第6部分输入输出技术
义务教育版(2024)信息技术六年级上册 第04课 输入输出与计算 教案
第4课输入输出与计算一、教学目标1.了解控制系统工作过程的三个环节。
2.能结合控制系统案例描述输入和输出。
3.通过分析控制系统的工作过程，提升分析问题的能力和计算思维能力。
二、教学重点与难点教学重点1.理解控制系统工作过程的三个环节。
2.掌握控制系统中的输入和输出。
教学难点1.对控制系统中计算环节的理解。
2.准确描述控制系统的输入和输出。
三、教学准备1.多媒体课件，包含各种控制系统的图片、动画等。
2.简单的控制系统模型，如温度控制系统模型、灯光控制系统模型等。
3.一些生活中控制系统的实物例子，如遥控器、自动感应灯等。
四、教学过程（一）导入新课师：同学们，在我们的生活中，有很多设备和系统都能够自动地完成一些任务。
比如，我们家里的空调可以自动调节温度，自动感应灯可以在天黑的时候自动亮起来。
这些设备和系统是怎么工作的呢？今天，我们就来学习控制系统工作过程中的输入、输出与计算。
（二）新课讲解1.控制系统的概念师：同学们，什么是控制系统呢？控制系统就是能够对一个对象进行控制，使其按照我们的要求进行工作的系统。
控制系统可以是简单的，也可以是复杂的。
比如，一个电灯的开关就是一个简单的控制系统，我们通过按下开关来控制电灯的亮灭。
而一个自动驾驶汽车就是一个复杂的控制系统，它需要通过各种传感器和计算机来控制汽车的行驶。
2.控制系统工作过程的三个环节师：控制系统的工作过程一般可以分为三个环节，分别是输入、计算和输出。
输入环节就是控制系统从外界获取信息的过程。
这些信息可以是各种物理量，比如温度、压力、光线强度等。
也可以是人的指令，比如按下按钮、转动旋钮等。
计算环节就是控制系统对输入的信息进行处理和分析的过程。
在这个过程中，控制系统会根据一定的规则和算法来进行计算，以确定应该采取什么样的行动。
输出环节就是控制系统将计算结果转化为实际行动的过程。
这个行动可以是控制一个设备的开关、调节一个设备的参数等。
3.输入环节（1）输入的类型师：同学们，我们已经知道了输入环节是控制系统从外界获取信息的过程。
第06章中断与DMA传输
(3) 内部中断
① 除法溢出中断（n=0）：
除数为零或商超过寄存器所能表达的范围。
② 单步中断（n=1） ：
TF=1，每执行完一条指令产生一次中断。 用于实现单步操作，是强有力的调试手段。
③ 断点中断 （n=3） ：
INT 3指令产生一个中断类型码为3的断点中断。
④ INTO指令 （n=4） ：
OF=1，则INTO指令引起类型码为4的内部中断； OF=0，此指令不起作用，程序顺序执行。
• 中断服务程序不同于一般的子程序：
子程序由某个程序调用，它的调用是由程序设定的， 它的执行时间是确定的。 中断服务程序由某个事件引发，它的执行一般是随 机的，不确定的。
(6)中断向量
中断服务程序的入口地址
(7) 中断系统
为实现计算机的中断功能而配置的相关硬件、软件的 集合称为中断系统。
6.1.2
高等学校计算机基础教育教材精选
杨文显
主编
现代微型计算机原理 与接口技术教程
（第二版）
第6章 中断与DMA传输
6.1 中断原理 6.2 可编程中断控制器8259A
6.3 中断方式输入输出
6.4 DMA控制器8237A
6.1 中断原理
6.1.1 中断的基本概念
(1) 中断
由于某个事件的发生，CPU暂停当前正在执 行的程序，转而执行处理该事件的一个程序。 该程序执行完成后，CPU接着执行被暂停的 程序。 这个过程称为中断。
中断工作方式的特点
(1) 并行处理能力
实现CPU和多个外设同时工作，提高CPU效率。
(2) 实时处理能力
计算机应用于实时控制时，对外部事件及时响应。
(3) 故障处理能力
及时处理故障，不影响其他程序的运行。
《大学计算机基础》各章习题答案(Win7+Office2010)
目录第一章答案 (1)第二章答案 (3)第三章答案 (5)第四章答案 (5)第五章答案 (5)第六章答案 (5)第一章答案一、单项选择题CCBCC AABBA AC二、填空题1. 世界上一台电子计算机是1946年在美国研制，该机的英文缩写名是ENIAC 。
2．冯·诺依曼原理又称为：“存储程序控制”原理。
3．计算机的硬件由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。
4. 微型计算机总线一般由数据总线、地址总线和控制总线组成。
5. 请将下列数据进行相应的转换：（0.125）10=（0.001 ）2（11010011）2=（211 ）10（127）10=（1111111 ）2=（7F ）16（FD）16=（11111101 ）2=（375 ）86. 多媒体对象可为文本、图形、图像、音频、动画、视频。
7. 多媒体的特性主要包括信息载体的多样性、交互性和集成性。
8. 数据库领域中最常见的数据模型主要有层次模型、网状模型和关系模型3种。
