输入输出接口和总线
微机原理与接口技术填空
计算机基础知识1．系统总线由地址总线数据总线控制总线三类传输线组成。
2．微型计算机由中央处理器存储器输入/输出接口和系统总线组成。
3．计算机的硬件结构通常由五大部分组成。
即运算器控制器存储器输入设备和输出设备组成。
4．一个完整的微机系统应包括硬件系统和软件系统两大功能部分5．微处理器由运算器控制器和少量寄存器组成。
6．以_微型计算机____为主体，配上系统软件和外设之后，就构成了__微型计算机系统____。
7．8位二进制整数，其补码所能表示的范围为 -128—127,-1的补码为OFFH 。
8．一带符号数的8位补码为11110111B，它所表示的真值为-9D。
9．将二进制数101101.101转换为十进制数为45.625。
10．8位二进制补码10110110代表的十进制负数是-74D。
11．将压缩BCD码01111001转换成二进制数为01001111B。
12．将压缩BCD码01111001转换成十进制数为79D。
13．X、Y的字长均为12位，已知[X]反＝A3CH，原码为0DC3H，[Y]反＝03CH，则X-Y的补码为0A01H。
14．带符号数在机器中以补码表示，十进制数-78表示为FFB2H。
15．已知X的补码是11101011B，Y的补码是01001010B，则X-Y的补码是10100001B。
16．ASCII码由 7 位二进制数码构成，可为 128 个字符编码。
17．在计算机中，用二进制表示实数的方法有两种，分别是定点法浮点法18．将二进制数1011011.1转换为十六进制数为__5B.8H_____。
19．将十进制数199转换为二进制数为____ 11000111____B。
20．BCD码表示的数,加减时逢__10____进一，ASCII码用来表示数值时，是一种非压缩的BCD码。
21．十进制数36.875转换成二进制是___100100.111____________。
22．十进制数98.45转换成二进制为__1100010.0111_B、八进制__142.3463________Q、十六进制__62.7333________H。
单片机中的输入输出接口技术讲解
单片机中的输入输出接口技术讲解单片机（Microcontroller Unit，简称MCU）作为一种集成了微处理器核心、内存、输入输出接口和外部设备接口的集成电路，广泛应用于各种嵌入式系统中。
其中，输入输出接口技术是单片机的核心组成部分之一，它能够实现单片机与外部设备的高效通信和数据交换。
本文将就单片机中的输入输出接口技术进行详细讲解。
一、基本概念输入输出接口（Input/Output Interface，简称I/O Interface）是单片机与外设之间传输数据、信号的桥梁。
它负责转换单片机内部的电信号与外部设备的电信号之间的逻辑和电平转换。
在单片机应用中，常见的外部设备包括按键、LED灯、LCD显示屏、步进电机等。
二、数字输入输出接口1. 数字输入接口数字输入接口主要通过端口的工作方式与外设通信，常见的数字输入接口有通用并行接口（General Purpose Parallel Interface，简称GPIO）和外部中断（External Interrupt）。
GPIO是单片机中最常见的通用输入输出接口，它具有多种工作模式，可以通过软件控制单片机与外设之间的数据传输。
GPIO的主要功能是将单片机的高低电平与外部设备的高低电平进行转换。
通过控制GPIO的输入输出状态，可以实现与外设之间的数据交换和通信。
外部中断是一种特殊的输入接口，它能够实现对外部事件的高效响应。
当外部事件触发时，单片机会立即跳转到相应的中断服务程序进行处理。
外部中断常用于读取按键输入、检测传感器状态等场合。
2. 数字输出接口数字输出接口是单片机将数据传输出给外部设备的接口。
常见的数字输出接口有通用并行接口（GPIO）、定时器（Timer）和比较器（Comparator）。
GPIO作为通用输入输出接口，在数字输出方面同样起到重要作用。
通过控制GPIO的输出状态，单片机可以向外设发送数据、控制外设的开关状态等。
定时器是一种重要的数字输出接口。
IO接口与总线
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
第5章 输入、输出接口P0～P3--1讲解
武汉科技大学
电信系
2. P1口 字节地址90H,位地址90H—97H
P1.0—P1.7: 准双向I/O口 输出时一切照常，输入时要先对其写“1”
读锁存器
内部 总线
写锁 存器
2
DQ CK /Q
1
读引脚
单片机及接口技术
Vcc 内部上拉电阻
引脚P1.X
17
第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P1口
输入数据时，要先对其写“1”
读锁存器
Vcc 内部上拉电阻
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
1
CK /Q
0
截 引脚P1.X 止
1
