第4章4.1-4.4微机接口技术

《新编微机原理与应用》—中国电力出版社

第4章 微型计算机接口技术

2014/06

《新编微机原理与应用》—中国电力出版社

4.1 微型计算机接口技术主机将数据送到外设，称为输出 外设将数据送到主机，称为输入 简称I/O操作

接口—“桥梁”,主机与外设进行数据传输，必 须 经过接口。数据 数据 状态 控制 接口 电路 状态 控制

CPU

I/O 设备

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北桥芯片：负责与CPU 的数据通信，并控制内 存、AGP等数据的传输。

内 存

南桥芯片：与I/O设备 等相连，实现I/O总线 之间的通信，负责管 理中断及DMA通道。

PCI插槽2014/06

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§4.1.1 I/O接口传递的信息1、数据信息： 数字量、模拟量、开关量2、状态信息： 准备就绪(READY)、忙(BUSY)等

3、控制信息： 读/写、选中片选等

§4.1.2 I/O接口的端口1、端口端口1端口2 端口3端口—用于存放信息的、 CPU直接访问锁存器、 缓冲器。

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数据端口、状态端口、控制端口。

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2、端口的分类① 数据端口 数据端口根据I/O设备的需要，可能单向输出、单向输 入或是双向的，双向数据端口往往同时具有锁存及三态缓 冲功能。 ② 状态端口 CPU通过读状态端口了解I/O设备的工作状态，状态端口 是只读端口，一般包含三态缓冲器。 ③ 控制端口 对I/O设备的控制命令通过写控制端口发出。控制端口 是只写端口，一般都具有锁存功能。

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§4.1.3 I/O接口的主要功能 实现与不同外设的速度匹配 数据缓冲、隔离、和锁存 改变信号的形式和数据格式进行变换 实现I/O端口的寻址

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§4.1.4 I/O接口编址1、统一编址

一致的读 写信号 0000H

RD/WR

I/O与存储器(RAM)的地址不重复，读 写指令一致，只是根据地址来区分操作对 象是RAM还是I/O。优点：无需专门的I/O指令，对I/O操作指 令丰富，可进行算术和逻辑运算； 缺点：占用存储器地址，因外设功能各不 相同，需要复杂的电路进行时序配合。2FFFH2014/06

存 储 器1FFFH 2000H

I/O

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2、独立编址I/O与存储器(RAM)的地址重复，用不同的读写信号和指令 区分。存储器读写：MEMW,MEMR,I/O读写：IOR,IOW (PC/XT)

优点：电路简单，不占用MEM空间；缺点：I/O指令单一。

IN AL, 10H OUT 10H, AL2014/06

AND [SI], AX ADD [DI], BX

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§4.1.5 I/O接口控制方式程序控制方式、中断控制方式、

直接存储器存取方式。 (DMA方式)和输入/输出处理机方式 。

1、程序控制方式程序控制方式是指在程序控制下进行信息传送。分为 无条件传送方式和有条件传送方式。

1)无条件传送(同步传送): 应用于定时为已知的且固定不变的低速I/O。 无需等待的高速I/O。2014/06

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2)有条件传送方式查询方式，一般查询传输时 一个I/O设备有两个端口地址， 一个为数据口地址，一个为状态 口地址。CPU先读取状态口的数 据，看看当前外设的状态准备好 没有，若准备好则开始读写数据 口，传输数据；若未准备好则循 环读取状态口地址等待外设准备 好。

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查询式输入接口电路 《新编微机原理与应用》 —中国电力出版社数据口

状态口

控制口

A7 ~ A0

Poll: In al, S_port Test al, 80h Jz poll In al, D _port数据端口 D7 D62014/06

状态端口 D7 D01位

8位

查询式输出接口电路 《新编微机原理与应用》 —中国电力出版社数据口控制线

I/O

控制线

Poll: In al, S_port Test al, 80h Jnz poll mov al, store Out D_port, al 2014/06

状态口

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2、中断控制方式当外部设备与CPU进行数 据交换时，由接口发出一个中 断请求信号，CPU响应中断请 求，在中断服务程序中完成一 个字节或一个字的信息交换。

主程序

中断响应 中断 服务 程序 中断返回

中断请求

每操作一次，CPU要打断原来执行的程序去执行中 断服务程序，对速度较高的外部设备会产生信息丢失。2014/06

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3、DMA控制方式 DMA控制方式是一种块传送数据的方式。HLDA

I/O 接口 外设

DMAC CPU 直接存 (AL ,AX ) 储器访 问控制

存储器

发存储器地址 修改地址 指针

传送数据

传送结束？

DMA结束2014/06

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4.2 I/O接口结构及芯片分类§4.2.1 I/O接口的内部结构I/O接口电路 DB 数据寄存器 C P U AB 状态寄存器 CB 控制寄存器 控制 数据 状态

外设

§4.2.2 I/O接口的外部特性I/O接口的外部特性由其对外的引出信号体现。接口信号分 为面向主机或CPU一侧的信号和面向外设一侧的信号。对面 向CPU一侧的信号，有数据总线、地址总线和控制总线。2014/06

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§4.2.3 I/O接口芯片分类1、通用接口芯片支持通用的输入/输出及控制接口芯片；适用于大部分外 部设备，例如并行接口芯片8255,串行接口芯片8251等。

2、面向微机系统的专用接口芯片与CPU配套使用，以增强其整体性能。例如用来扩展系 统中断功能的中断控制器8259A,用来支持DMA

数据高速传 送的DMA控制器8237,用来为系统提供定时和计数功能的 定时/计数器8253等。

3、面向外设的的专用接口芯片针对某种外设而设计，例如键盘/显示器接口芯片8279 可支持简易键盘和数码显示器。2014/06

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4.3 I/O接口结构及芯片分类8255A是Intel系列的并行接口芯片，它是可编程的，可 设置其工作方式，不需要再附加外部电路。

§4.3.1 8255A内部结构及引脚功能1、与外设接口1) 端口A1个8bit的数据输入锁存，一个8bit的数据输出锁存/缓冲器；

2) 端口B1个8bit的数据输入缓冲，一个8bit的数据输出锁存/缓冲器；

3) 端口C1个8bit的数据输入缓冲，一个8bit的数据输出锁存/缓冲器；2014/06

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2、内部控制逻辑电路端口C: 端口C常被分成2个 4位端口，分别作为 端口A和端口B的输 入输出控制线和状态 信号线，与端口A、 端口B配合使用。

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3、与CPU接口接受CPU对控制端口的命令(控制字),可以独立地 设置8255A中3个端口的工作方式。 1)数据总线缓冲器双向三态8bit数据缓冲器，与CPU的数据总线相连，同时 与8255A的内部数据总线相连，接受从CPU发出的控制字, 输 入输出数据, 同时也向CPU传输8255A的状态字。

2)读/写控制逻辑电路CPU发送的读/写信号，其中A0 , A1寻址8255A内部寄存 器，共有3个数据端口，1个控制端口。

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