9. 计算机科学家Niklaus Wirth曾对程序下了如下定义：程序=算法+数据结构。
10. 能够被计算机直接执行的语言是：机器语言。
11. 黑客的常见入侵手段主要有木马入侵和漏洞入侵。
三、简答题1.计算机经历了几代的发展？经过半个多世纪的时间，计算机发展已经经历了四代，现在正在向第五代发展。
2.采用二进制数表示计算机数据具有哪些好处？采用二进制数表示计算机数据具有以下好处：（1）容易表示二进制数只有“0”和“1”两个基本符号，易于用两种对立的物理状态表示。
（2）运算方便算术运算和逻辑运算是计算机的基本运算，采用二进制可以简单方便地进行这两类运算。
（3）简单可靠二进制只有“0”和“1”两个数码，代表着两种截然不同的状态，在数字传输和处理时容易识别，不易出错。
3.计算机信息的存储单位有哪些？它们之间的关系如何？计算机信息的存储单位主要有位、字节、和字等几种。
第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
第6章 输入输出系统-选择题
第6章输入输出系统(I/O管理)-选择题1.以下关于设备属性的叙述中,正确的是()。
A.字符设备的基本特征是可寻址到字节,即能指定输入的源地址或输出的目标地址B.共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C.共享设备是指同一时间内允许多个进程同时访问的设备D.在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁2.虚拟设备是指()A.允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B.允许用户以标准化方式来使用物理设备C.把一个物理设备变换成多个对应的逻辑设备D.允许用户程序不必全部装入主存便可使用系统中的设备3.磁盘设备的1O控制主要采取()方式A.位B.字节C.帧D. DMA4.为了便于上层软件的编制,设备控制器通常需要提供()A.控制寄存器、状态寄存器和控制命令B.1/O地址寄存器、工作方式状态寄存器和控制命令C.中断寄存器、控制寄存器和控制命令D.控制寄存器、编程空间和控制逻辑寄存器5.在设备控制器中用于实现设备控制功能的是()A. CPUB.设备控制器与处理器的接C.I/O逻辑D.设备控制器与设备的接口6.在设备管理中,设备映射表(DMT)的作用是()A.管理物理设备B.管理逻辑设备C.实现输入/输出D.建立逻辑设备与物理设备的对应关系7.DMA方式是在()之间建立一条直接数据通路A.I/O设备和主存B.两个I/O设备C.I/O设备和CPUD.CPU和主存8.通道又称1/O处理机,它用于实现()之间的信息传输。
A.内存与外设B.CPU与外设C.内存与外存D.CPU与外存9.在操作系统中,()指的是一种硬件机制A.通道技术B.缓冲池C. Spooling技术D.内存覆盖技术10.若1O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,则这种数据交换方式是()A.程序查询B.中断方式C.DMA方式D.无条件存取方式11.计算机系统中,不属于DMA控制器的是()A.命令/状态寄存器B.内存地址寄存器C.数据寄存器D.堆指针寄存器12.()用作连接大量的低速或中速1O设备A.数据选择通道B.字节多路通道 D.I/O处理机C.数据多路通道13.在下列问题中,()不是设备分配中应考虑的问题A.及时性B.设备的固有属性C.设备独立性D.安全性14.将系统毎台设备按某种原则统一进行编号,这些编号作为区分硬件和识别设备的代号,该编号称为设备的()A.绝对号B.相对号C.类型号D.符号15.关于通道、设备控制器和设备之间的美系,以下叙述中正确的是()A.设备控制器和通道可以分别控制设备B.对于同一组输入输出命令,设备控制器、通道和设备可以并行工作回C.通道控制设备控制器、设备控制器控制设备工作D.以上答案都不对16.有关设备管理的叙述中,不正确的是()A.通道是处理输入输出的软件B.所有设备的启动工作都由系统统一来做C.来自通道的IO中断事件由设备管理负责处理D.编制好的通道程序是存放在主存中的17.【2010统考真题】本地用户通过健盘登录系统时,首先获得健盘输入信息的程序是()A.命令解释程序B.中断处理程序C.系统调用服务程序D.用户登录程序18. I/O中断是CPU与通道协调工作的一种手段,所以在()时,便要产生中断A.CPU执行“启动I/O”指令而被通道拒绝接收B.通道接收了CPU的启动请求C.通道完成了通道程序的执行D.通道在执行通道程序的过程中19.一个计算机系统配置了2台绘图机和3台打印机、为了正确驱动这些设备,系统应该提供()个设备驱动程序A.5B.3C.2D.120.将系统调用参数翻译成设备操作命令的工作由()完成A.用户层I/OB.设备无关的操作系统软件C.中断处理D.设备驱动程序21.