读引脚 =1
18
单片机及接口技术
第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P1口
读锁存器
输出数据 1 时
内部 总线 1
写锁 存器
2
DQ
1
CK /Q
0
1
Vcc 内部上拉电阻
1
读引脚 =0
控制=1时，此脚作通用输出口： 输出=1时
23
单片机及接口技术
第五章 输入、输出接口P0～P3
武汉科技大学
电信系
P2口
读锁存器
内部 总线 0
写锁 存器
2
DQ CK /Q
地址高8位 控制 =1
Vcc 内部上拉电阻
0
1
3
=0
导 引脚P2.X 通
1 读引脚 =0
单片机及接口技术
控制=1 时，此脚作通用输出口： 输出=0 时
例5-1.设计一电路，监视某开关K，用发光二极 管LED显示开关状态，如果开关合上，LED亮、 开关打开，LED熄灭
什么是计算机总线 总线和接口的区别
什么是计算机总线总线和接口的区别什么是计算机总线这个和计算机主机的构造有关系，首先，我们都知道计算机的cpu由两个部分组成，一个是控制单元，另一个是算术逻辑单元，cpu的控制单元负责计算机各个组件的协调与沟通，什么是沟通？就是数据传输，比如输入设备将信息传输到主存储器中，主存储器将数据传输到cpu中，cpu计算结果输出到输出设备等等。
而cpu 的算术逻辑主要是进行逻辑上的运作，判断等，比如加减乘除运算。
cpu只负责运算和协调控制各个组件，那么它所需要的数据从哪里来呢？答案是从主存储器那里来，输入设备会将用户输入的数给cpu（这是Intel的构架，AMD直接将主存储器和cpu连接而不通过北桥），北桥通往cpu的总线，因为需要连接主存储器和显示适配器等，因此需要极高的速度，我们把这条总线称之为系统总线，总线一次能传输的数据一般是32bit和64bit两种，而这些连接北桥通往cpu的设备，又有一个用来衡量传输能力的标准，叫做外频，举个例子，如果外频是333MHz的话，就意味著这些连接北桥的设备，每秒进行3.33*10 次传输，计算机中还有一个被固定死的倍频，cpu的主频（及每秒运作多少次）=外频*倍频，据说这个概念是为了协调高速cpu与低速外部设备而设计的==。
外部设备的每秒数据传输量=每秒传输多少次*总线宽度即可得之。
下面来说一下南桥，南桥和北桥一样，也是用来连接计算机设备的，主要是连接低速的网卡，USB设备，音频，硬盘等设备，连接这些设备也是由一条总线牵连，我们叫做I/O总线，至于PCI，PCI-Express是啥？我们就拿PCI-Express说事吧，PCI-Express就是总线接口，从主板表面上看，就是主存储器，显示适配器的插槽嘛，PCI-Express是新一代的总线接口，用来取代老式的PCI，AGP等，别小看这个东东，他影响着数据的传输速度哦，现在很多硬件都是往匹配PCI-Express方向发展，SATA是啥？和IDE插槽一样，是用来连接硬盘设备的，最后附上一张图：总线和接口的区别CPU与外设设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，后者称为储存器接口。
系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验报告
系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验报告一、实验目的1.理解总线与总线接口的概念，了解总线接口的基本输入输出功能。
2.学习使用系统总线进行数据传输的方法。
3.掌握总线接口的基本编程方法。
二、实验原理系统总线是一种计算机系统中实际存在的、能够传输信息的一组导线或卡槽。
实现计算机各个部件间数据传输的功能。
具有高速、可靠、灵活等特点。
总线接口是指计算机中各种扩展设备与主板、芯片等之间连接器的一种电路设计。
总线接口的基本输入输出功能包括数据读取、数据写入、地址读取、地址写入等。
总线接口的编程方法由物理地址访问和逻辑地址访问组成。
物理地址访问是将实际存放数据的地址传递给总线接口，逻辑地址访问是将对应的逻辑地址转化为物理地址然后传递给总线接口。
三、实验器材1.个人电脑2.跑虚拟机的电脑或实机3.开发板或仿真器4.计算机总线卡5.串行通信接口6.实验用数据、程序4.实验步骤1.准备工作(1)将开发板或仿真器连接到计算机，并进行相应的设置。
(2)将计算机总线卡插入计算机的PCI插槽中，并与开发板或仿真器之间进行连接。
(3)将串行通信接口连接至开发板或仿真器的相应引脚上。
2.完成数据传输(1)先进行地址写入和数据写入操作，以确定要传输的数据的位置和内容。
(2)再进行地址读取和数据读取操作，以读取相应位置上的数据。
(3)读取到的数据会被传输到串行通信接口，然后通过串口发送到外部设备。
(4)如果需要，可以重复进行以上操作以进行连续数据传输。
3.编写程序根据实验内容，编写相应的程序实现数据的读取和传输过程，并进行调试和优化。
5.实验结果通过本次实验，我了解了系统总线和总线接口的基本输入输出功能，并学会了总线接口的编程方法。
