常用芯片接口技術

1、常用芯片常用芯片接口技術接口技術教師：教師：王曉甜王曉甜Email：ContentsI/O接口概述接口概述1I/O接口的編址方式接口的編址方式2I/O的基本工作方式的基本工作方式3常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術ContentsI/O接口概述接口概述1I/O接口的編址方式接口的編址方式2I/O的基本工作方式的基本工作方式3常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術回顧：輸入輸出指令回顧：輸入輸出指令vCPU讀寫操作：讀寫操作：vCPU對內(nèi)存的操作是讀寫操對內(nèi)存的操作是讀寫操作，對外設的操作也是各種作，對外設的操作也是各種讀寫操作讀寫操作vCPU對內(nèi)存直接用地址線尋對內(nèi)存直接用地址線尋址訪問，對外

2、設要通過址訪問，對外設要通過I/O接口電路進行訪問接口電路進行訪問IN DST， SRCOUT DST， SRCMOV DST， SRC外設外設存儲器存儲器為什么外設需要為什么外設需要I/O接口接口v內(nèi)存內(nèi)存 不不需要接口電路，是因為內(nèi)存的結構和對象單一，只需需要接口電路，是因為內(nèi)存的結構和對象單一，只需要通過譯碼電路訪問存儲單元，進行數(shù)據(jù)交流，而且都要通過譯碼電路訪問存儲單元，進行數(shù)據(jù)交流，而且都是以字節(jié)為單位的二進制是以字節(jié)為單位的二進制存儲單元，且內(nèi)存的工作速度存儲單元，且內(nèi)存的工作速度較為一定。較為一定。v外設：外設： 種類繁多（機械式，電子式，電動式，電磁式）種類繁多（機械式，電子式

3、，電動式，電磁式） 信號信號類型復雜（數(shù)字量，模擬量，開關量）類型復雜（數(shù)字量，模擬量，開關量） 處理速率處理速率相差甚相差甚遠（鍵盤，鼠標，顯示器，掃描儀）遠（鍵盤，鼠標，顯示器，掃描儀） 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的傳遞的傳遞方式（并行的，串行的）方式（并行的，串行的）v所以，對不同的外設要用不同的接口電路對信號進所以，對不同的外設要用不同的接口電路對信號進行轉(zhuǎn)化，或儲存，供行轉(zhuǎn)化，或儲存，供CPU使用。使用。我們所說的接口電路，通常我們所說的接口電路，通常就是就是I/O接口電路的簡稱接口電路的簡稱7.1 概述概述接口接口接口指接口指CPUCPU和外設之間通過和外設之間通過系統(tǒng)總線進行連接的電路部系統(tǒng)總線進

4、行連接的電路部分，是分，是CPUCPU與外界進行信息與外界進行信息交換的中轉(zhuǎn)站。交換的中轉(zhuǎn)站。接口技術接口技術接口技術是研究接口技術是研究CPUCPU如何與如何與外部世界進行最佳耦合與匹外部世界進行最佳耦合與匹配，實現(xiàn)雙方高效、可靠地配，實現(xiàn)雙方高效、可靠地交換信息的一門技術，是軟交換信息的一門技術，是軟件、硬件結合的體現(xiàn)，是微件、硬件結合的體現(xiàn)，是微機應用的關鍵。機應用的關鍵。外設外設存儲器存儲器7.1 概述概述輸入輸入/ /輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng) 計算機計算機中完成輸入中完成輸入/ /輸出（簡稱輸出（簡稱I/OI/O）操）操作部件稱為作部件稱為輸入輸入/ /輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)，包括，包括I/OI/

5、O軟件軟件I/OI/O硬件硬件兩部分。而兩部分。而I/OI/O硬件和軟件的綜合設計稱硬件和軟件的綜合設計稱為為I/OI/O接口技術接口技術。 主機外部設備接口CPU通過I/O接口與外設交換信息 7.1 概述概述（1）I/O軟件軟件I/O軟件的作用是在軟件的作用是在I/O硬件的基礎上實硬件的基礎上實現(xiàn)輸入現(xiàn)輸入/輸出操作。在不同結構和性能的計算輸出操作。在不同結構和性能的計算機中，所采用的機中，所采用的I/O軟件技術差異很大，比如軟件技術差異很大，比如在微型計算機中，在微型計算機中，I/O軟件主要包括使用軟件主要包括使用I/O指令編寫的輸入指令編寫的輸入/輸出程序，以及操作系統(tǒng)中輸出程序，以及操