【2017统考真题】系统将数据从磁盘读到内存的过程包括以下操作①DMA控制器发出中断请求②初始化DMA控制器并启动磁盘③从磁盘传输一块数据到内存缓冲区④执行“DMA结束”中断服务程序正确的执行顺序是()A.③→①→②→④B.②→③→①→④C.②→①→③→④D.①→②→①→③22.【2011统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系统的正确处理流程是()A.用户程序→系统调用处理程序→中断处理程序→设备驱动程序B.用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序C.用户程序→设备驱动程序→系统调用处理程序→中断处理程序D.用户程序→设备驱动程序→中断处理程序→系统调用处理程序23.【2012统考真题】操作系统的I/O子系统通常由4个层次组成,每层明确定义了与邻近层次的接口,其合理的层次组织排列顺序是()A.用户级1O软件、设备无关软件、设备驱动程序、中断处理程序B.用户级1O软件、设备无关软件、中断处理程序、设备驱动程序C.用户级1/O软件、设备驱动程序、设备无关软件、中断处理程序D.用户级IO软件、中断处理程序、设备无关软件、设备驱动程序24.【2013统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系統的处理流程是:用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序。
微机原理与接口技术 课后答案龚尚福
微机原理与接口技术课后答案龚尚福第一章：计算机基础知识1.什么是计算机？计算机有哪些基本组成部分？–计算机是一种可以按照预定程序自动进行数值和非数值计算的设备。
–计算机的基本组成部分包括中央处理器（CPU）、存储器、输入设备、输出设备和控制器。
2.什么是微型计算机？微型计算机的特点有哪些？–微型计算机是指体积小、价格低廉的小型计算机系统。
–微型计算机的特点包括：体积小、成本低、功耗低、易于携带、可扩展性好等。
3.什么是冯·诺依曼体系结构？它包括哪些基本特点？–冯·诺依曼体系结构是一种计算机的基本设计思想，它将存储器和处理器分开，通过总线进行数据和指令的传输。
–冯·诺依曼体系结构的基本特点包括：存储程序、以二进制表示信息、存储器与处理器分离、由指令控制程序执行的顺序。
第二章：数字电路基础知识1.什么是逻辑门？常用的逻辑门有哪些？–逻辑门是一种用于实现逻辑运算的电路元件，根据输入信号的不同组合产生相应的输出信号。
–常用的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
2.什么是布尔逻辑运算？常见的布尔逻辑运算有哪些？–布尔逻辑运算是指利用布尔代数进行逻辑运算的方法。
–常见的布尔逻辑运算有与运算（AND）、或运算（OR）、非运算（NOT）等。
3.什么是半加器和全加器？它们的作用是什么？–半加器是一种用于实现二进制数相加的电路，它可以将两个输入信号相加并产生相应的进位和和。
–全加器是一种用于实现三个二进制数相加的电路，它可以将三个输入信号相加并产生相应的进位和和。
第三章：微处理器基础知识1.什么是微处理器？它的功能有哪些？–微处理器是一种集成电路，它由控制单元、算术逻辑单元、寄存器和时钟等功能模块组成，用于执行计算机程序。
–微处理器的功能包括指令译码、执行算术和逻辑运算、读写存储器、控制外部设备等。
2.什么是指令？指令由哪些部分组成？常见的指令有哪些？–指令是微处理器执行操作的基本单位，它们以二进制的形式存储在存储器中。
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)
第6章 输入/输出接口技术
2．端口编址方式 既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口 的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存 器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理， 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不 允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻 状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能 通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符，通常为8位。
第6章-并行输入输出接口
数据
状态 控制
CPU
I/O 接口 „
Rn
外设
图6-1
I/O接口的基本结构
