8074第七章输入输出接口技术第四节内容2009.01.20(第三稿)

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第七章输入输出接口芯片

第七章输入输出接口芯片

C口的作用与8255A的工作方式有关,它除了 作数据口以外,还有其他用途,故C口的使用比较 特殊,单独介绍如下: a.作数据口。 b.作状态口。 c.作专用(固定)联络(握手)信号线。 d.作按位控制用。
• 2.A组和B组的控制电路 • 这是两组根据CPU命令控制8255A工作方式 的电路,这些控制电路内部设有控制寄存 器,可以根据CPU送来的编程命令来控制 8255A的工作方式,也可以根据编程命令来 对C口的指定位进行置/复位的操作。 • A组控制电路用来控制A口及C口的高4位; • B组控制电路用来控制B口及C口的低4位。
第七章
输入输出接口芯片
主要内容
• §7.1 并行与串行通信 • §1并行与串行通信
• CPU与外设之间的信息传送都是通过接口电路来进行 的。 • 计算机与外部设备、计算机与计算机之间交换信息 称之为计算机通信,计算机通信可分为两大类: 并行通信: 8 位或 16 位或 32 位数据同时传输, 速度快, 信息率高,成本高 串行通信:一位一位数据传送(在一条线上顺序传送), 成本低 实现并行通信的接口就是并行接口。
• 二、8255A的芯片引脚信号
引脚信号可以分为两组:一组是面向CPU的 信号,一组是面向外设的信号。 1.面向外设的引脚信号及功能 • PA0-PA7:A组数据信号,用来连接外设; • PB0-PB7:B组数据信号,用来连接外设; • PC0-PC7:C组数据信号,用来连接外设或者 作为控制信号。
§7.1并行与串行通信
并行接口的特点
并行接口最基本的特点是在多根据数据线上以数据 字节(字)为单位与I/O设备或被控对象传送信息。 如: 打印机接口,A/D、D/A转换器接口,IEEE-488 接口,开关量接口,控制设备接口等。 在并行接口中,除了少数据场合之外,一般都要求 在接口与外设之间设置并行数据线的同时,至少还 要设置两根握手(联线)信号线,以便进行互锁异 步握手方式(即查询方式)的通信。

微机原理与接口技术第7章 输入输出系统

微机原理与接口技术第7章 输入输出系统
第7章 输入输出系统
本章要点
♦了解I/O 接口的概念、功能和一般结构 ♦掌握CБайду номын сангаасU与I/O 设备之间三种数据传送方式、
各自优缺点和使用场合 ♦掌握 DMA传送方式的原理、过程和DMA控制
器结构及功能 ♦了解并行接口与串行接口、并行通信与串行
通信有关知识
7.1 I/O接口的基本概念
7.1.1 I/O接口的结构与功能
3.DMA方式的基本操作方法
周期挪用 周期扩展法 CPU停机法
4.DMA传送方式
⑴ 单字节方式 在单字节方式中每次DMA请求只传送一个字节数据,每传送一个字节,都撤
2.I/O独立编址方式
I/O独立编址方式又称专用I/O指令编址方式。采用独立编址方式的微型 计算机系统中,接口中的端口地址与存储器地址没有任何关系,采用完 全独立的方式进行编址。 I/O 独立编址方式的优点是: • I/O 端口的地址码一般比同系统中存储单元的地址码短,译码电路较简 单。 • 存储器同I/O 端口的操作指令不同,程序较清晰。 • 存储器和I/O 端口的控制电路相互独立,可以分别设计
7.2 CPU与I/O设备数据传送方式
7.2.1 无条件传送方式
无条件传送方式又称同步传送方式。主要用于外设的定时是固定的或 是已知的场合。即外设必须在微处理器限定的指令时间内准备就绪,并 完成数据的接收或发送工作。 一个无条件传送的例子如图7-2所示。
图7-2 无条件传送实例
7.2.2 查询传送方式
图7-3 查询传送实例
查询传送方式的程序流程如图7-4所示。
图7-4 查询传送方式程序流程
7.2.3 中断传送方式
中断传送方式的接口电路如图7-5所示。 在中断传送方式中,程序安排在特定时刻启动特定外设,然后CPU继续 执行原来程。当外设做好数据传送的准备后,向 CPU发出“中断请求” 信号,CPU在可以响应中断的条件下,中断现行程序的执行,转去执行 中断服务程序;在中断服务程序中通过IN和OUT指令,完成一次CPU与外 设之间的数据传送,传送完成后返回被中断的程序,从断点处继续执行 原程序。

