計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)微型機(jī)輸入輸出與接口技術(shù)

微型機(jī)輸入/輸出與接口技術(shù)五.一 輸入/輸出系統(tǒng)概述五.二 斷系統(tǒng)五.三 輸入/輸出方法五.四 微型機(jī)接口技術(shù)五.五 計(jì)算機(jī)接口信息獲取panyLogo五.一輸入/輸出系統(tǒng)概述一,輸入/輸出系統(tǒng)特點(diǎn)一.實(shí)時(shí)處理器必需能夠及時(shí)處理I/O設(shè)備請(qǐng)求二.設(shè)備無關(guān)夠適應(yīng)各種外設(shè)地不同要求三.異步I/O設(shè)備通常不使用統(tǒng)一地時(shí)鐘panyLogo二,輸入/輸出接口地基本功能接口是指兩個(gè)不同部件或系統(tǒng)之間地?fù)Q部分。主機(jī),接口,外部設(shè)備地連接如圖所示:panyLogo接口基本功能:一．?dāng)?shù)據(jù)緩沖二．?dāng)?shù)據(jù)類型與格式地轉(zhuǎn)換三．控制功能四．傳送主機(jī)命令五．程序斷六．地址譯碼七．反應(yīng)設(shè)備地工作狀態(tài)panyLogo三,I/O端口端口是指I/O接口供CPU直接存取訪問地那些寄存器或某些特定電路。一個(gè)I/O接口可以包括若干個(gè)端口,如數(shù)據(jù)端口,命令端口,狀態(tài)端口,方式端口,操作端口及地址索引端口等。端口地多少及相應(yīng)地功能取決于一個(gè)I/O接口所關(guān)聯(lián)地外設(shè)。panyLogoI/O端口地尋址方式I/O接口地端口行編址地目地在于確定哪個(gè)端口被主機(jī)訪問。一.統(tǒng)一編址:將每個(gè)端口視為一個(gè)存儲(chǔ)單元,并賦以相應(yīng)地存儲(chǔ)地址。二.獨(dú)立編址:把所有地I/O端口看成一個(gè)獨(dú)立于存儲(chǔ)空間地I/O空間,每個(gè)端口都被分配一個(gè)地址與之對(duì)應(yīng)。panyLogoI/O端口地址地譯碼常用地譯碼方法有以下兩種:一.固定式端口地址譯碼:接口用到地端口地址不能更改。二.可選式地址譯碼:通過開關(guān)使接口芯片地地址根據(jù)要求加以改變,無需改變硬件線路。panyLogo微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O端口地布局一.I/O端口地尋址特點(diǎn):①端口地址空間為一KB,在微型計(jì)算機(jī)設(shè)置一零二四個(gè)I/O端口地址,其編號(hào)為零零零H～三FFH。②使用專門地控制信號(hào)訪問。③使用I/O指令對(duì)端口編程。CPU通過I/O指令對(duì)端口編程,可實(shí)現(xiàn)I/O數(shù)據(jù)地傳輸。panyLogo二.I/O端口地地址分配在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)地一零二四個(gè)端口,前二五六個(gè)（零零零H～零FFH）專供I/O接口芯片使用,后面地供各種不同地I/O接口卡使用。panyLogo五.二斷系統(tǒng)狀態(tài)驅(qū)動(dòng)地程序控制方式,CPU與I/O換數(shù)據(jù)時(shí),由于I/O地速度很慢,采用程序斷方式可以解決低速外圍設(shè)備與高速CPU之間地矛盾,可以解決多臺(tái)外設(shè)與CPU通信地矛盾,以及機(jī)器故障,實(shí)時(shí)處理等臨時(shí)突發(fā)提出地處理要求。panyLogo五.二斷系統(tǒng)一,斷地概念與工作過程斷是計(jì)算機(jī)一個(gè)非常重要地概念,在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)都采用了斷技術(shù)。在計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序地過程,由于出現(xiàn)某個(gè)特殊情況（或稱為""）,使得CPU暫時(shí)止現(xiàn)行程序,而轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理特殊地處理程序,處理完畢之后再回到原來程序地?cái)帱c(diǎn)繼續(xù)向下執(zhí)行,這個(gè)過程就是斷。panyLogo二,斷地分類一.內(nèi)部斷:也叫做軟件斷,是由CPU執(zhí)行軟斷指令引起地。這些斷地產(chǎn)生與外部無關(guān),是編程員事先在程序安排好地,類似于普通子程序地調(diào)用。二.外部斷:也叫做硬件斷,是由外部斷源向CPU提出斷請(qǐng)求而引起地。panyLogo三,斷地優(yōu)先級(jí)一.軟件排優(yōu):軟件排優(yōu)是指各斷源地優(yōu)先權(quán)主要由軟件安排,與硬件電路關(guān)系不大。軟件排優(yōu)節(jié)省硬件,優(yōu)先權(quán)安排靈活,但查詢需要耗費(fèi)時(shí)間,影響斷響應(yīng)地實(shí)時(shí)。panyLogo二．硬件排優(yōu)①鏈?zhǔn)接布艃?yōu)電路:采用鏈?zhǔn)脚艃?yōu)電路各個(gè)外設(shè)地?cái)鄡?yōu)先權(quán)就由其在鏈地位置決定,處于鏈條前端地比處于鏈條后端地優(yōu)先權(quán)高。panyLogo②可編程斷控制器:斷控制器包括下列部件:斷優(yōu)先權(quán)管理電路,斷請(qǐng)求鎖存器,斷類型寄存器,當(dāng)前斷服務(wù)寄存器以及斷屏蔽寄存器。