根据I/O接口的功能，接口电路的典型结构如图6-1所示。接口作为 一个“桥梁”，一边连着系统总线，另一边连着外部设备，是CPU与 外设进行信息交换的中转站。
正如上图所示，每个接口部件都包含一组寄存器，CPU与外设之间 进行数据传输时，各种不同的信息（数据信息、状态信息和控制信息） 进入不同的寄存器。
数据总线（DB ） 中央 处理器 CP U 控制总线（C B ） 地址总线（AB ） I/O 接口 I/O 接口
内存储器
I/O 设备
图1-1
I/O 设备
微机系统结构示意图
一. I/O接口的定义
伴随着计算机技术的飞速发展，各种功能繁多的外设不断出现。这些 外设的组成及工作原理千差万别（机械式、电子式、光电式），所采用的 信号形式也各不相同（数字量、模拟量、开关量），工作速度差异也很大 （高速、中速、低速），„ „ 。由于它们的多样性和复杂性，使得这些 外设不可能像存储器那样直接连在系统总线上，CPU也无法直接对所有外 设进行管理与控制。因此，CPU与外设之间必须有某个中间环节，这就是
2. 独立编址方式 这种方式中，内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的。比 如在8086/8088CPU中，其内存地址是从00000H～FFFFFH连续的 1M字节，而I/O地址范围从0000H ～FFFFH ，它们相互独立，互不 影响。同时，设置了专门的IN、OUT等I/O指令。 优点： 不占用内存空间；访问I/O端口的指令格式较短，速度 快，程序可读性强。 缺点：需设置专用指令，这些指令功能较弱； CPU的I/O 控制 逻辑相对比较复杂。
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控制信息：CPU通过接口传递给I/O设备的信息，用 以控制I/O设备的工作，如启动、停止等。
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8
6.1.2 I/O接口的典型结构
I/O接口电路
数据总线DB
数据
数据寄存器
CPU 地址总线AB
状态寄存器 状态 外设
18
例：输入字量
1.直接寻址，字节量输入
in al,21h
mov ah,al in al,20h
2.直接寻址，字量输入 in ax,20h
功能相同
字量数据传送 实际上实现了连 续的两个端口地
3.间接寻址，字量输入 址的字节量传送
mov dx,20h
in ax,dx
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(2) 输出指令OUT
为什么需要I/O接口（电路）？
微机的外部设备多种多样
工作原理、驱动方式、信息格式、 以及工作速度方面彼此差别很大
1）I/O设备的功能多种多样； 2）I/O设备工作速度不同； 3）I/O设备处理的信号不同 (模拟或数字信号、
并行或串行) ； 4）I/O设备所需的控制信号不同。
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6.1 概述
⑵ 状态寄存器——状态端口
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器——控制端口
保存CPU给外设或接口电路的命令
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2. 接口电路的外部特性
主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
面向外设一侧的信号：
用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大
第6章 输入输出技术
输入——输出CP的U与基外本设方的法工作速度不一致， 如何中使断两概者念高、效中、断可靠响地应进过行程数据传送， 是本80章8讨8中论的断问系题统。、中断向量表
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输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等。
键盘、鼠标——PS/2、USB 扫描仪——EPP（增强并口）、USB
◆ 接口内有特定的硬件电路供CPU直接存取，称 为I/O端口； ◆ 接口应有地址译码功能； ◆ 接口可传送除基本信息（数据信息）外的各种 信息。
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2、接口传递的信息
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。
据存取一样灵活
缺点：
I/O端口要占去部分内存 空间
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000H
存 储
内存 部分
