1、微机原理微机原理第七章 串并行通信及其接口微机原理7.1 CPU与外设之间的数据传输7.1.1 CPU与 I/O接口(1)接口电路的作用微型计算机系统必须有各种接口电路。接口电路按功能可分为两类：一种是使微处理器正常工作所需要的辅助电路，如时钟信号或接收外部的多个中断请求等；另一种是输入 /输出接口电路，微处理器用以接收外部设备送来的信息或将信息发送给外部设备。外部设备如键盘、显示装置、打印机、磁盘机及完成检测和控制的仪表装置等都是通过输入 /输出接口和总线相连的。 外部设备的功能是多种多样的。有输入设备和输出设备，还有外设作为检测设备或控制设备。传输信息的形式，可能是数字式或模拟式的。传输信
2、息的方式，可能是并行的或者是串行的。传输信息的速度通常比 CPU的速度低得多，且各种外设的工作速度互不相同。为了使 CPU能适应各种各样的外设，就需要接口电路，由它完成相应的 信号转换、速度匹配、数据缓冲 等功能，以实现 CPU与外设的连接，完成相应的输入输出操作。 微机原理(2)接口的功能接口的基本作用是实现 CPU与 I/O设备之间的信息传输。为完成信息传输任务，接口应具备如下功能： 寻址功能接口要识别选择存储器和 I/O的信号及片选信号，以便判断 CPU是否访问本接口。进一步还要判断是接口中哪个寄存器受到访问。 输入 /输出功能 接口要根据读 /写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作
3、，从而能从总线上接收数据和控制信息，或将数据或状态信息送到总线上。 数据转换功能串行接口要将 CPU输出的并行数据转换成外设可接收的串行格式；反之，需将外设输入的串行格式信息转换成并行数据送往 CPU。 联络功能当接口从总线上接收一个数据或者将一个数据送到总线上后，须发就绪信号，以通知 CPU本次数据传输已经完成，可以进行下一次传输。微机原理 中断管理功能 作为中断控制器的接口应该具有发送中断请求情号和接收中断响应信号以及发送中断类型码的功能。若总线控制逻辑中没有中断优先级管理电路，则接口还应该具有优先级管理功能。 复位功能 接口应能接收复位信号，使接口本身以及所连的外设进行重新启动。 可编程
4、功能接口可以根据需要用软件来决定其工作于不同的方式，用软件来设置有关的控制信号。即接口应具有可编程的功能。 错误检测功能在接口设计中，须考虑对错误的检测问题。当前多数可编程接口芯片一般都能检测下列两类错误：一类是传输错误。接口采用奇 /偶校验位对传输错误进行校验。有些接口对数据块传输能进行冗余校验。另 类是覆盖错误。当计算机输入数据时，如果计算机还没有取走数据，输入缓冲寄存器又被覆盖新的数据，就会产生一个覆盖错误。输出时也会产生覆盖错误。接口会在状态寄存器中设置相应的状态。微机原理7.1.2 I/O接口与系统的连接(1) CPU与 I/O设备之间的信号CPU和输入 /输出设备之间有以下几类信号
5、：1) 数据信息 数字量 由键盘，磁盘机、卡片机等输入信息，或由主机送给打印机、磁盘机、显示器及绘图仪的输出信息，以二进制形式或是以 ASCII码表示的数据及字符，通常是 8位的。 模拟量 在计算机控制系统中，输入信息多数是现场连续变化的物理量，如温度、湿度、位移、压力、流量等。通过传感器变成连续变化的电压或电流，这些电压和电流是模拟量。须经模拟量向数字量 (A/D)的转换，才能送入计算机。计算机输出的数字量也要经过数字量到模拟量的转换（ D/A） 变成模拟量，才能控制现场。 开关量开关量可表示两个状态，只要用 1位二进制数表示。微机原理2) 状态信息 状态信息反映了当前外设所处的工作状态。对
