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第一章第一章 接口概述接口概述第1页，本讲稿共15页1.1 1.1 接口接口一、一、I/O接口基本概念接口基本概念1.1.为什么要引入接口为什么要引入接口v微机和微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样。设备的信息类型和格式可能不一样。v微机和微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。设备信号传输处理的速度可能不匹配。v不用接口，不用接口，I/O直接接直接接CPU，随着外设增加，会大大，随着外设增加，会大大降低降低CPU的效率。的效率。vI/O直接接直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖，会使外设硬件结构过于依赖CPU，对外设本身发展不利。对外设本身发展不利。第2页，本讲稿共15页 定义：接口定义：接口是是CPUCPU与与“外部世界外部世界”的的连接电路连接电路，负责，负责“中转中转”各种各种信息信息。2.2.接口的概念接口的概念 分类：分类：存储器接口和存储器接口和I/O接口。接口。位置：位置：介于系统总线与外部设备之间。介于系统总线与外部设备之间。第3页，本讲稿共15页3.I/O接口与接口与I/O设备设备 不同不同I/O设备对应设备对应I/O接口不同。接口不同。I/O接口受接口受CPU控制，控制，I/O设备受设备受I/O接口控制。接口控制。为增加通用性，为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均具有可编程接口的接口电路一般均具有可编程功能。功能。微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连接。接。第4页，本讲稿共15页二、接口技术及应用二、接口技术及应用接口技术：软硬结合实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的技术应用：极其广泛（“外部世界”复杂广泛声、光、电、磁、图像）第5页，本讲稿共15页1.21.2、I/OI/O接口功能接口功能 1、数据缓冲功能：通过寄存器或锁存器实现。、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存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口数据口。2、接受和执行、接受和执行CPU命令功能：存放命令功能：存放CPU命令代码的命令代码的寄存器称之为寄存器称之为命令口。命令口。MOV AL，86H OUT 63，AL；8255 3、返回外设状态功能：存放执行状态信息的寄存器、返回外设状态功能：存放执行状态信息的寄存器称之为称之为状态口状态口 IN AL，21H 读读8259中断屏蔽字中断屏蔽字 4、设备选择功能：、设备选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。通过地址译码选择不同外设。即即CPU通过地址译码选择不同通过地址译码选择不同I/O接口。接口。第6页，本讲稿共15页 6、数据格式转换和可编程功能：数据格式转换和可编程功能：并并 串转换串转换 特殊格式转换（例如起始位、停止位特殊格式转换（例如起始位、停止位等）等）可编程：增加接口的灵活性和智能性。例：可编程：增加接口的灵活性和智能性。例：8255、8253、8259等等5、信号转换功能：协调总线信号与、信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。设备信号。转转换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。换包括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。第7页，本讲稿共15页1.31.3、I/OI/O接口组成（硬、软）接口组成（硬、软）基本逻辑电路、端口译码电路、选供电路一、接口硬件一、接口硬件第8页，本讲稿共15页CPU侧引脚信号：侧引脚信号：地址信号：选择地址信号：选择I/O接口中的不同寄存器；接口中的不同寄存器；数据信号：根据命令类型，送到对应的寄存器中，或数据信号：根据命令类型，送到对应的寄存器中，或从寄存器中取得数据或状态；从寄存器中取得数据或状态；控制信号：控制命令的执行、时序、信号同步和片选；控制信号：控制命令的执行、时序、信号同步和片选；状态信号：接口的部分工作状态信号。状态信号：接口的部分工作状态信号。第9页，本讲稿共15页外设侧引脚信号：外设侧引脚信号：状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器；状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器；控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制信号和同步信号。信号和同步信号。内部控制逻辑：内部控制逻辑：根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外设状态信号控制设状态信号控制I/O接口的工作。接口的工作。数据信号：接口缓冲寄存器与外设间的数据交换；数据信号：接口缓冲寄存器与外设间的数据交换；第10页，本讲稿共15页二、接口软件（设备驱动程序）二、接口软件（设备驱动程序）1、初始化程序段：设置接口工作方式及初始条、初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件。（通过初始化命令字）件。（通过初始化命令字）2、传送方式处理程序段：、传送方式处理程序段：CPU针对不同的针对不同的I/O设设备有不同的处理方式。（查询、中断、备有不同的处理方式。（查询、中断、DMA）3、主控程序段：完成接口任务的程序。、主控程序段：完成接口任务的程序。4、程序终止与退出程序段：接口电路硬件保护及操、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。作系统中数据恢复。5、辅助程序段：提供人、辅助程序段：提供人-机对话手段。机对话手段。第11页，本讲稿共15页1.4 1.4 接口电路的结构形式接口电路的结构形式1、固定式、固定式2、半固定式：、半固定式：GAL、PAL器件构成，可由设计器件构成，可由设计人员改变一次。人员改变一次。GAL小、强、可加密、广泛小、强、可加密、广泛3、可编程：、可编程：8255、8259、8253、82374、智能型：用接口处理器或通过单片机就可以、智能型：用接口处理器或通过单片机就可以构成智能接口。（射频卡接口）构成智能接口。（射频卡接口）第12页，本讲稿共15页1.5 1.5 数据传输控制方式数据传输控制方式一、查询方式（程序控制方式）一、查询方式（程序控制方式）工作原理：工作原理：CPU查询外设已准备好后，才传送数据。查询外设已准备好后，才传送数据。特点：特点：CPU与外设间自然同步。与外设间自然同步。要求：需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。要求：需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。应用：适用在应用：适用在CPU不太忙且传送速度要求不高时。不太忙且传送速度要求不高时。第13页，本讲稿共15页二、中断传送方式二、中断传送方式 特点：特点：CPU与外设可同时工作。与外设可同时工作。要求：接口中需要中断控制逻辑支持。要求：接口中需要中断控制逻辑支持。应用：适用与非高速度大量数据传送时。应用：适用与非高速度大量数据传送时。三、三、直接存储器存取直接存储器存取(DMA)方式方式 特点：数据的传送不经过特点：数据的传送不经过CPU，I/O设备管理由设备管理由CPU控制，简化控制，简化CPU对对I/O的控制。的控制。要求：需要要求：需要DMA控制器及相关逻辑支持。控制器及相关逻辑支持。应用：适用与高速度大量数据传送时。应用：适用与高速度大量数据传送时。第14页，本讲稿共15页四、四、I/O处理机方式处理机方式 特点：特点：I/O处理机接管了处理机接管了CPU的各种的各种I/O操作及操作及I/O控制功能，控制功能，CPU能与能与IO处理机并行处理机并行工作。工作。要求：需要要求：需要IO处理机支持。处理机支持。应用：高速应用：高速I/O归归IO处理机管理，低速处理机管理，低速I/O设备归设备归CPU管理。管理。第15页，本讲稿共15页