器
空 间 F0000H I/O
部分
FFFFFH
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8088的Leabharlann /O端口地址8088只能通过输入输出指令与外设进行数据 交换；呈现给程序员的外设是端口（Port）， 即I/O地址
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6.2 I/O端口的编址
接口电路占用的I/O端口有两类编排形式
I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M6800
I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
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I/O端口与存储器统一编址
优点：
不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器数
输出设备：显示器、打印机等。
显示器——15针D接口，也叫VGA接口。
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多种多样的外设
工作原理不同
机械、电子、机电、电磁……
传送信息类型多样
数字量、模拟量、开关量
传送速度差别极大 传送方式不尽相同
串行、并行
编码方式不同
二进制、BCD码、ASCII码……z
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6.1 概述
控制总线CB
控制寄存器 控制
××寄存器 —— 端口
三种信息：数据信息、状态信息、控制信息。
通过数据总线DB传输。
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1. 接口电路的内部结构
CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相 互交换，于是从应用角度看内部：
⑴ 数据寄存器——数据端口
保存外设给CPU和CPU发往外设的数据
每个端口用于传送一个字节的外设数据 • 只限于用累加器AL或AX来传送信息。
功能: (累加器)←→I/O端口
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输入输出寻址方式
8086的端口有64K个，无需分段，设计有 两种寻址方式
❖直接寻址：只用于寻址00H～FFH前256个 端口，操作数i8表示端口号
❖间接寻址：可用于寻址全部64K个端口， DX寄存器的值就是端口号
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
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6.1.1 I/O接口（电路）
I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路
PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的 电路板（适配器）都是接口电路
I/O接口的特点：通用性和可编程性
接口 I/O CPU 电路 设备
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1、接口功能
I/O接口在它连接的CPU与I/O设备之间起信 息转换作用。应具备：
格式： OUT port , acc OUT DX , acc
例： OUT 68H，AX ;(69H，68H）←（AX） OUT DX，AL ;((DX))←(AL)
对大于FFH的端口只能采用间接寻址方式
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(1)输入指令IN
格式: IN acc,PORT ;PORT端口号0～255H IN acc,DX ;DX表示的端口范围达64K
例: IN AL，80H ;(AL）←(80H端口) IN AL，DX ;(AL）←((DX))
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8088用于寻址外设端口的地址线为16条，端 口最多为216＝65536（64K）个，端口号为 0000H ~ FFFFH
地址线上的地址信号用 IO / M*来区分
每个端口用于传送一个字节的外设数据
IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
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输入输出（I/O）指令