单片机的输入输出与接口技术
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术
单片机（Microcontroller）是集成了微处理器核心、存储器、输入输出接口和定时器等外设功能于一芯片之中的微型计算机。
单片机的工作原理是通过中央处理器（CPU）来执行存储于存储器中的程序，根据程序中的指令进行运算和控制。
它的输入输出接口用于与外部设备连接，如传感器、执行器等，完成信号的输入、输出和控制操作。
单片机的工作流程通常包括以下几个步骤：
1. 初始化：单片机启动时对各个外设进行初始化设置。
2. 输入数据：通过输入接口从外部设备或传感器中接收数据。
3. 运算处理：CPU对接收到的数据进行运算和处理，执行程序指令。
4. 输出数据：通过输出接口将处理后的数据送给外部设备
或执行器进行控制。
单片机的接口技术包括以下几种：
1. 数字输入输出（Digital I/O）：用于处理数字信号的输
入和输出，通过高低电平的变化来进行数据传输和控制。
2. 模拟输入输出（Analog I/O）：用于处理模拟信号的输
入和输出，通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数
字信号进行处理。
3. 串口通信（Serial Communication）：通过串口接口与外部设备进行数据的收发和通信，如RS-232、RS-485等。
4. 并口通信（Parallel Communication）：通过并口接口与外部设备进行数据的并行传输和通信，如打印机接口。
5. 定时器计数器（Timer/Counter）：用于生成定时和计
数功能，可实现时间的测量、延时等操作。
单片机的接口技术可以根据应用需求进行选择和配置，以实现与外部设备的连接和通信，完成各种控制和数据处理任务。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术在当今数字化时代，单片机已经成为嵌入式系统设计中不可或缺的重要组成部分。
本文将介绍单片机的工作原理以及与外部设备进行通信的接口技术。
单片机工作原理单片机是一种集成了处理器、存储器和输入输出设备等功能模块的微型计算机系统。
它通常由中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、计时器（Timer）、串行通信接口（UART）和引脚（Port）组成。
单片机的工作原理可以简要描述为以下几个步骤：1.初始化：单片机在上电时会执行初始化程序，设置各种工作模式、配置寄存器等。
2.执行程序：单片机会根据存储器中存储的程序指令序列来执行相应的操作，包括算术逻辑运算、控制流程等。
3.输入输出操作：单片机通过输入输出接口与外部设备进行通信，如传感器、执行器等。
4.中断处理：单片机可以在特定条件下触发中断请求，暂停当前执行的程序，转而执行中断服务程序，处理相应的事件或信号。
单片机接口技术单片机与外部设备的通信主要依赖于接口技术，包括数字输入输出接口、模拟输入输出接口以及通信接口等。
数字输入输出接口数字输入输出接口用于与二进制设备进行通信，通过配置相应的引脚工作在输入或输出模式，实现信号的采集与输出。
常用的数字输入输出方式包括GPIO口、SPI接口、I2C接口等。
模拟输入输出接口模拟输入输出接口用于处理模拟信号，包括模拟输入端口和模拟输出端口。
模拟输入端口通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号，模拟输出端口则通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
通信接口通信接口是单片机与外部设备进行数据交换的重要手段，主要有串行通信接口（UART）、并行通信接口（Parallel）、CAN接口等。
通过这些通信接口，单片机可以实现与其他设备的数据交换与通信。
结语单片机原理及接口技术是嵌入式系统设计的基础知识，通过深入了解单片机的工作原理和接口技术，可以更好地应用单片机进行系统设计与开发。
希望本文对读者有所帮助，谢谢！以上是关于单片机原理及接口技术的简要介绍，希望能对读者有所启发。
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。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机（Microcontroller）是一种集成了微处理器核心、存储器、输入/输出端口和定时器等功能于一体的计算机系统。
它具有成本低廉、体积小巧、功耗低等优点，广泛应用于各个领域。
本文将介绍单片机的原理及接口技术。
一、单片机原理1. 单片机的组成结构单片机通常由CPU、存储器、输入/输出口、定时/计数器、中断系统等组成。
其中，CPU是单片机的核心，负责执行程序指令；存储器用于存储程序和数据；输入/输出口用于与外部设备进行数据交互；定时/计数器用于计时和计数；中断系统可以处理外部事件。