同时，我也掌握了数据传输的方法，能够熟练地进行数据的读写操作，并能够编写相应的程序进行调试和优化。
6.实验总结通过本次实验，我对系统总线和总线接口的概念有了更深刻的理解，也学会了一些实际应用的技巧。
微型计算机系统的名词解释
微型计算机系统的名词解释在现代科技的飞速发展下，计算机已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
作为计算机的重要组成部分，微型计算机系统也逐渐进入了我们的视野。
本文将对微型计算机系统相关的名词进行解释，帮助读者更好地理解和使用这些概念。
一、微型计算机系统微型计算机系统，简称微机系统，是指在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、内存、输入输出（I/O）接口和其他辅助电路的计算机系统。
与传统的大型计算机系统相比，微型计算机系统具有体积小、成本低和功耗低的特点。
它广泛应用于个人电脑、游戏机、移动设备等领域。
二、中央处理器（CPU）中央处理器是微型计算机系统的核心组成部分，负责执行计算机指令和控制计算机的操作。
CPU由控制器和算术逻辑单元组成。
控制器负责解码指令和控制数据流动，而算术逻辑单元则执行各种算术和逻辑运算。
现代微型计算机系统中常用的CPU有Intel的芯片和AMD的芯片。
三、内存内存是微型计算机系统中用于存储数据和指令的地方。
它被分为主内存和辅助内存两部分。
主内存通常是指计算机中可直接访问的存储空间，常见的有随机存取存储器（RAM），它可以在CPU和外部设备之间进行数据传递。
而辅助内存则是指计算机中的硬盘、光盘等外部存储设备，用于持久地存储数据和程序。
四、输入输出（I/O）接口输入输出接口是微型计算机系统与外部设备进行数据交换的接口。
它使得计算机与键盘、鼠标、打印机、显示器等设备之间能够进行数据传输和控制。
常见的I/O接口有USB接口、HDMI接口、网口等。
通过这些接口，计算机能够与外部设备进行信息交流和数据处理。
五、操作系统操作系统是微型计算机系统中的关键软件之一，它管理和控制计算机的各种资源，并为用户提供友好的界面。
操作系统负责进行任务调度、内存管理、文件管理、设备管理等工作，使得计算机能够高效地运行和协调各种应用程序。
常见的操作系统有Windows、macOS、Linux等。
六、图形处理单元（GPU）图形处理单元是微型计算机系统中专门用于图形计算和显示的处理器。
计算机组成3输入输出和总线
计算机组成3输入输出和总线姓名：［填空题］*1.输入设备就是负责把计算机中所要处理的问题转换为计算机内部所能接受和识别的（）信息。
［单选题］*A . ASCII 码B .二进制（正确答案）C.数字D .电2.最标准的输出设备是（）［单选题］*A .鼠标B .投影仪（正确答案）CB - Bg.■亚不命D.数码相机3.在下列设备中，属于输出设备的是（）［单选题］求A.数字扫描仪B .打印机正确答案）C .鼠标D .键盘4.显示器的一项性能指标为0.24mm,它指的是（）［单选题］*A .点间距正确答案）B .对比度c .灰度级D .分辨率5.显示器的性能指标中，反应的是图像（字符）和背景的浓度差的是（）I单选题］*A .对比度正确答案）B .灰度级C .点间距D .分辨率6.显示器性能指标中，表示字符每秒钟在屏幕上出现次数的是（）［单选题］*A .行频B .点间距C .灰度级D .帧频正确答案）7.显示卡是（）与主机之间的接口。
［单选题］*A .显示器正确答案）8.显存C . AGP接口D .内存8.系统总线中，（）总线的传送是双向的。
［单选题］*A.地址和控制B .地址C .控制D .数据正确答案）9.微机系统之间或微机系统和其他系统之间信息传输的通路是（）［单选题］*A.内部总线B.系统总线C .外部总线正确答案）D.控制总线10.微型计算机常用的系统总线中，（）总线的数据传输速率最高。
［单选题］*A . PCI-E（正确答案）B . PCIC . AGPD . ISA11.按照总线的功能分类，总线可以分为（）*A .内部总线正确答案）B .系统总线（正确答案）C.同步总线D .外部总线正确答案）12.以下设备，（）是输入设备。
*A .触摸屏（正确答案）B .显示器C ,条形码阅读器正确答案）D .手写笔正确答案）13.以下指标中，（）是显示器的主要性能指标。
*A .像素、分辨率正确答案）B .屏幕尺寸、帧频、扫描方式（正确答案）C .点间距、灰度级（正确答案）D .对比度、行频正确答案）14.下列关于PCI-E的叙述正确的是（）*A . PCI-E是有英特尔提出，且是PCI的更高的发展，目前是为最新的总线和接口标准正确答案）B . PCI-E数据传输率高，是一种点对点串行连接的设备连接方式正确答案）B . PCI-E数据传输率高，是一种点对点串行连接的设备连接方式正确答案）c . PCI-E设备具有支持热拔插以及热交换等特性（正确答案）D .正逐步被PCI总线替代15.以下总线属于外部总线的是（）*A.数据总线B . EIA-RS-232串行总线（正确答案）C . USB总线:正确答案）D.地址总线16.显示器的屏幕尺寸指的是显示器屏幕的面积，单位是英寸。