6、作系統(tǒng)中有關管理模塊。有關管理模塊。 7.1 概述概述（2）I/O硬件硬件I/O控制部件控制部件完成對輸入和輸出操作過程的完成對輸入和輸出操作過程的控制，并且有效地提高輸入控制，并且有效地提高輸入/輸出的效率，輸出的效率，典型的典型的I/O控制部件包括中斷控制器、控制部件包括中斷控制器、DMA控制器等?？刂破鞯?。I/O設備設備常見的有鍵盤、鼠標、顯示器、硬常見的有鍵盤、鼠標、顯示器、硬盤機、打印機、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀等設備盤機、打印機、調(diào)制解調(diào)器、掃描儀等設備 I/O接口接口實現(xiàn)實現(xiàn)I/O設備和系統(tǒng)總線的連接。設備和系統(tǒng)總線的連接。 7.1 概述概述v接口的分類接口的分類v （1）I/O接口芯

7、片接口芯片 這些這些芯片大都是集成電路，通過芯片大都是集成電路，通過CPU輸入不同的命令輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關的和參數(shù)，并控制相關的I/O電路和簡單的外設作相應的操電路和簡單的外設作相應的操作，常見的接口芯片如定時計數(shù)器、中斷作，常見的接口芯片如定時計數(shù)器、中斷控制器、控制器、并行接并行接口等?？诘?。 v （2）I/O接口控制卡接口控制卡 有有若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者若干個集成電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與直接與CPU同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽同在主板上，或是一個插件插在系統(tǒng)總線插槽上。上。 接口電路的作用：接口電路的作用： 協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)C

8、PUCPU與外設之間所有不和諧的矛盾與外設之間所有不和諧的矛盾7.1 概述概述7.1 概述概述v外設與外設與CPU之間的主要矛盾之間的主要矛盾v 速度不匹配：速度不匹配： I/O設備的工作速度要比設備的工作速度要比CPU慢許多，而且由于種類的慢許多，而且由于種類的不同不同，他，他們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機快出很多。們之間的速度差異也很大，例如硬盤的傳輸速度就要比打印機快出很多。 v 時序不匹配：時序不匹配： 各個各個I/O設備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳設備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳 輸數(shù)據(jù)，輸數(shù)據(jù)，無法與無法與CPU的時序取得統(tǒng)一。的時序取得

9、統(tǒng)一。 v 信息格式不匹配：信息格式不匹配： 不同不同的的I/O設備存儲和處理信息的格式不同，例如可以分為串行和設備存儲和處理信息的格式不同，例如可以分為串行和并行兩種；也可以分為二進制格式、并行兩種；也可以分為二進制格式、ACSII編碼和編碼和BCD編碼等。編碼等。 v 信息類型不匹配：信息類型不匹配： 不同不同IO設備采用的信號類型不同，有些是數(shù)字信號，而設備采用的信號類型不同，有些是數(shù)字信號，而 有些是有些是模擬信號，因此所采用的處理方式也不同。模擬信號，因此所采用的處理方式也不同。7.1 概述概述I/OI/O接口的主要功能接口的主要功能l 地址選擇地址選擇 地址譯碼電路地址譯碼電路l

10、控制功能控制功能 - -傳達傳達CPUCPU的控制信息的控制信息l 狀態(tài)指示狀態(tài)指示 監(jiān)視外設，反饋外設狀態(tài)監(jiān)視外設，反饋外設狀態(tài)l 速度匹配速度匹配 提高輸入提高輸入/ /輸出效率輸出效率l 轉(zhuǎn)換信息格式轉(zhuǎn)換信息格式 串并轉(zhuǎn)換，串并轉(zhuǎn)換，A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換l 電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換 l 可編程性可編程性 多功能選擇，提高通用性多功能選擇，提高通用性7.1 概述概述vI/O 接口的分類接口的分類數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式并行接口并行接口串行接口串行接口通用性通用性通用通用接口接口專用專用接口接口可編程性可編程性可編程可編程接口接口不可編程接不可編程接口口復雜性芯片式芯片式卡槽式卡槽式7.1 概述概述

11、I/O接口的邏輯組成vI/O接口的組成接口的組成CPU與與I/O設備之間交換的信息有設備之間交換的信息有數(shù)據(jù)信息、控制信息數(shù)據(jù)信息、控制信息和和狀態(tài)狀態(tài)信息信息三種信息。由三種信息。由I/O內(nèi)部的三種寄存器來完成。內(nèi)部的三種寄存器來完成。系統(tǒng)系統(tǒng)總線總線通信通信總線總線ContentsI/O接口概述接口概述1I/O接口的編址方式接口的編址方式2I/O的基本工作方式的基本工作方式3常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式 I/O端端口口 和和 I/O接接口口v接口：系統(tǒng)，集成電路，連接部件接口：系統(tǒng)，集成電路，連接部件v端口端口（Port）：）：I/O接口