07第七章输入输出和中断技术

07第七章输入输出和中断技术
• 优点:CPU效率高,实时性好,速度快。 • 缺点:程序编制较为复杂。
2020/3/8
7.3.4 DMA传输
• 前面三种I/O方式都需要CPU作为中介: 外设 CPU 内存
两个含义:
1)软件:外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的( PIO方式); 2)硬件:I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出 的(总线由CPU控制)。
– 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
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7.3.2 查询传送方式
• 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。
• CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态 ——“你准备好没有?”
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7.1 输入/输出接口(I/O接口)
• 7.1.1 概述
–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接口的功能 • 数据的寄存和缓冲功能
– 缓解接口与CPU工作速度的差异
• 对外设的控制和检测功能 • 对外设进行选择 • 信号电平与类型的转换(信号兼容)
• 缺点:程序的执行速度限定了传送的最大速 度(约为几十KB/秒)—解决:DMA传输
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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。
4)DMA控制器收到HLDA信号后,就开始控制总 线,并向外设发出DMA响应信号DA)DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号, 实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送;

输入输出接口技术

输入输出接口技术
(4)时序不匹配:各种外设都有自己的定时和控制逻辑 ,与计算机的CPU时序不一致。
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4.1 概述
接口功能
(1)数据格式转换功能(串/并转换) (2)联络功能(协调数据传送的状态信息) (3)速度匹配功能(缓冲、定时和控制) (4)电平转换功能(TTL、RS232) (5)负载匹配功能(驱动和功率放大)
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4.1 概述
• 为什么要接口电路?
外部设备种类繁多,从工作原理来讲,可分为机 械式、电动式、电子式和其它形式等几类。它们对所 传输的信息的要求也各不相同,这就给计算机和外设 之间的信息交换带来以下一些问题: (1)速度不匹配:CPU的速度很高,而外设的速度要低 得多,而且不同的外设速度差异甚大,它们之中既有 每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘,也有每秒钟只能 打印百位字符的串行打印机或速度更慢的键盘。
4.1 概述
2、 查询传送方式
1)查询输入: CPU查询外设状态是否准备好(就
绪),准备好,执行输入;否则等待。
数 据 锁 存

输 出 D7~0 设 备 状态信息
(Busy)
输出方式
CPU
D7~0
数 据 缓 冲

D7~0
数 据 锁 存

D7~0 状态信息
输 入 设 备
地址线
地址译 码电路
(Ready)
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4.2 串行接口
数据在单条传输线上,一位接一位地按顺 序传送的方式称为串行通信。 串行通信方式用于远程通信。 串行通信主要优点是节省通信线路,但具 有数据传输效率低的特点。 串行通信适合于远距离传送,可以从几米 到数千公里。对于长距离、低速率的通信, 通常采用串行通信。

第7章输入输出习题参考解答

第7章输入输出习题参考解答

第7章思考题与习题参考答案1.计算机的I/O系统的功能是什么?它由哪几个部分组成?答:计算机的I/O系统,主要用于解决主机与外部设备间的信息通讯,提供信息通路,使外围设备与主机能够协调一致地工作。