2. 单片机的工作原理单片机工作时，先从存储器中加载程序指令到CPU的指令寄存器中，然后CPU执行指令并根据需要从存储器中读取数据进行计算和操作，最后将结果写回存储器或输出到外部设备。
3. 单片机的编程语言单片机的程序可以使用汇编语言或高级语言编写。
汇编语言是一种低级语言，直接使用机器码进行编程，对硬件的控制更加精细，但编写和调试难度较大。
而高级语言（如C语言）可以将复杂的操作用简单的语句描述，易于编写和阅读，但对硬件的控制相对较弱。
二、单片机的接口技术1. 数字输入/输出接口（GPIO）GPIO是单片机与外部设备进行数字信号交互的通道。
通过配置GPIO的输入或输出状态，可以读取外部设备的状态或者输出控制信号。
GPIO的配置包括引脚的模式、电平状态和中断功能等。
应根据具体需求合理配置GPIO，以实现与外部设备的稳定通信。
2. 模拟输入/输出接口单片机通常具有模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），用于模拟信号的输入和输出。
ADC将模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行处理。
而DAC则将数字信号转换为模拟信号，用于驱动模拟设备。
模拟输入/输出接口的配置需要考虑转换精度、采样率和信噪比等因素。
3. 串行通信接口串行通信接口允许单片机与其他设备进行数据交换。
常见的接口包括UART（通用异步收发器）、SPI（串行外设接口）和I2C（串行外设接口），它们具有不同的通信速率和传输协议。
单片机原理和接口技术
单片机原理和接口技术单片机（Microcontroller）是一种集成电路芯片，内部包含了中央处理器（CPU）和其他外围设备，具有自身的存储器和输入输出接口。
它可以完成各种控制任务，是嵌入式系统中最常见的控制核心。
单片机原理和接口技术涵盖了单片机的工作原理、结构和功能以及单片机与外部设备之间的通信和连接方式。
本文将对单片机原理和接口技术进行详细介绍。
一、单片机原理1.1单片机的结构单片机的结构主要由CPU核心、存储器、输入输出（I/O）接口和时钟系统等组成。
-CPU核心：单片机的核心是中央处理器，负责执行指令、数据处理和控制任务。
常见的单片机核心有8位、16位和32位等。
-存储器：单片机的存储器包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
ROM用于存储程序代码，而RAM用于存储中间数据和变量。
-I/O接口：I/O接口用于与外部设备进行通信。
根据单片机的不同型号，I/O接口可以包括通用I/O口、串口、并口、定时器、ADC/DAC等。
-时钟系统：时钟系统提供单片机工作的时钟信号。
单片机通常需要时钟信号来同步其内部操作。
1.2单片机的工作原理单片机的工作可以分为两个主要阶段：初始化阶段和执行阶段。
-初始化阶段：在该阶段，单片机进行初始化设置，包括设置时钟、配置I/O接口的功能和状态等。
-执行阶段：在该阶段，单片机根据程序存储器中的指令进行操作和控制。
它从程序存储器中读取指令、执行指令、处理数据、进行输入输出等。
单片机以指令为单位进行工作，每条指令由操作码和操作数组成。
根据指令的类型，单片机可以执行算术运算、逻辑运算、数据传输、控制跳转等操作。
1.3单片机的编程语言单片机可以使用汇编语言或高级语言进行编程。
汇编语言直接操作单片机的寄存器和硬件接口，效率较高但编写复杂。
高级语言可以通过函数调用和库函数简化编程，但效率相对较低。
二、单片机接口技术2.1通用I/O口通用I/O口是单片机最常见的接口类型，可以连接各种外部设备，如开关、LED灯、数码管等。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术（上）一、单片机基本原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）和定时/计数器等模块所组成的一个微型计算机系统。
单片机通过程序控制，能够完成各种控制任务和数据处理任务。
目前，单片机已广泛应用于计算机、通讯、电子、仪表、机械、医疗、军工等领域。
单片机的基本原理是程序控制。
单片机执行的程序，是由程序员以汇编语言或高级语言编制而成，存放在存储器中。
当单片机加电后，CPU按指令序列依次从存储器中取得指令，执行指令，并把执行结果存放到存储器中。
程序员通过编写的程序，可以对单片机进行各种各样的控制和数据处理。
单片机的CPU是整个系统的核心，它负责执行指令、处理数据和控制系统的各种操作。
CPU通常包括运算器、控制器、指令译码器和时序发生器等模块。
其中，运算器主要用于执行算术和逻辑运算；控制器用于执行指令操作和控制系统的运行；指令译码器用于识别指令操作码，并将操作码转化为相应的操作信号；时序发生器用于产生各种时序信号，确保系统按指定的时间序列运行。