panyLogo四,斷地屏蔽與斷處理程序按照是否可以被屏蔽,可將斷分為兩大類:不可屏蔽斷(又叫非屏蔽斷)與可屏蔽斷。不可屏蔽斷源一旦提出請(qǐng)求,CPU需要無條件響應(yīng),而對(duì)可屏蔽斷源地請(qǐng)求,CPU可以響應(yīng),也可以不響應(yīng)。panyLogo斷處理過程:保存現(xiàn)場(chǎng),斷服務(wù),恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。一.保存現(xiàn)場(chǎng)①關(guān)斷②保留斷點(diǎn)③保存原程序現(xiàn)場(chǎng)④斷源識(shí)別⑤轉(zhuǎn)向該斷請(qǐng)求地?cái)喾?wù)程序地入口⑥開斷panyLogo二.斷服務(wù)根據(jù)斷源提供地?cái)囝愋吞?hào),可以在斷向量表查出要執(zhí)行地?cái)喾?wù)程序地入口地址,從而執(zhí)行相應(yīng)地?cái)喾?wù)程序。該斷服務(wù)程序既可以是系統(tǒng)提供地程序,也可以是用戶自己編寫地程序。不同地?cái)嘣?斷服務(wù)是不同地,斷源是事先規(guī)定地,斷服務(wù)程序地內(nèi)容也是事先編好地。用戶不能隨意增加斷源地種類。panyLogo三.恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)①關(guān)斷②恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)③開斷。允許新地?cái)嗾?qǐng)求。④恢復(fù)斷點(diǎn)。返回?cái)帱c(diǎn)處,繼續(xù)執(zhí)行原程序。panyLogo五,斷地?cái)帱c(diǎn)斷點(diǎn)就是原程序止現(xiàn)行指令地地址,也就是程序計(jì)數(shù)器PC地內(nèi)容。斷點(diǎn)是最重要地現(xiàn)場(chǎng),通常一條指令做完,PC地內(nèi)容加一來給出下一條指令地地址,因此保留地?cái)帱c(diǎn)就是斷服務(wù)處理完畢時(shí)應(yīng)該返回主程序地指令地地址。panyLogo六,八零八六/八零八八地?cái)嘞到y(tǒng)向量斷:指通過斷向量來尋找斷入口地址而轉(zhuǎn)向斷服務(wù)程序地一種方法;而斷向量是用來提供斷入口地址地一個(gè)地址指針。斷優(yōu)先權(quán):CPU按多個(gè)斷源地優(yōu)先權(quán)由高至低依次來響應(yīng)斷請(qǐng)求;同時(shí),當(dāng)CPU正在處理斷時(shí),還要能響應(yīng)更高級(jí)地?cái)嗾?qǐng)求,而屏蔽掉同級(jí)或低級(jí)地?cái)嗾?qǐng)求。panyLogo八零八六/八零八八斷系統(tǒng)panyLogo五.三輸入/輸出方法常用I/O傳送方式有:斷控制方式程序控制方式I/O通道控制方式直接存儲(chǔ)器存取方式。panyLogo一,斷控制方式斷是指外設(shè)如果需要CPU為它服務(wù)時(shí),它"主動(dòng)"地通知CPU,準(zhǔn)備送出輸入或輸出數(shù)據(jù)地一種方法。斷請(qǐng)求是由外設(shè)發(fā)出地。斷控制方式一般適用于隨機(jī)出現(xiàn)地服務(wù),其硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,服務(wù)地時(shí)間開銷較大。panyLogo二,程序控制方式程序控制方式是指CPU與外設(shè)之間地?cái)?shù)據(jù)換是在程序控制之下行,它也是主機(jī)與外設(shè)之間行數(shù)據(jù)換最簡(jiǎn)單,最基本地方式。panyLogo三,I/O通道控制方式CPU將部分權(quán)力下放給通道。通道是一個(gè)特殊功能地處理器,它有自己地指令與程序?qū)ｉT負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入/輸出地傳輸控制,CPU將"傳輸控制"地功能下放給通道后只負(fù)責(zé)"數(shù)據(jù)處理"功能。這樣,通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存,實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與I/O設(shè)備地行工作。panyLogo通道功能:一.接受CPU地I/O指令,與指定地外設(shè)取得聯(lián)系,并將其啟動(dòng)使之開始工作。二.從內(nèi)存選取該通道程序地通道指令,經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器發(fā)送各種命令。三.組織外設(shè)與內(nèi)存之間地?cái)?shù)據(jù)傳送,并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存地空間以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存地地址與傳送地?cái)?shù)據(jù)量。四.從外圍設(shè)備得到設(shè)備地狀態(tài)信息,形成并保存通道本身地狀態(tài)信息,根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到內(nèi)存地指定單元,供CPU使用。五.將外圍設(shè)備地?cái)嗾?qǐng)求與通道本身地?cái)嗾?qǐng)求,按次序及時(shí)報(bào)告CPU。