12、內(nèi)部的各個寄存器接口內(nèi)部的各個寄存器1一個接口內(nèi)通常存在若干個端口一個接口內(nèi)通常存在若干個端口2端口端口=寄存器寄存器3完成輸入完成輸入/輸出操作輸出操作4每個端口有自己固定的地址單元每個端口有自己固定的地址單元v一個接口內(nèi)通常有多個端口一個接口內(nèi)通常有多個端口 EG： 可編程中斷控制器可編程中斷控制器8259A：2個端口個端口 定時定時/計數(shù)器計數(shù)器 8253： 4個端口個端口 并行接口芯片并行接口芯片8255A：4個端口個端口一個一個I/O接口有幾個端口就說明接口有幾個端口就說明:該該I/O接口至少占用幾個地址接口至少占用幾個地址 I/O端口端口 I/O接接口口與存儲器的編與存儲器的編址分

13、配問題址分配問題7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式vI/O端口的編址方式端口的編址方式 通常情況下一個微型計算通常情況下一個微型計算機系統(tǒng)內(nèi)有多機系統(tǒng)內(nèi)有多個個I/O接口接口CPU要訪問任何一個單元，都要訪問任何一個單元，都要通過地址查詢要通過地址查詢，因此，要給每個I/O端口分配一個特定的地址，這樣的地址稱為這樣的地址稱為I/O端口地端口地址址，或者簡稱，或者簡稱I/O地址地址。8086CPU的地址線的地址線 共共 20 根根，尋尋址空間址空間 1MB，這些空間里，又，這些空間里，又要給存儲器，又要給要給存儲器，又要給I/O，這就存，這就存在一定的在一定的分配機制分配機制。外設外設

14、存儲器存儲器對對I/OI/O端口安排地址的方式稱為端口安排地址的方式稱為I/OI/O端口的編址端口的編址方式方式7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式I/O端口的編址方式端口的編址方式端口與存儲器分別獨立編址端口與存儲器分別獨立編址端口與存儲器統(tǒng)一編址端口與存儲器統(tǒng)一編址7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式v（1）獨立編址方式）獨立編址方式00000H00001H0FFFFH00000H00001HFFFFFH 同一個地址，有可同一個地址，有可能指向能指向I/O，也有，也有可能指向存儲器可能指向存儲器控制線控制線 M/IO （8086）IO/M （8088）讀寫控制讀寫控制RDW

15、R外設外設存儲器存儲器7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式注意：注意：8086/80888086/8088系統(tǒng)系統(tǒng)都是典型的都是典型的獨立編址方式獨立編址方式8086/80888086/8088分配給的分配給的I/OI/O地址線地址線只有只有16 16 根根PC/XT PC/XT 分分配給配給I/OI/O的地址線有的地址線有10 10 根根7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式M/IO接口 RD WR8086最小方式系統(tǒng)總線存儲器MEMRMEMW端口端口2016ABDBIOWIORI/O11118086/8088的獨立編址方式的獨立編址方式 7.2 外設接口的編址方式外設接口的編

16、址方式l獨立編址方式優(yōu)點獨立編址方式優(yōu)點存儲器的容量可以達到與地址總線所決定存儲器的容量可以達到與地址總線所決定的地址空間相同的地址空間相同 訪問訪問I/O端口時的地址位數(shù)可以較少，提端口時的地址位數(shù)可以較少，提高總線的利用率高總線的利用率 l獨立編址方式缺點獨立編址方式缺點必須設置專門的必須設置專門的I/O指令，增加了指令系指令，增加了指令系統(tǒng)和有關硬件的復雜性統(tǒng)和有關硬件的復雜性 7.2 外設接口的編址方式外設接口的編址方式v（2）統(tǒng)一編址方式）統(tǒng)一編址方式(或稱為存儲器映射編址或稱為存儲器映射編址)00000H00001HFFFFFH 00002H一個地址對應一個地址對應一個單元一個單元

17、所有的存儲單元所有的存儲單元只占用其中一部只占用其中一部分地址，而分地址，而I/O端端口則占用另外一口則占用另外一部分地址。部分地址。 優(yōu)缺點與優(yōu)缺點與獨立編址相反獨立編址相反外設外設存儲器存儲器統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點 無需專門的無需專門的I/O指令指令,編程較為靈活編程較為靈活 無需專門的控制線區(qū)分尋址內(nèi)容無需專門的控制線區(qū)分尋址內(nèi)容統(tǒng)一編址方式的缺點統(tǒng)一編址方式的缺點I/O端口占用了存儲器的一部分地址空端口占用了存儲器的一部分地址空間因而影響到系統(tǒng)中存儲器的容量間因而影響到系統(tǒng)中存儲器的容量 訪問存儲器和訪問訪問存儲器和訪問I/O端口必須使用相同端口必須使用相同位數(shù)的地址，使