存储器是单片机的重要组成部分，用于存储程序和数据。
存储器一般包括ROM、EPROM、FLASH和RAM等类型。
其中，ROM是只读存储器，用于存储程序代码；EPROM是可擦写可编程存储器，用于存储不经常改变的程序代码；FLASH是可擦写可编程存储器，用于存储经常改变的程序代码；RAM是随机存储器，用于存储数据。
输入/输出接口（I/O）用于与外部设备进行数据交换和通信。
单片机的I/O口可分为并行I/O和串行I/O两类。
并行I/O通常包括数据总线、地址总线和控制总线等，用于与外部设备进行高速数据传输。
串行I/O通常通过串口、I2C总线、SPI总线等方式实现，用于与外部设备进行低速数据传输。
定时/计数器是单片机中的重要组成部分，它可以产生各种时间、周期和脉冲信号，用于实现各种定时和计数操作。
单片机原理接口及应用
单片机原理接口及应用单片机是一种集成电路芯片，包含了中央处理器、存储器和各种输入输出接口等基本组成部分。
单片机通过其接口与外部设备进行通信，实现各种应用。
1. 数字输入输出接口(Digital I/O Interface):单片机通过数字输入输出接口连接外部设备。
通过设置相应的寄存器和引脚配置，单片机可以读取外部器件的状态，并且能够控制外部器件的输出信号。
数字输入输出接口常用于连接开关、LED、蜂鸣器等设备。
2. 模拟输入输出接口(Analog I/O Interface):单片机的模拟输入输出接口可以将模拟信号转换为数字信号，或将数字信号转换为模拟信号。
通过模拟输入输出接口，单片机可以实现模拟信号的采集和输出，例如连接温度传感器、光电传感器等。
3. 串口接口(Serial Interface):串口接口是单片机与外部设备进行数据传输的重要接口。
单片机通过串口接口可以与计算机或其他单片机进行通信。
串口的通信速度和传输协议可以根据具体需求进行设置。
4. I2C总线接口(I2C bus Interface):I2C总线接口是一种常用的串行通信协议，具有多主机、多从机的特点。
单片机通过I2C总线接口可以与各种器件进行通信，如传感器、实时时钟等。
5. SPI接口(Serial Peripheral Interface):SPI接口是一种高速同步串行通信接口，常用于单片机与外部存储器、显示器和其他外设的连接。
SPI接口可以实现全双工通信，具有高速传输的优势。
6. 中断接口(Interrupt Interface):中断是单片机处理外部事件的一种方式。
通过中断接口，单片机可以响应来自外部设备的信号，并及时处理相应的事件，提高系统的实时性。
以上是单片机的一些常用接口及其应用。
不同的单片机具有不同的接口类型和功能，可以根据具体的应用需求选择合适的单片机型号。
单片机原理及接口技术
单片机原理及接口技术单片机是一种集成了微处理器、存储器和各种输入输出接口的微型计算机系统，它在现代电子设备中起着至关重要的作用。
单片机的原理和接口技术是单片机应用的核心，对于学习和应用单片机的人来说，深入了解单片机的原理和接口技术是非常重要的。
首先，让我们来了解一下单片机的原理。
单片机的核心是微处理器，它包括中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出端口（I/O口）等。
其中，中央处理器是单片机的大脑，负责执行程序和控制各种操作；存储器用于存储程序和数据；输入输出端口则是单片机与外部设备进行通信的接口。
单片机通过这些部件的协同工作，实现了各种功能和应用。
其次，让我们深入了解单片机的接口技术。
单片机的接口技术包括数字接口技术和模拟接口技术两大部分。
数字接口技术主要涉及数字输入输出、定时器、串行通信等方面，它是单片机与数字设备进行通信的重要手段；而模拟接口技术则涉及模拟输入输出、模数转换、比较器等方面，它是单片机与模拟设备进行通信的关键技术。
掌握好单片机的接口技术，可以让我们更灵活地应用单片机，实现更多样化的功能。
在实际应用中，单片机的原理和接口技术是紧密联系的。
只有深入理解单片机的原理，才能更好地应用其接口技术；而只有掌握了单片机的接口技术，才能更好地发挥单片机的功能和作用。
因此，学习单片机的原理和接口技术是至关重要的，它不仅可以帮助我们更好地理解单片机，还可以让我们更灵活地应用单片机，实现更多样化的功能。
总之，单片机原理及接口技术是单片机应用的核心，它对于学习和应用单片机的人来说至关重要。
通过深入了解单片机的原理和接口技术，我们可以更好地掌握单片机的工作原理和应用技巧，从而更好地应用单片机，实现更多样化的功能。
希望本文对大家对单片机原理及接口技术有所帮助。
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输入输出与接口技术
1
第一节
一、I/O接口基本概念
1、接口定义
接口概述
定义：是CPU与“外部世界”的连接电路，负责“中
转”各种信息。
2