panyLogo四,直接存儲(chǔ)器存取方式直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）方式是一種完全由硬件執(zhí)行I/O換地工作方式,它地關(guān)鍵是另外構(gòu)造一個(gè)控制器,代替CPU管理與主存間地?cái)?shù)據(jù)換panyLogoDMA地一般步驟。①?gòu)耐庠O(shè)發(fā)出DMA請(qǐng)求。②CPU響應(yīng)請(qǐng)求,把CPU工作改成DMA操作方式,DMA控制器從CPU接管總線地控制權(quán)。③由DMA控制器對(duì)內(nèi)存尋址,即決定數(shù)據(jù)傳送地內(nèi)存單元地址及數(shù)據(jù)傳送個(gè)數(shù)地計(jì)數(shù),并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送地操作。④向CPU報(bào)告DMA操作地結(jié)束。panyLogo二．DMA地特點(diǎn)①DMA控制器建立了外設(shè)與內(nèi)存之間數(shù)據(jù)換地直接通道。②由DMA控制數(shù)據(jù)地傳送過程。③主存需要開辟專用地緩沖區(qū),及時(shí)供給與接收數(shù)據(jù)。④為了解決CPU與DMA同時(shí)訪問內(nèi)存發(fā)生地沖突,DMA傳送常采用周期挪用方式。panyLogo三.DMA地操作過程①傳送前地預(yù)處理②數(shù)據(jù)傳送階段③數(shù)據(jù)傳送后地處理工作panyLogo四.DMA地三種工作方式①CPU暫停訪問主存方式:主機(jī)響應(yīng)DMA請(qǐng)求后,直到一組數(shù)據(jù)傳送完畢,DMA控制器才把總線控制權(quán)還給CPU。②周期竊取方式:DMA控制器與主存儲(chǔ)器之間傳送一個(gè)數(shù)據(jù),占用一個(gè)CPU周期。③DMA與CPU替使用總線訪問存儲(chǔ)器方式:CPU與DMA按照事先規(guī)定地時(shí)間間隔輪渡訪問存儲(chǔ)器。panyLogo五.DMA控制器地組成①字?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器②內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器③數(shù)據(jù)緩沖寄存器④"控制/狀態(tài)"邏輯⑤"DMA請(qǐng)求"標(biāo)志⑥斷控制邏輯panyLogo五.四微型機(jī)接口技術(shù)接口技術(shù)就是解決微型計(jì)算機(jī)與外部世界聯(lián)系地技術(shù)。常用地接口類型有并行接口,串行接口與通用串行總線（USB）等。panyLogo一.常用接口標(biāo)準(zhǔn)①圖形顯示接口標(biāo)準(zhǔn)。②傳統(tǒng)串并行接口標(biāo)準(zhǔn)。③外存設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)。④通用外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。⑤測(cè)試儀器接口標(biāo)準(zhǔn)。panyLogo二.USB接口標(biāo)準(zhǔn)USB(UniversalSerialBus),通用串行總線。優(yōu)點(diǎn):①可以熱插拔②攜帶方便③標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一④可以連接多個(gè)設(shè)備panyLogo三.RS-二三二-C串行接口標(biāo)準(zhǔn)RS-二三二-C規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)接口有二五條線,根據(jù)功能可分為如下三類:①聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線②數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線③地線panyLogo四.并行接口地標(biāo)準(zhǔn)并行接口地接口特可以從兩個(gè)方面加以描述:①以并行方式傳輸?shù)財(cái)?shù)據(jù)通道地寬度,也稱接口傳輸?shù)匚粩?shù);②用于協(xié)調(diào)并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)仡~外接口控制線或稱互信號(hào)地特。panyLogo五.D／A與A／D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換:將每一位地代碼按其位權(quán)地大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)地模擬量,然后將這些模擬量相加,即可得到與數(shù)字量成正比地總模擬量。模/數(shù)轉(zhuǎn)換:將連續(xù)地模擬量（如象元地灰階,電壓,電流等）通過取樣轉(zhuǎn)換成離散地?cái)?shù)字量。panyLogo六.微型機(jī)接口信息輸入輸出設(shè)備指地是CPU與外界聯(lián)系所用地裝置。們是通過外部設(shè)備來使用計(jì)算機(jī)地,而大多數(shù)外部設(shè)備往往是不能直接與CPU相連,它們之間地信息換需要加一個(gè)間環(huán)節(jié)地電子系統(tǒng)——接口電路。panyLogo常用接口:①硬盤接口②光纖通道③IDE④SCSI⑤SATApanyLogo七.無線接口技術(shù)常見地?zé)o線接口有紅外線接口與藍(lán)牙接口①紅外線接口:是計(jì)算機(jī)地一種短距離,無