18、指令地址碼加長，總線中位數(shù)的地址，使指令地址碼加長，總線中傳送信息量增加傳送信息量增加 兩種編址方式中地址空間的關系兩種編址方式中地址空間的關系: 存儲器地址空間02NI/O端口地址空間存儲器地址空間I/O端口地址空間02N(a) 獨立編址方式獨立編址方式 (b) 統(tǒng)一編址方式統(tǒng)一編址方式 ContentsI/O接口概述接口概述1I/O接口的編址方式接口的編址方式2I/O的基本工作方式的基本工作方式3常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v輸入輸入/輸出的控制方式輸出的控制方式是指以何種方式控制是指以何種方式控制計算機的主機計算機的主機(包括微處理器、存

19、儲器等包括微處理器、存儲器等)與與I/O接口之間進行數(shù)據(jù)傳送接口之間進行數(shù)據(jù)傳送。v根據(jù)根據(jù)I/O設備與主機的并行工作程度，微型設備與主機的并行工作程度，微型計算機的輸入計算機的輸入/輸出控制方式主要輸出控制方式主要有：有：無條件傳送方式無條件傳送方式程序程序查詢查詢方式方式I/O中斷中斷方式方式DMA方式方式輸入輸出操作的工作效率是影響系統(tǒng)性能的重要因素7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v輸入輸出操作的定義：輸入輸出操作的定義： 輸入輸入： 從外設向從外設向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)，即寫入發(fā)送數(shù)據(jù)，即寫入CPU 輸出輸出：從從CPU向外設發(fā)送數(shù)據(jù)向外設發(fā)送數(shù)據(jù)接口接口接口接口任何時候分任何時候

20、分析輸入輸出析輸入輸出操作，操作，都是以都是以CPU為主語地位為主語地位進行分析進行分析輸入輸出基本工作模式輸入輸出基本工作模式7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v1.無條件傳送方式無條件傳送方式(又稱又稱“同步傳送方式同步傳送方式”)指指I/O設備可以在微處理器限定的時間內(nèi)準備就緒，可以設備可以在微處理器限定的時間內(nèi)準備就緒，可以直接執(zhí)行預先編制的直接執(zhí)行預先編制的I/O程序?qū)崿F(xiàn)輸入程序?qū)崿F(xiàn)輸入/輸出操作，而無需輸出操作，而無需查詢查詢I/O設備的狀態(tài)。設備的狀態(tài)。v最簡單的輸入最簡單的輸入/輸出控制輸出控制方式方式所所需要的軟、硬件較少，實現(xiàn)簡單。但前提條件是要求需要的軟、硬件較少

21、，實現(xiàn)簡單。但前提條件是要求I/O設備能夠及時準備就緒。設備能夠及時準備就緒。vEG：開關，發(fā)光二極管，：開關，發(fā)光二極管，LED數(shù)碼管等數(shù)碼管等7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式無條件傳送方式典型的輸入無條件傳送方式典型的輸入/輸出接口形式輸出接口形式:端口地址譯碼三態(tài)門數(shù)據(jù)總線A0A9AENIOR1G2G地址選擇讀LS373鎖存器LS244(a) 輸入數(shù)據(jù)端口的典型結構輸入數(shù)據(jù)端口的典型結構猜猜看猜猜看這這是哪個系統(tǒng)是哪個系統(tǒng)7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v在輸入端口的設計中，在輸入端口的設計中，輸入接口芯片的輸出端輸入接口芯片的輸出端必必須具有三態(tài)功能，避免發(fā)生總線須

22、具有三態(tài)功能，避免發(fā)生總線競爭競爭。74LS244, 74LS245P7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式無條件傳送方式典型的輸入無條件傳送方式典型的輸入/輸出接口形式輸出接口形式:(b) 輸出數(shù)據(jù)端口的典型結構輸出數(shù)據(jù)端口的典型結構端口地址譯碼鎖存器數(shù)據(jù)總線A0A9AENIOW1G2G地址選擇寫LS7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v在輸出端口的設計中，輸出接口芯片的輸出端必在輸出端口的設計中，輸出接口芯片的輸出端必須具有鎖存功能，須具有鎖存功能，保障快速保障快速CPU與慢速外設的速與慢速外設的速度匹配問題度匹配問題74LS7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式7.3 I/