计算机的I/O系统由I/O硬件和I/O软件两大部分组成。

其中I/O硬件包括:系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

I/O软件包括:用户的I/O程序、设备驱动程序、设备控制程序。

2.I/O硬件包括哪几个部分?各部分的作用是什么?答:I/O硬件包括:系统总线、I/O接口、I/O设备及设备控制器。

系统总线的作用是为CPU、主存、I/O设备(通过I/O接口)各大部件之间的信息传输提供通路。

I/O接口通常是指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及其相应的控制软件。

它用于在系统总线和外设之间传输信号,并起缓冲作用,以满足接口两边的时序要求。

I/O设备的作用是为主机与外部世界打交道提供一个工具。

设备控制器用来控制I/O设备的具体动作,不同的I/O设备需要完成的控制功能不同。

3.什么是用户I/O程序?什么是设备驱动程序?什么是设备控制程序?答:用户I/O程序是指用户利用操作系统提供的调用界面编写的具体I/O设备的输入输出程序。

例如用户编写的用打印机输出文本的程序。

设备驱动程序是一种可以使计算机和设备通信的特殊程序。

可以说相当于操作系统与硬件的接口,操作系统只有通过这个接口,才能控制硬件设备的工作,假如某设备的驱动程序未能正确安装,便不能正常工作。

设备控制程序就是驱动程序中具体对设备进行控制的程序。

设备控制程序通过接口控制逻辑电路,发出控制命令字。

命令字代码各位表达了要求I/O设备执行操作的控制代码,由硬件逻辑解释执行,发出控制外设的有关控制信号。

4.说明设计I/O系统的三个要素的具体内容。

答:设计I/O系统应该考虑如下三个要素:①数据定位: I/O系统必须能够根据主机提出的要求进行设备的选择,并按照数据在设备中的地址找到相应的数据。

微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路

微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路

输入/输出接口概述
一、接口的作用 计算机与外围设备间有关信息格式的相容性变 换; 对传送数据提供缓冲,用以消除计算机与外围 设备在“定时”、数据处理速度上的差异。 提供有关数据传送的协调状态。 有关电气特性的适配。 对外围设备进行中断管理。 进行地址译码或设备选择,以便选择相应的外 设。 提供时序控制功能。
X.25电信网
Modem
终端
图11-19 调制与解调通信
8251可编程通信接口
一、8251的主要特性 能够以同步或异步串行通信方式进行工作;能自动完 成成帧格式。 同步传送:5~8bit数据位,可以选择进行偶校验或奇 校验,也可以选择不进行校验,自动插入同步字符。 异步传送:5~8bit数据位,可以选择校验方式。 波特率 DC—19.2K(异步) DC—64K(同步) 误差检测:具有奇偶、溢出和帧错误等检测电路。 具有独立的接收器和发送器。
二、接口、CPU和外设间的连接图
三、 I/O接口的一般结构
组成部分: 1.控制寄存器 2.状态寄存器 3.数据寄存器 4.数据总线和 地址总线缓冲器 5.端口地址译码器 6.控制逻辑
输入/输出接口概述
四、 输出控制方式 有无条件传送方式 查询传送方式 中断传送方式 直接数据通道传送(DMA)
第七章
输入/输出方法及常用接口电路
第七章 输入/输出方法及常用接口电路


主要内容 输入/输出接口概述 编程并行接口芯片8255A 串行输入/输出 8251可编程通信接口 编程计数器/定时器8253 教学重难点 编程并行接口芯片8255A 8251可编程通信接口 编程计数器/定时器8253
编程并行接口芯片8255A

微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路


编程并行接口芯片8255A
二、 8255的内部结构
编程并行接口芯片8255A
三、8255的引脚功能
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
8251可编程通信接口
二、8251的结构和引脚特性
数据总线缓冲器
状态 缓冲器
发送数据/命 令缓冲器
接收数 据缓冲 器
RESET CLK C/D RD WR CS DTR DSR RTS CTS
读/写 控制电 路
发送器 P S
TxD
发送 控制 接收 控制 接收器 S P
TxRDY TxE TxC RxRDY SYN DET RxC RxD
输入/输出接口概述
五、 I/O接口的分类 通用接口 专用接口 串行接口 并行接口
编程并行接口芯片8255A
一、 8255A的主要特性


有3个8位并行数据I/O口PA、PB和PC口及1个8位控 制口CWR。 可编程设置方式0、方式1、方式2三种不同的工作方 式,用于无条件传送、查询传送和中断传送。 有两个控制字决定8255A的工作方式,通过编制初始 化程序,使用OUT指令从控制寄存器端口写入。有 一个状态字可供查询,使用IN指令从C端口读出。 提供兼容的TTL电平接口,原则上适用于需并行输入 输出的I/O设备。

微机原理与接口技术(西电)_第7章


第7章 输入和输出技术 表7-1 IBM-PC机上I/O端口地址配置
I/O端口
配置地址 偶数地址
数据总线 D7~D0 D15~D8 D15~D0
指令举例 IN AL,20H OUT 20H,AL IN AL,21H OUT 21H,AL IN AX,20H OUT 20H,AX
8位 奇数地址 16位 偶数地址
第7章 输入和输出技术 3. 输入/输出指令及其寻址 1) 8086/8088采用的IN和OUT指令 I/O指令可以采用8位(单字节)或16位(双字节)地址两种寻址 方式。如采用单字节作为端口地址,则最多可以有256个端口(端 口地址号从00H~FFH),并且是直接寻址(直接端口寻址)方式, 指令格式如下:
第7章 输入和输出技术
这种单独编址的优点是I/O端口不占用存储器的地址空间, 使用专门的I/O指令对端口进行访问,具有I/O指令短、执行速 度快、译码简单的优点。缺点是专门的I/O指令功能相对较弱, 一般只有传送功能,而没有运算功能。Intel 80x86 CPU中,I/O 端口和存储器是单独编址的,采用专用的输入/输出指令访问端 口。
输入: 输出: IN IN OUT OUT AX,Port AL,Port Port,AX Port,AL ;从Port端口输入16位数据到AX ;从Port端口输入8位数据到AL ;从AX输出16位数据到Port端口 ;从AL输出 8位数据到Port端口
这里Port是一个单字节的8位地址。
第7章 输入和输出技术 如用双字节地址作为端口地址,则最多可以有64 K个端口 (端口地址号从0000H~FFFFH),并且是间接寻址方式,即把端 口地址放在DX寄存器内(间接端口寻址)。其指令格式如下:
第7章 输入和输出技术 7.1.2 输入/输出指令及其寻址方式 在微型计算机系统中,端口的编址通常有两种不同的方 式,一是I/O端口与存储器单元统一编址;二是I/O端口独立编址。 1. I/O端口与存储器单元统一编址 所谓I/O端口与存储器单元统一编址,也称为存储器映像 (Memory Mapped)I/O方式,既把每个I/O端口都当作一个存储器 单元看待,I/O端口与存储器单元在同一个地址空间中进行统一 编址。通常,是在整个地址空间中划分出一小块连续的地址分配 给I/O端口。被分配给I/O端口的地址,存储器不能再使用。内存 映射与I/O映射编址如图7.2所示。