分类：存储器接口和I/O接口。 位置：介于系统总线与外部设备之间。 2、I/O接口与I/O设备
不同I/O设备对应I/O接口不同。
I/O接口受CPU控制，I/O设备受I/O接口控制。 为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均具有可编 程功能。 微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和 连接。 微机接口技术是编程人员的一项基本技能。
Y0 15
D7-D0
D7-D0 设 备 侧 信 号
WR
RD CS Ax-A0
WR
RD CS Ax-A0
00H ： 1FH 20H ： 3FH 40H ： 5FH 60H ： 7FH
4
三、I/O接口组成
I/O接口由接口硬件和接口软件组成。 1、接口硬件
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5
(1)CPU侧引脚信号 思考1：CPU对接口有哪些操作？如何表示？ 思考2：CPU对接口的软件命令如何分解的？
思考3：接口如何识别已分解的软件命令？
地址总线信号(I)：区分接口的不同端口或CPU命令； 数据总线信号(I/O)：根据端口或命令类型，送数 据到对应的REG中，或从REG中取得数据或状态； 控制总线信号(I)：接口识别总线命令并控制执行； 状态总线信号(O)：接口为完成总线命令所需的响 应信号。
结果：通过前缀REP连续传送。
5、I/O端口与存储器端口访问的区别
命令类型：IN/OUT与MOV 寻址方式：直接、间接与多种方式
控制信号线：IOW/IOR与MEMW/MEMR
地址信号线：A0-A15与A0-A31
19
6、I/O端口访问例题
写出向8255A第2和第3个端口写数据的 指令，说明接口CPU侧信号变化过程。
地址总线
A1
A0
A1
A0
思考：多个接口同时存在时，如何简化译码电路？
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29
例2：多个接口的集中译码。
CPU
数据总线 地址总线 控制总线
MEM
DMA 8259
8253
8255
设 备 侧 信 号
1 2 3 5 4 6
A 14 B 74LS138 13 C
G2B G2A G1 Y7
12 11 10 9 7
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6
(2)外设侧引脚信号
数据信号：接口的缓冲REG与外设间的数据交换信 号，缓冲REG分输入和输出缓冲； 状态信号：外设工作状态送给接口的状态REG； 控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控 制、时序和同步信号。 思考1：从哪些方面实现CPU侧数据与外设侧数据的 转换？ 思考2：外设侧信号及时序的源头在哪里？
3
二、I/O接口功能
数据缓冲功能：通过寄存器或锁存器实现。
存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口。
接受和执行CPU命令功能：
存放CPU命令代码的寄存器称之为命令口，
存放执行状态信息的寄存器称之为状态口。
信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。
转换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。
可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。
OUT 60H，AL
OUT DX，34H
；
；
3、I/O端口与CPU的REG间I/O指令 种类：IN、OUT。 格式：IN AL,DX
OUT DX,AL
18
4、I/O端口与MEM间I/O指令 种类：INSB(W、D)、OUTSB(W、D)。 参数：用DX指定I/O端口地址，I/O时的目的/源RAM
地址用ES：DI(EDI)/DS：SI(ESI)指定。
I/O芯片名称 DMAC1 DMAC2 DMA页面寄存器 中断控制器1 中断控制器2 定时器 并行接口芯片(键盘接口) RT/CMOS RAM 协处理器 返回35页 地址范围 0000-001FH 00C0-00DFH 0080-009FH 0020-003FH 00A0-00BFH 0040-005FH 0060-006FH 0070-007FH 00F0-00FFH
转上二页
7
(3)内部控制逻辑 根据总线信号完成与CPU的通讯（CS#有效时）； 根据控制/状态REG、数据缓冲器控制外设侧信号。
CPU
I/O接口 CPU侧 外设侧
OUT DX,AL 接收新命令 按旧命令控制外设 按I/O接口信号处理
I/O设备
其它与接口无关指令 不与CPU通信 按新命令控制外设 按I/O接口信号处理