23、O的基本工作方式的基本工作方式數(shù)據(jù)準備好沒有?數(shù)據(jù)傳送輸入狀態(tài)字YN7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v2.程序查詢式程序查詢式 程序查詢方式也程序查詢方式也稱為稱為“異步傳送方式異步傳送方式”或者或者“有條件傳送方式有條件傳送方式” 右圖為微處理器采用右圖為微處理器采用程序查詢方式從一個程序查詢方式從一個I/O設備輸入一個數(shù)據(jù)塊設備輸入一個數(shù)據(jù)塊(如如硬盤的一個扇區(qū)硬盤的一個扇區(qū))并存放并存放到主存的基本流程圖到主存的基本流程圖: 微處理器讀I / O 設備狀態(tài)準備就緒微處理器從I / O接口讀一個字微處理器向主完成否現(xiàn)行程序N現(xiàn)行程序啟動I / O 設備N存寫入一個字7.3 I/O

24、的基本工作方式的基本工作方式v多個多個I/O同時工作的程序查詢工作方式同時工作的程序查詢工作方式準 備 就 緒Y讀I /O 設 備 N 的 狀 態(tài)啟 動 N 個 I /O 設 備讀I /O 設 備 1 的 狀 態(tài)讀I /O 設 備 2 的 狀 態(tài)準 備 就 緒準 備 就 緒完 成 I /O 設 備 1 的一 次 輸 入 /輸 出 操 作Y完 成 I /O 設 備 2 的一 次 輸 入 /輸 出 操 作Y完 成 I /O 設 備 N 的一 次 輸 入 /輸 出 操 作7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v程序查詢方式的特點程序查詢方式的特點v優(yōu)點優(yōu)點 對外設的響應速度要求降低v缺點缺點v

25、I/O沒有準備好時，需要不斷重復查詢，“原地踏步”，CPU效率極低v 多I/O 輪流查詢時，某I/O準備就緒時，CPU不一定能及時反應，實時性差程序查詢方式是串行的工作方式程序查詢方式是串行的工作方式7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v3. I/O中斷方式中斷方式啟動I/O設備第K 條指令第K+1 條指令中斷服務程序主程序不需要微處理器不需要微處理器“原地踏原地踏步步”查詢查詢I/O設備的設備的狀態(tài)，狀態(tài)，CPU在等待過程中可以在等待過程中可以做自己的事情。只有做自己的事情。只有I/O準備就緒且發(fā)出中斷信準備就緒且發(fā)出中斷信號才予以響應號才予以響應7.3 I/O的基本工作方式的基本工作

26、方式vI/O中斷工作方式的特點中斷工作方式的特點v優(yōu)點優(yōu)點 CPU和外設并行工作，提高輸入輸出操作效率 多個外設同時工作時，通過硬件排隊電路和中斷屏蔽寄存器可以靈活的選擇 具有較好的實時性v缺點缺點 增加相關軟、硬件設計 中斷請求電路、中斷控制電路、中斷優(yōu)先級的設定和選擇、中斷允許和屏蔽機制，增加中斷向量表等（第八章詳細講解）7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v4.DMA工作方式（工作方式（Direct Memory Access）u 中斷開始之前需要執(zhí)行中斷服務子程序（保護現(xiàn)場，轉(zhuǎn)移現(xiàn)場）u 對于每個字或字節(jié)的傳送，需要1個I/O總線周期，和1-2個系統(tǒng)總線周期雖然中斷控制方式尤為經(jīng)

27、典，但在高速雖然中斷控制方式尤為經(jīng)典，但在高速傳送大量數(shù)據(jù)塊時，仍沒有達到最高效傳送大量數(shù)據(jù)塊時，仍沒有達到最高效DMA： 直接存儲器訪問方式直接存儲器訪問方式v4.DMA工作方式工作方式 DMA(Direct Memory Access)方式稱方式稱為為直接存儲器訪問直接存儲器訪問方式，其含義是直接在方式，其含義是直接在主存儲器和主存儲器和I/O設備之間成塊傳送數(shù)據(jù)，設備之間成塊傳送數(shù)據(jù)，既不需要微處理器的參與，數(shù)據(jù)也不需要既不需要微處理器的參與，數(shù)據(jù)也不需要在微處理器中進行中轉(zhuǎn)在微處理器中進行中轉(zhuǎn) 7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式v4.DMA工作方式工作方式系統(tǒng)總線微處理器DMA

28、控制器數(shù)據(jù)緩存器地址寄存器字計數(shù)器控制/狀態(tài)寄存器存儲器HOLDHLDA輸入設備DMA請求DMA應答7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式以輸入設備為例，一個完整的以輸入設備為例，一個完整的DMA傳傳送過程下：送過程下： 微處理器啟動輸入設備，并且將數(shù)據(jù)塊在主存儲微處理器啟動輸入設備，并且將數(shù)據(jù)塊在主存儲器的起始地址、數(shù)據(jù)塊的字或字節(jié)數(shù)，以及器的起始地址、數(shù)據(jù)塊的字或字節(jié)數(shù)，以及DMA的工作方式等內(nèi)容寫入地址的工作方式等內(nèi)容寫入地址寄存寄存 器、字計數(shù)器和器、字計數(shù)器和控制控制/狀態(tài)寄存器，完成對狀態(tài)寄存器，完成對DMA控制器的設置；控制器的設置； 輸入設備準備就緒后將一個字節(jié)寫入輸入設備