微机原理:第7章IO接口技术


• 是输出,通过输出指令向数据端口输出数据
流程
输入状态
就绪? Y
数据交换
微机原理 第五章 微型计算机和外设的数据传输
查询式输入的接口电路

微机原理 第五章 微型计算机和外设的数据传输
查询式输出的接口电路

微机原理 第五章 微型计算机和外设的数据传输

查 询 式 输 入 过 程 的 流 程 图
微机原理 第五章 微型计算机和外设的数据传输
LED0 LED7
+5V
无条件传送实例
• 例:用无条件传送方式编写产生任意波形、任意频率 的脉冲信号程序。
• 现给定三种波形A、B和C。 • 其中时间间隔T=10ms,每种波形由T1~T8共八个状态
组成,要求连续重复发送T1~T8信号。
微机原理 第五章 微型计算机和外设的数据传输
2 . 条件传送方式
第7章 I/O接口技术
7.1 I/O接口概述
• 7.1.1 接口技术 • 7.1.2 I/O端口的编址方式 • 7.1.3 输入/输出的控制方式
微机原理 第7章 I/O接口技术(2)
7.1.1 接口技术
• 接口的主要功能 (1)对传送数据提供缓冲、隔离和寄存 (2)对信号的形式和数据的格式进行转换 (3)对I/O端口进行寻址 (4)与CPU和I/O设备进行联络
A0~inAc15bx 译码 ;D0=1,写毕,指针移动
微机原理 第7章 I/O接口技术(5)
00000H
内存 960KB
7.1.3 输入输出的控制方式
• 无条件传送方式 • 查询方式 • 中断方式 • DMA方式
微机原理 第7章 I/O接口技术(6)
7.1.3 输入输出的控制方式

第7章输入输出接口技术第3节内容

GATE门控输入信号——控制计数器工作,可 分成电平控制和上升沿控制两种类型
OUT计数器输出信号——当一次计数过程结 束(计数值减为0),OUT引脚上将产生一个 输出信号
2020年8月16日星期日
中北大学《微机原理及接口技术》
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与处理器接口
D0 ~ D7数据线 RD*读信号 CS*片选信号
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定时/计数器的用途
可以实现定时与计数两个功能,可用于 系统时钟 DRAM刷新定时 定时采样 实时控制 脉冲的计数 。。。
2020年8月16日星期日
中北大学《微机原理及接口技术》
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如何实现定时?
软件方法:用一段程序实现延时
• 利用程序循环延迟指定的时间 • 缺点:CPU占用率?延时精度?兼容?
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编址部件1
OUT1
控制 寄存器
编址部件3
计数器 2
CLK 2 GATE 2 OUT 2
2020年8月16日星期日
中北大学《微机原理及接编口技址术部》件2
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计数器结构示意图
CLK GATE
预置寄存器 减1计数器 输出锁存器
OUT
2020年8月16日星期日
中北大学《微机原理及接口技术》
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计数器结构示意图
计数初值存于预置寄存器; 在计数过程中, 减法计数器的值不断递减, 而预置寄存器中的预置不变。 输出锁存器用于写入锁存命令时, 锁定当前计数值
2020年8月16日星期日
中北大学《微机原理及接口技术》
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计数器的3个引脚
CLK时钟输入信号——在计数过程中,此引脚 上每输入一个时钟信号(下降沿),计数器的 计数值减1
可编程定时/计数器8253
mov ax,12h call display Jmp 1234h
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