约定：一个I/O接口对应多个连续的I/O端口。
I/O接口芯片片选（CS）译码： IO/M信号(高电平)、AEN信号(无效)和I/O端口地 址高位。 I/O接口芯片内部端口译码： I/O端口地址低位。
28
例1：并行接口使用8255A芯片，地址空间60H-63H。
数据总线 RD WR 控制总线 RESET IO/M AEN A9-A2 D0-D7 PA0-7 RD WR RESET 8255A CS PB0-7 PC0-7
0300-031FH
03A0-03AF 0380-038FH 03B0-03BFH 03D0-03DFH 03C0-03CFH 03F0-03FFH 01F0-01FFH 0360-036FH 返回17页
27
用户扩展卡I/O端口地址选用原则： 系统配置占用的端口地址一律不能用； 厂家声明保留的端口地址不要用； 其余端口地址可用，为避免冲突最好采用DIP。 3、I/O端口地址分配的实现
使8255A的CS#有效。
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20
命令
MOV
T1
OUT DX，XXH
T2 T3 T4 T5
MOV
T6 T7
OUT DX，YYH
T8 T9 T10
CLK A15-A8 AD7-AD0 21H 00H XXH 22H 00H YYH
ALE
IO/M WD RD CS8255A CS其他
注意：CS#无效期间，接口与外设间仍在工作。
返回上页 返回35页 21
四、Pentium的I/O保护
I/O保护在保护模式下有效，在实地址模式下无效。 1、I/O特权级IOPL保护 保护通过比较当前任务的特权级CPL和标志REG(当前 任务的标志REG副本)的IOPL字段实现的。 若CPL≤IOPL，可执行IN、OUT、INS、OUTS、CLI、 STI等敏感指令(对IOPL敏感)；否则不行。 每个任务都有自己的IOPL，0级特权的过程可通过 POPF和IRET指令修改任务的IOPL。
MOV OUT MOV OUT DX，21H DX，XXH DX，22H DX，YYH
DMA
8255 空闲
00H ： 1FH 20H ： 3FH 40H ： 3FFH
思考1：为何8255A的地址从20H开始？ 系统设计时约定8255A的地址从20H开始。 思考2：如何实现8255A的地址从20H开始？ 系统实现：当命令为IN/OUT、地址为20H~23H时，
PC系列I/O地址线有16根，对应64K空间； PC/XT的I/O端口译码只使用了A0-A9，共1024个端口，
地址范围为0000H~03FFH。
不同的微机系统对I/O端口地址的分配不同。
初期：A9=0端口(512个)为系统板所用，其他端口
(512个)为扩展槽所用。
25
PC/AT：A8=A9=0端口(256个)为系统板所用，其他端 口(768个)为扩展槽所用。 系统板I/O接口芯片端口地址(0000H-00FFH)：
11
三、I/O处理机（IOP）方式
特点： I/O处理机接管了CPU的各种I/O操作及I/O控 制功能，CPU能与IOP并行工作。
要求：需要IOP支持。
应用：高速I/O归IOP管理，低速I/O设备归CPU管理。
12
第三节
一、I/O端口
1、I/O端口
I/O编址与访问
供CPU直接访问的接口中的REG或电路。
CPU对接口的控制与接口对外设的控制是独立的！ 例：并行接口8255有三个设备端8位口，如何设计
其外部接口？如何节省端口数量？
转上三页
8
2、接口软件（设备驱动程序） 初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件。 传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O设备有不
同的处理方式。
主控程序段：完成接口任务的程序。 程序终止与退出程序段：接口电路硬件保护及操作 系统中数据恢复。 辅助程序段：提供人-机对话手段。
通过操作系统的漏洞。
23
几种模式下I/O保护示意图：
I/O指令 实模式 Y 保护模式 N 虚拟8086模式
CPL≤IOPL
Y
I/O允许位映象 允许
N
允许访问
不允许访问
24
第四节
接口分析与设计方法
一、X86系列微机接口分析
1、I/O接口硬件分类 系统板上I/O芯片和I/O扩展槽接口卡。 2、I/O端口地址分配
15
3、Intel系列微机I/O编址
Intel系列微处理器支持I/O独立编址方式和I/O统一 编址（存储器映象I/O编址）方式。 I/O统一编址时，I/O地址不能缓存。 Intel系列微机系统仅支持I/O独立编址方式。
16
三、PC系列微机I/O端口访问
1、I/O端口地址空间 I/O端口地址空间：64K个8位端口空间。
9
第二节
一、程序控制方式
1、无条件传送方式
数据传输控制方式
特点：I时假设外设已准备好，O时假设外设空闲。 要求：接口I时加缓冲器，O时加锁存器。