29、準備就緒后將一個字節(jié)寫入DMA控制控制器器的數(shù)據(jù)緩存器中，并向的數(shù)據(jù)緩存器中，并向DMA控制器提出控制器提出DMA請求請求；7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式 DMA控制器向微處理器發(fā)出控制器向微處理器發(fā)出HOLD信號，信號，申請總申請總線線的使用權的使用權.微處理器釋放總線，并微處理器釋放總線，并通過通過HLDA信信號向號向DMA控制器做出應答控制器做出應答； DMA控制器占用總線，通過總線給出地址控制器占用總線，通過總線給出地址、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)和寫信號，將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入和寫信號，將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入主存儲器主存儲器中，然中，然后將字計數(shù)器減后將字計數(shù)器減1，并向，并向輸入設備做出輸入設

30、備做出DMA應答；應答； 重復重復-步，直至計數(shù)器為步，直至計數(shù)器為0，然后，然后DMA控制器控制器通過中斷方式通知微處理器通過中斷方式通知微處理器傳送結束傳送結束，并釋放總，并釋放總線。線。 7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式外設通過DMAC向CPU申請DMA請求CPU響應DMA請求交出總線控制權從源口地址中讀取數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)寫到目標口數(shù)據(jù)傳送結束否?DMA結束修改地址指針YN7.3 I/O的基本工作方式的基本工作方式vDMA傳送方式的突出優(yōu)點傳送方式的突出優(yōu)點v 傳送過程無需處理器的控制，傳送過程無需處理器的控制，數(shù)據(jù)也無數(shù)據(jù)也無需經(jīng)過微處理器，而是直接在需經(jīng)過微處理器，而是直接在I/

31、O設備與設備與主存儲器間進行主存儲器間進行，因此既節(jié)省了微處理器，因此既節(jié)省了微處理器的時間，也使傳送速率大大提高，特別適的時間，也使傳送速率大大提高，特別適合于硬盤等高速合于硬盤等高速I/O設備的輸入設備的輸入/輸出操輸出操作。作。常用芯片常用芯片接口技術接口技術教師：教師：王曉甜王曉甜Email：ContentsI/O接口概述接口概述1I/O接口的編址方式接口的編址方式2I/O的基本工作方式的基本工作方式3常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術v一、一、I/O地址譯碼及譯碼電路地址譯碼及譯碼電路在在I/O地址譯碼中，采用的譯碼電路形式，也地址譯碼中

32、，采用的譯碼電路形式，也和存儲器地址譯碼一樣，有：和存儲器地址譯碼一樣，有：l 門電路譯碼門電路譯碼 l 專用譯碼器譯碼專用譯碼器譯碼 l 數(shù)字比較器譯碼數(shù)字比較器譯碼l 可編程邏輯器件（如可編程邏輯器件（如CPLD/FPGA）譯碼等）譯碼等 I/O I/O 和存儲器譯碼的唯一區(qū)別是：和存儲器譯碼的唯一區(qū)別是：地址總線個數(shù)不同，控制總線不同地址總線個數(shù)不同，控制總線不同7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術vI/O用到的系統(tǒng)總線用到的系統(tǒng)總線l 8088最小方式系統(tǒng)：最小方式系統(tǒng)： l 8088最大方式系統(tǒng)最大方式系統(tǒng): l IBM PC/XT 系統(tǒng)：系統(tǒng)： 15070/A A D D

33、IO MRD W R， ， 15070A AD DIOW， IOR ， 9070AADDIOWAEN， IOR， ，l 8086最大方式系統(tǒng)：最大方式系統(tǒng)： 15015870AADDD D，, , IORIOWBHE15015870AADDDD，/ MIOR DW RB H E，l 8086最小方式系統(tǒng)最小方式系統(tǒng): 7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術v注意注意，IBM PC系統(tǒng)機采用的系統(tǒng)機采用的CPU為為8088，給，給I/O分配地址只用了分配地址只用了A9A010條條地址線地址線，所以，所以I/O地址空間地址空間為為 ，即即（ ）其中）其中前前512B地址分配給主地址分配給主機

