第7章 输入输出概述

7.1 I/O接口概述
7.1.1 I/O接口的作用
1. I/O接口
微处理器与存储器构成了微型计算机系统的 主机部分，为了使微型计算机工作，还必须配上 各种外部设备，简称外设，将外设中主要用来实 现数据的输入／输出、实现人机联系的设备称为 输入／输出设备，即I/O设备。
当要把外设与微处理器相连时，往往需 要配上相应的电路。通常把介于主机和外设之间 的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口。
(1) 数据信息：它是CPU与外设之间传送的 主要信息，可分为数字量、模拟量和开关量三种 形式。
(2) 状态信息：是外设通过接口送往CPU的 信息，作为外设与CPU之间交换数据的联络信号， 反映了当前外设所处的工作状态。
(3) 控制信息：是CPU通过接口传送给外设 的信息，用来设置外设（包括接口）的工作方式、 控制外设的工作等。
数据信息
DB
状态信息
CPU
I/O接口
外设
控制信息
图7.2 CPU与外设交换的信息
7.1.3 I/O接口的基本结构(接口与端口) 接口(Interface)：介与主机和外设之间的 缓冲电路。 端口(Port)：接口中可以进行寻址读写的 寄存器，简称口。 一个接口往往含有几个端口，CPU通过输入 输出指令向这些端口取或存信息。端口主要有三 类：一类为状态口，一类为命令口（或控制口）， 一类是数据口。 CPU通过输入指令从状态口获取外设的状态 信息，通过输出指令从命令口发出控制命令，控 制外设的工作。通过输入输出指令可以从数据端 口与外设交换数据。因此说，计算机主机与外设 之间交换信息都是通过接口中的端口来实现的。
CPU
I/O 接口
外设
图7.1 主机与外设的连接

寄存器名 GPADAT GPASET GPACLEAR GPATOGGLE GPBDAT GPBSET GPBCLEAR
地址 0x70E0 0x70E1 0x70E2 0x70E3 0x70E4 0x70E5 0x70E6
长度 （×16位） 1 1 1 1 1 1 1
说明 GPIO A数据寄存器 GPIO A设置寄存器 GPIO A 清除寄存器 GPIO A触发寄存器 GPIO B数据寄存器 GPIO B设置寄存器 GPIO B清除寄存器
7.2 数字I/O端口寄存器
1. GPIO复用寄存器
寄存器
GPAMUX
地址
0x70C0
长度 （×16位）
1
说明
GPIO A复用控制寄存器
GPADIR
GPAQUAL 保留
0x70C1
0x70C2 0x70C3
1
1 1
GPIO A方向控制寄存器
GPIO A 输入尖脉冲滤波控制寄 存器
GPBMUX
GPBDIR GPBQUAL
GPBTOGGLE
保留 GPDDAT GPDSET GPDCLEAR GPDTOGGLE
0x70E7
0x70E8～0x70EB 0x70EC 0x70ED 0x70EE 0x70EF
1
4 1 1 1 1
GPIO B触发寄存器
GPIO D数据寄存器 GPIO D设置寄存器 GPIO D 清除寄存器 GPIO D触发寄存器
（2）表中的寄存器都受EALLOW保护。
（3）对保留地址进行读取操作，返回值是不确
定的，写入操作无效。
2. GPIO数据寄存器
如果配置为数字I/O端口模式： • 寄存器GPxSET可以设置各个I/O信号；

➢ 读操作：当磁头经过载磁体的 磁化元时，由于磁头铁芯是良 好的导磁材料，磁化元的磁力 线很容易通过磁头而形成闭合 磁通回路。不同极性的磁化元 在铁芯里的方向是不同读波形图 ❖
中的脉冲电流，可把一位二进制代 码转换成载磁体存储元的不同剩磁 用磁头读出线圈，可将由存储元的 不同剩磁状态表示的二进制代码转 换成电信号输出。这就是磁表面存 ❖ 磁层上的存储元被磁化后，它可以 供多次读出而不被破坏。当不需要 这批信息时，可通过磁头把磁层上 所记录的信息全部抹去，称之为写 “0”。通常，写入和读出是合用一 个磁头，故称之为读写磁头。每个 读写磁头对应着一个信息记录磁道。
▪ 一个是将磁头定位至所要求的磁道上所需的时间，称为找道时间； ▪ 第二个是找道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间，
称为等待时间，这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均 值来表示，平均找道时间是最大找道时间与最小找道时间的平均 值。平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间 的一半来表示。 ▪
面存储器也有缺点，主要是存取速度较慢，机械结构 复杂，对工作环境要求较高。 ❖ 磁表面存储器由于存储容量大，位成本低，在计算机系统 中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型 文件、数据库等大量程序与数据信息。
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7.2磁盘存储设备
❖ 磁表面存储器的读写原理 见图
➢ 写操作：当写线圈中通过一定 方向的脉冲电流时，铁芯内就 产生一定方向的磁通。
❖ 主机与磁盘驱动器交换数据的控制逻辑见下图(b)。磁盘上 的信息经读磁头读出以后送读出放大器，然后进行数据与
据缓冲器，经DMA(直接存储器传送)控制将数据传送到主
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7.2磁盘存储设备
四、磁盘上信息的分布 盘片的上下两面都能记录信息，通常把磁盘

6位数码管接口电路
7FH
位 锁 存 器 （ 段 选 ） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1 1 1 1 1 1 1 h g f e d c b a 8 D7-D0
CS (201H选中)
20H 位
D7-D0 锁 存 器 （ 位 选 ）
D0 0 0 0 0 0 D 1
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位 反 相 驱 动 器
DMA写传送: I/O端口信息 系统RAM某单元。 存储单元读 / 写传送: 在DMAC控制下, 实现系统 RAM RAM。 注意:在PC系列机中禁止RAM RAM传送。 4. DMA传送的过程
AB DB CB
HRQ DREQ
HOLD
总线保持请求
总线响应
DMA 请求 DMA 响应
注意: I/O 指令只能在端口和AL, AX, EAX之间 交换信息, 用DX间址, 但不能使用方括号, 即不能写成: IN AL, [DX]。
7.2 微机系统与外设交换信息的方式
微机系统与 I/O 端口的信息交换有四种方式: 无条件传送 中断方式 查询方式 DMA方式
采用何种方式与接口的硬件电路有直接关系
查询式输出接口示意图 数据 锁 数据总线 存 器 数据口选中 (8) 状态标志
Q D
输 出 设 备
IOW 地址译码器 地址总线
+5V
IOR
状态口选中
ACK
R
―0‖为空闲
接数据线D0位
查询式数据输出核心程序 设状态口地址=200H=数据口地址
TSCAN: MOV IN TEST JNZ MOV MOV OUT
HOLD
总线请求 总线响应
HRQ
DREQ