所存内容不同，接口电路包含以下几种端口： ① 数据端口：存放外设与CPU之间要交换的数据， 通常为1个字节或1个字。 ② 状态端口：存放外设的当前状态，通常有准备好、 出错、忙等。 ③ 命令端口：也叫控制端口，存放CPU对接口电路 的行为逻辑的控制信息，通常有方式控制字、操 作控制字。
（2） DMA工作原理
CPU 地址总线 地址总线 存 储 器
数据总线
控制总线 HLDA HOLD
数据总线 控制总线
外
HLDA HRQ 控制总线
DREQ DACK
DMAC
设
（2） DMA工作原理



外设通过DREQ向DMAC请求DMA操作，DMAC 据此向CPU发出HREQ信号。 CPU收到HOLD信号，执行完当前指令，进入总 线响应周期，释放总线——使CPU内部与三总线 之间处于高阻状态，并给出总线保持应答HLDA。 DMAC收到HLDA以后，接管总线——撤销其内 部电路与三总线的高阻状态，向存储器输出地址 信息，制定传送数据单元，发DACK到外设。 外设收到DACK后，即准备好收发数据。 DMAC控制数据传送过程。 传送完毕，DMAC撤销HREQ，CPU接管总线， 撤销HLDA，DMAC再撤销DACK，结束。
四、 CPU与外设间的数据传输方式
2.DMA方式 (1)、DMA方式的提出 在程序控制方式下，外设与内存之间的数据交换 要通过累加器中转，至少需要一条IN/OUT指令与 一条MOV指令，还有修改指针、计数器的指令， 不可能快速传递。 在大多数系统中，硬件操作速度远高于指令执行 时间，若不经过CPU中转，在内存与外设之间直 接传送数据，则可获得很高的传送速度，称为直 接存储器存取方式。 DMA方式常用于与高速外设之间一次传送大量数 据的场合，如磁盘操作，需要DMA控制器才实现。

IO口控制方式
1
程序控制方式
通过编程来控制IO口的状态和操作，灵活
直接控制方式
2
性高。
通过物理连接来控制IO口的状态和操作，
简单直接。
3
中断控制方式
通过处理中断信号来响应外部设备的输 入或输出操作，实时性高。
常见IO接口概述
Universal Serial Bus (USB)
USB是一种用于计算机与外部设 备之间数据传输和连接的通用接 口标准。
《IO接口与总线》PPT课 件
欢迎来到《IO接口与总线》PPT课件。本课程将介绍IO接口的定义、IO口与总 线的区别、IO口的通信和控制方式，以及常见IO接口和总线的概述。
IO接口定义
1 什么是IO接口?
IO接口是计算机系统中用 于与外部设备进行数据交 换的接口。
2 IO接口的作用
IO接口充当计算机和外部 设备之间的桥梁，使得计 算机可以与外部设备进行 通信和控制。
3 常见的IO接口
常见的IO接口包括USB、 HDMI、VGA、Serial等。
IO口通信方式
并行通信
并行通信通过同时发送多个数 据位来实现更高的通信速度。
串行通信
串行通信逐位地发送数据，适 用于长距离传输和高噪音环境。
同步通信
同步通信使用时钟信号来协调 发送和接收数据，在数据传输 过程中保持一致性。
1 什么是总线?
总线是计算机内部各个组件之间传输数据的公共通道。
2 总线的分类
常见的总线包括数据总线、地址总线和控制总线，用于传输数据、地址和控制信号。
3 常见的总线类型
常见的总线类型包括ISA总线、PCI总线、USB总线等。
总线通信方式
1ห้องสมุดไป่ตู้