34、板上的機板上的I/O，后，后512B地址分配給插件板地址分配給插件板上的上的I/O。而且當。而且當AEN1時表示正在進行時表示正在進行DMA操作，因此，設計譯碼電路時，應該操作，因此，設計譯碼電路時，應該使使AEN0。 1021KB0003HFFH 注意：注意：當當8 8位接口芯片與位接口芯片與8086 CPU 168086 CPU 16位數(shù)據(jù)總位數(shù)據(jù)總線相連時，線相連時，低低8 8位數(shù)據(jù)總線只能傳送位數(shù)據(jù)總線只能傳送I/OI/O為偶地址的端口數(shù)據(jù)，為偶地址的端口數(shù)據(jù)，高高8 8位數(shù)據(jù)總線只能傳送位數(shù)據(jù)總線只能傳送I/OI/O為奇地址的端口數(shù)據(jù)。為奇地址的端口數(shù)據(jù)。7.4 常用芯片的接口技術常

35、用芯片的接口技術 I/O I/O端口僅使用偶地址端口僅使用偶地址 只只使用偶地址的使用偶地址的I/OI/O接口地址線連接方法接口地址線連接方法 IORCIOWC系統(tǒng)低8位數(shù)據(jù)線D0D78A0A9地址譯碼器&RDWRD0A0A1A2A1A0接口電路CS1D I/OI/O端端口口使使用用連連續(xù)續(xù)的的地地址址 8 8位位接接口口與與1616位位數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線線的的連連接接方方法法 D0D7TOEA8286TOEA828688地址譯碼器11RDCS811A0A1A0A1A9A0BHEIORCD7D0D15D82#1#接口電路D0D7D0D7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術v二、二、系

36、統(tǒng)總線驅(qū)動及控制系統(tǒng)總線驅(qū)動及控制在較大的微機應用系統(tǒng)中，在較大的微機應用系統(tǒng)中，I/O插件板設計時插件板設計時要考慮系統(tǒng)總線的負載能力，必要時可以通過要考慮系統(tǒng)總線的負載能力，必要時可以通過緩沖器或總線驅(qū)動來提高總線的負載能力。常緩沖器或總線驅(qū)動來提高總線的負載能力。常用的緩沖器或總線驅(qū)動器有用的緩沖器或總線驅(qū)動器有74LS373、74LS244(單向單向8位位)和和74LS245(雙向雙向8位位)等等 u 對單向的地址總線及控制總線的驅(qū)動可以對單向的地址總線及控制總線的驅(qū)動可以74LS373、74LS244等芯片緩沖的方式等芯片緩沖的方式 7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術v 對

37、雙向系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動與控制，要遵循下對雙向系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動與控制，要遵循下列原則：列原則： 只有當只有當CPU讀板內(nèi)讀板內(nèi)I/O端口時，驅(qū)動器指向系端口時，驅(qū)動器指向系統(tǒng)總線的三態(tài)門才允許導通；統(tǒng)總線的三態(tài)門才允許導通； 只有當只有當CPU寫板內(nèi)寫板內(nèi)I/O端口時，驅(qū)動器指向板端口時，驅(qū)動器指向板內(nèi)的三態(tài)門是導通的；內(nèi)的三態(tài)門是導通的； 當當CPU不去尋址板內(nèi)不去尋址板內(nèi)I/O端口時，驅(qū)動器兩邊端口時，驅(qū)動器兩邊均處于高阻狀態(tài)。均處于高阻狀態(tài)。 7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術例例7.1 在在PC/XT系統(tǒng)總線上擴充設計一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)總線上擴充設計一個數(shù)據(jù)輸出端口，輸出端口， 分

38、配給該端口的地址為分配給該端口的地址為280H，輸，輸出端口芯片用出端口芯片用74LS374，輸出設備為，輸出設備為8個個LED發(fā)光二極管。發(fā)光二極管。（1）畫出此輸出端口與）畫出此輸出端口與PC/XT系統(tǒng)總線以及系統(tǒng)總線以及與與LED發(fā)光二極管的連接圖。發(fā)光二極管的連接圖。（2）編寫使）編寫使8個個LED發(fā)光二極管每間隔一段發(fā)光二極管每間隔一段時間交替亮滅的功能段程序。時間交替亮滅的功能段程序。典型例題典型例題 7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術v解題思路：解題思路：所有有關所有有關I/O設計的問題都分兩部分完成：設計的問題都分兩部分完成：硬件電路搭建和軟件程序編寫硬件電路搭建和軟