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DMA传输:
外设
内存
外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担 当数据传输的中介者；
总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU 要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写 控制信号均由DMAC提供。
优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据直 接在内存和外设之间交换，可以达到很高的 传输速率（可达几MB/秒）
D7 Q2
反相器
c
Q3
d
Q4
e
CP Q5
f
Q6
g
Q7
DP
74LS244
D0 O1 I1 D1 O2 I2 D2 O3 I3 D3 O4 I4
#E1
+5V K0～K3
ห้องสมุดไป่ตู้应程序段如下：
……
Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H
DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
第六章 输入/输出接口和总线
本章内容
基本概念
I/O端口的编址 输入输出的基本方法：
1、程序控制的输入/输出方法 （又分为：无条件传送和查询式传送或有条件传送）
2、中断方式传送 3、DMA方式传送
中断
中断基本概念
DMA*
DMA的基本概念
6.1 输入/输出接口（I/O接口）
6.1.1 概述
常用芯片：(教材图6.3)
74LS373(具有三态输出的锁存器，内部结构见图 6.3)
应用例子：发光二极管接口
74LS373
+5V
D0～D7 A0～A15 IOW#
D0 ｜
Q0
=1
R
译
D7 ...
...
... ...
码
CP
器
R
Q7
=1
/OE
GND
输入/输出接口综合应用例子
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号
不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每 一个端口都赋予一个惟一编号——称为端口地址 (或端口号)。
端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。
1. 统一编址
地址空间(共1MB)
把外设接口与内存统一进行
0
编址。各占据统一地址空间
的不同部分。
优点
指令统一，灵活； 访问控制信号统一，使用同一
总线是计算机系统各部件之间传输地址、 数据和控制信息的通道。
任一时刻，只能有一个部件/设备通过总 线发送数据，其他部件只能处于接收状 态。
总线的分类及特点
按传送信息的类型划分
数据总线（Data Bus，DB）
传输数据信息，双向三态 其宽度决定了其数据传输能力
例如，ISA总线为16位，PCI总线为32/64位
A2 A1 A0
IOR
74LS138
&G
Y0
≥1
G2A
G2B
C
Y3
B
A
D5
≥1 3F8H
74LS374
D7-D0 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1
CP Q0 OE
3FBH
≥1
BUSY Q S D
Q CP 状态端口
D7 外 D6 设
D5 D4 D3 D2 D1 D0
STROBE
程序段？
6.3.3 中断方式传送
用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管
74LS273的端口地址假设为F0H
用74LS244作为输入口，读入开关K0～K3的状态
74LS244的端口地址假设为F1H
当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上 对应显示’0’～’F’
(7段码表见下页)
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
DMA传送原理示意图
CPU
②⑥
HOLD
HLDA
③⑦
DMAC
①
DRQ
DACK
④
外设接口
AEN IOW IOR
AEN MEMW MEMR
IOW IOR AEN MEMW MEMR IOW IOR
MEMW MEMR
系统总线
⑤
① 外设发出DMA请求 ② DMAC向CPU申请总线 ③ CPU完成当前总线周期后响应，并释放总线控制权 ④ DMAC得到总线控制权，并发出DMA响应信号 ⑤ 由DMAC发出各种控制信号，控制外设与存储器之
I/O地址空间
0000H
内存空间 (1MB)
FFFFH
I/O空间 (64KB)
FFFFFH
例如：8088/8086系统
MEMR、MEMW
8
存储器访问
0
A19-A0