6、于输入设备，用 “准备好 ”(READY)信号来表明待输入的数据是否准备就绪；对于输出设备，用 “忙 ”（ BUSY） 信号表示输出设备是否处于空闲状态。 3) 控制信息 控制信息是 CPU通过接口传送给外设的，以便控制外设的工作，如外设的启动和停止信号就是常见的控制信息。实际上，控制信息往往随着外设的具体工作原理不同而含义不同。 数据信息、状态信息和控制信息 是各不相同的，应该分别传送。但在微型计算机系统中， CPU通过接口和外设交换信息时，只有输入指令(IN)和输出指令 (OUT)。 所以，状态信息、控制信息也被广义地看成是一种数据信息。即状态信息作为一种输入数据，而控制信息作为一种输出数
7、据，并且通过数据总线来传送。在接口电路中，这三种信息是进入不同的寄存器的。 CPU送往外设的数据或者外设送往 CPU的数据存放在接口的 数据缓冲器 中；从外设送往CPU的状态信息存放在接口的 状态寄存器 中；而 CPU送往外设的控制信息则要存放到接口的 控制寄存器 中。微机原理(2)接口部件的 I/O端口每个接口部件都包含一组寄存器， CPU和外设进行数据传输时，各类信息在接口中进入不同的寄存器，称这些寄存器为 I/O端口 ，每个端口有一个端口地址。用于对数据起缓冲作用的，称为 数据端口 。用来存放外部设备或者接口部件本身的状态，称为 状态端口 。用来存放 CPU发出的命令，以控制接口和设备的
8、动作，称为 控制端口 。在 8086/8088系统中，有两个地址空间：一个为 内存地址空间 ，一个为 I/O端口地址空间 。通过控制总线中 ( )引脚来确定 CPU到底要访问内存空间还是 I/O端口空间。 CPU通过端口地址实现对 I/O端口的访问。 CPU对外设的输入 /输出操作就归结为对接口芯片各端口的读 /写操作。 微机原理CPU对接口的输入输出，所用到的地址总是对端口而言的，而不是对接口部件而言的。一个双向工作的接口芯片通常有 4个端口，即 数据输入端口、数据输出端口、状态端口和控制端口 。数据输入端口和状态端口是只读的，数据输出端口和控制端口是只写的，系统为了节省地址空间，往往将数据
9、输入端口和数据输出端口对应同一个端口地址，状态端口和控制端口也常用同一个端口地址。 CPU进行读操作时，是从数据输入端口或状态端口读出数据，而当 CPU进行写操作时，是往数据输出端口或控制端口写入数据。微机原理(3)接口与系统的连接接口电路位于 CPU与外设之间，它必须同时满足 CPU和外设信号的要求。可以把一个接口分为两个部分，一部分用来和 I/O设备相连，另一部分用来和系统总线相连。与 I/O设备相连的接口结构是和设备的传输要求和数据格式有关的，不同的接口之间互不相同。但在所有接口电路中，与系统总线相连的结构则非常类似。 为了支持接口逻辑，系统中通常有总线收发器和相应的逻辑电路及地址译码器
10、，以便将总线提供的地址码翻译成对接口的片选信号。微机原理(4)输入输出的寻址方式CPU对外设的寻址方式通常有两种：(1) 存储器对应输入输出方式外设端口作为存储器的一个单元来对待，每一个外设端口占有存储器的一个地址。对外部设备的访问和对存储器访问一样。优点是： CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，寻址方式多，使用方便灵活。缺点是：由于外设占用了存储单元的地址，使内存的容量减小，同时，程序的可读性下降。(2) 端口寻址的输入输出方式CPU有专门用于端口的输入输出指令，如 IN指令和 OUT指令，通过这些指令中的地址来区分不同的外设。有两个地址空间来区分 内存地址空间 和 I/O端口地址空间。 8086/8088CPU就是采用的这种寻址方式。优点是：容易掌握，编出的程序可读性好。缺点是：可寻址的范围较小（取决于输入输出指令的寻址方式），必须有相应的控制线来区分是寻址内存还是外设。