39、件程序編寫 接口芯片基本繪圖：輸入輸出，使能信號譯碼電路接口接口芯片基本繪圖：輸入輸出，使能信號譯碼電路接口 與系統(tǒng)總線的連接：數(shù)據(jù)線，地址線，控制線與系統(tǒng)總線的連接：數(shù)據(jù)線，地址線，控制線 與外設的連接與外設的連接硬件電路設計硬件電路設計 按照需求，實現(xiàn)相應功能的匯編語言程序編寫按照需求，實現(xiàn)相應功能的匯編語言程序編寫軟件程序編寫軟件程序編寫7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術vStep1. 硬件電路分析設計硬件電路分析設計v（1）搞清楚掛接的微處理器系統(tǒng)型號）搞清楚掛接的微處理器系統(tǒng)型號 PC/XT 8根數(shù)據(jù)總線，10根地址總線，AEN，IOWv（2）搞搞清楚片選地址范圍，畫譯碼電

40、路清楚片選地址范圍，畫譯碼電路 計算地址范圍，與地址總線聯(lián)系v（3）搞清楚芯片型號，畫芯片簡圖）搞清楚芯片型號，畫芯片簡圖 輸入輸出，使能端（374與373類似，只是使能端極性相反）v（4）搞清楚外設連接）搞清楚外設連接 外設的類型，數(shù)量，連接方式v（5）將系統(tǒng)總線，）將系統(tǒng)總線，I/O接口芯片，地址譯碼電路，接口芯片，地址譯碼電路，外設相連外設相連7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術例例7.1的連接圖的連接圖使能使能端，端，不是選通信號不是選通信號7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術vStep2. 軟件編程設計軟件編程設計v編寫使編寫使8個個LED發(fā)光二極管每間隔一段時間交替

41、發(fā)光二極管每間隔一段時間交替亮滅的功能段程序如下：亮滅的功能段程序如下： MOV DX,280H ; 地址選擇好地址選擇好LOP: MOV AL,0FFH ；數(shù)據(jù)準備好；數(shù)據(jù)準備好 OUT DX,AL ；寫數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù)，使使8 8個個LEDLED發(fā)光二極管亮發(fā)光二極管亮 CALL DELAY1S ；調(diào)用調(diào)用1 1秒延時子程序秒延時子程序 MOV AL,00H OUT DX,AL ；使使8 8個個LEDLED發(fā)光二極管發(fā)光二極管滅滅 CALL DELAY1S ；調(diào)用調(diào)用1 1秒延時秒延時子程序子程序 JMP LOP7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術vEG7.2在在8086 CPU工作在

42、最小方式組成的微機工作在最小方式組成的微機系中系中.擴充設計一個數(shù)據(jù)輸入端口，分配給該端口的擴充設計一個數(shù)據(jù)輸入端口，分配給該端口的地址地址8001H，輸入端口芯片用，輸入端口芯片用74LS245，輸入，輸入設備為設備為8個乒乓開關。個乒乓開關。 （1）畫出此輸入端口與）畫出此輸入端口與8086系統(tǒng)總線以及與系統(tǒng)總線以及與輸入設備輸入設備的連接圖。的連接圖。（2）編寫程序檢測）編寫程序檢測K0開關，若開關，若K0斷開，程序轉(zhuǎn)斷開，程序轉(zhuǎn)向向PROG1；K0閉合，程序轉(zhuǎn)向閉合，程序轉(zhuǎn)向PROG2。7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術解：解： 由于為由于為8086系統(tǒng)，且端口地址系統(tǒng)，且端

43、口地址8001H為奇為奇地址，所以使用高地址，所以使用高8位數(shù)據(jù)線，且在位數(shù)據(jù)線，且在I/O端口地端口地址譯碼中，址譯碼中， =0要參加譯碼。設計的此輸入要參加譯碼。設計的此輸入端口與端口與8086系統(tǒng)總線以及與輸入設備的連接圖系統(tǒng)總線以及與輸入設備的連接圖如圖如圖7.10所示。所示。 BHE7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術若若K0開關斷開程序轉(zhuǎn)向開關斷開程序轉(zhuǎn)向PROG1，K0閉合程序轉(zhuǎn)閉合程序轉(zhuǎn)向向PROG2的程序如下：的程序如下：MOV DX，8001HIN AL，DXTEST AL, 01HJZ PROG2PROG1: PROG2:7.4 常用芯片的接口技術常用芯片的接口技術 EG7.3某一輸出設備的工作時序如圖某一輸出設備的工作時序如圖7.11所示。當它所示。當它不忙時，其狀態(tài)信號不忙時，其狀態(tài)信號BUSY=0，CPU可經(jīng)接口向外設可經(jīng)接口向外設輸出數(shù)據(jù)，而當數(shù)據(jù)加到外設上時，必須利用負脈沖輸出數(shù)據(jù)，而當數(shù)據(jù)加到外設上時，必須利用負脈沖將數(shù)據(jù)鎖存于外設，并命令外設接收該數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)鎖存于外設，并命令外設接收該數(shù)據(jù)。設數(shù)據(jù)設數(shù)據(jù)