8
6 总
IOR、IOW 、AEN
I/O访问
线
A9-A0
8088/8086 CPU的I/O编址方式
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)
组的地址/控制信号。
缺点
内存可用地址空间减小
EFFFFH F0000H
FFFFFH
内存地址 (960KB)
I/O地址 (64KB)
2. 独立编址
外设地址空间和内存地址空间相互独立。
优点：内存地址空间不受I/O编址的影响
缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号
内存地址空间
00000H
F0H = 0000 0000 1111 0000 F1H = 0000 0000 1111 0001
D0～D7
IOW#
译码电路
≥1
A7～A4
A15～A8
A3 A2 A1 A0
74LS138
&G Y0
≥1 G2A
G2B
C B
Y1
A
IOR#
≥1
74LS273
7406 Rx8
D0 Q0
a
| Q1
8个
b
适用于总是处于准备好状态的外设 以下外设可采用无条件传送方式：
开关 发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等) 继电器 步进电机
优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄
6.3.2 查询方式传送
适用于外设并不总是准备好，而且对传送速 率、传送效率要求不高的场合。
地址总线（Address Bus，AB）
传输地址信息，单向三态 其宽度决定了微机系统的寻址能力
例如，ISA为24位，可寻址16MB；PCI为32/64位，可寻址 4GB/224TB
控制总线（Control Bus，CB）
传输控制信号、时序信号和状态信号 特点各异：三态、入/出/双向等特性均不相同
什么是I/O接口？
把外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。实现外设与主机之 间的信息交换。
I/O接口要解决的问题
速度匹配(Buffer) 信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
串行
数据按位进行传送 速度慢、距离远、成本低 例： PC机的串行接口(通常用于串行通信)
6.2 简单接口电路
6.2.1 接口电路的基本结构
译码
AB
电路
接 主 DB 机
CB
控制
逻辑
数据输入寄存器 （or 三态门）
数据输出寄存器 （锁存器）
状态寄存器 （or 三态门）
命令寄存器
数据线
接 状态线 外
例如： 某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H， 则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用 来确定4个端口中的某一个。
6.1.4 I/O数据的传送方式
并行
一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送 速度快、距离短、成本高 例：PC机的并行接口(通常用于连接打印机)
形状
7段码 .gfedcba
00111111 00000110 01011011 01001111 01100110 01101101 01111101 00000111
符号 ’8’ ’9’ ’A’ ’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
01111111 01100111 01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001
现
数据输出接口
常用锁存器实现
三态门：高电平、低电平、高阻态
通常一个器件中包含8个三态门 常用芯片：74LS244（见241页） 应用例子：开关接口
工作波形图如下：
A0~A15 IOR#
译码输出
D0~D7
地址有效 开关状态
简单的输入接口举例
接口电路图如下：
D0-D7
译码器
IOR
A2 A3 A4
设
控制线
数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的 数据
命令寄存器——存放控制命令，用来设定接 口功能、工作参数和工作方式。
状态寄存器——保存外设当前状态，以供 CPU读取。
简单接口电路
数据输入接口
必须具有三态输出能力，以便与总线挂接 外设有数据保持能力时—可用三态门实现 外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实
……
LEA BX, Seg7
；取7段码表基地址
MOV AH, 0
；先清零，以后要和AL联合使用
GO: MOV DX, 0F1H
；开关接口的地址为F1H
IN
AL, DX
；读入开关状态
AND AL, 0FH
；保留低4位
MOV SI, AX
；作为7段码表的表内位移量