教学内容第六章微型计算机和外设之间的数据传输学时分配教学目的1、通过本章的学习，使学生掌握接口电路的基本概念、接口电路的主要功能、2、两种I/O端口的编址方式、32位微处理器采用I/O编址的译码、微处理器与I/O3、设备数据传送的查询式输入输出方式以及中断方式输入输出。

4、熟悉32位微处理器保护模式下的I/O空间，直接存储器存取（DMA）方式以及I/O处理器控制方式。

教学要求1、掌握接口的主要功能。

2、掌握微处理器与I/O设备数据传送的几种方式。

3、从概念上要理解接口的物理结构与意义。

4、仔细研究教材中的概念与原理。

重点难点1、I/O端口的编址方式2、微处理器与I/O设备数据传送的查询式输入输出方式3、中断方式输入输出4、接口的主要功能教学过程1、使用自己做的电子讲稿讲解。

2、必须配合黑板板书讲解。

3、注意讲课时采用启发式，适当提问，了解上课学生听课的效果。

课堂提问与讨论回答问题情况记载作业答疑作业：P182 3、8、9、10、13小结6.1 接口及接口技术 6.1.1 接口电路的概述结合电子讲稿在大屏上解释举例解释主要的功能所谓接口（Interface ）就是微处理器与外围设备（简称外设）之间的连接电 路，它是两者之间进行信息交换时的必要通路，不同的外设有不同的输入/输出 接口电路。

结论：1、微处理器只有配接上各类I/O 接口电路后，才能可靠地与外围设备实现 数据的输入输出操作，从而提高CPU 的工作效率，促进外设的统一发展， 增强微型计算机系统的功能。

2、微机接口不是一些逻辑电路的简单组合。

因此，所谓微机接口技术是采 用计算机硬件与软件相结合的方法，使微处理器与外围设备之间进行最佳耦合 与匹配，以便在CPU 与外围设备之间实现可靠、有效的信息交换。

6.1.2 接口电路的主要功能不同的外围设备有不同的I/O 接口，而且各接口的功能也不相同，综合分析微型计算机的接口电路，其主要功能有7条：1．设备选择功能在微机系统中，往往有多个外设，每个外设中可能有多个要访问的寄存器，而微处理器在某一瞬间，只能对一台外设或者一台外设中的某一个寄存器进行读/写访问。

一个寄存器对应CPU 中一个地址编号，当CPU 访问外设时，实质上是访问某一寄存器，那么，在接口电路中，首先要设置I/O 端口地址译码电路，把CPU 发出的地址代码翻译成I/O 设备的选择信号，称之为“片选”信号。

2．数据缓冲功能1）为了解决高速微处理器与低速外设之间的矛盾，避免因速度不一致而丢失数据甚至无法正常工作，接口电路中一般还设有数据缓冲寄存器。

2）数据缓冲寄存器用于存放I/O数据的寄存器，简称数据缓存器（或数据缓存）。

数据缓存器分为输入缓存器和输出缓存器。

3．接收和执行CPU命令的功能CPU对外围设备的控制命令一般是以二进制代码的形式首先送到接口电路的命令寄存器（称为命令口）中存放，再由此接口电路对此二进制代码进行分析识别，产生若干控制信号，最后送往外围设备，产生相应的操作。

4．寄存外设状态的功能接口电路中一般设有专门用于存放外设状态的寄存器，称之为“状态口”。

CPU与外设之间交换的信息包括：①数据信息，包括输入数据和输出数据。

接口中相应有一个数据端口（数②命令信息，接口中相应有一个命令端口（命令口）。

③状态信息，接口中相应有一个状态端口（状态口）。

5．信号的转换功能CPU和外设二者的信息在功能上的定义、逻辑关系、逻辑电平的规定以及工作时序不可能相一致，因此，要进行信号的转换，使二者的信号相匹配。

例如：在串行通信接口中要进行TTL电平与RS—232C电平的相互转换。

6．数据宽度变换的功能* 在CPU与I/O接口一侧，是以并行传输方式传送数据的* 串行通信接口、Modem以及磁盘驱动器与磁盘一侧则以串行方式传输数据。

* 外设的接口电路中有数据“并→串”转换和“串→并”转换两种功能。

7．可编程功能1）“编程”是指在不改变硬件的前提下，向接口芯片中某些寄存器写入约定的二进制信息。

2）以此选择接口芯片的工作方式。

6.2 I/O 端口的编址方式* 端口（Port ）是接口电路中能被CPU 直接访问的寄存器地址。

* 输入端口和输出端口，故称为I/O 端口。

* 对该寄存器进行读操作或写操作。

6.2.1 两种I/O 端口的编址方式举出具体端口译码电路 1．统一编址从内存空间划出一部分地址空间留给I/O 设备编址，CPU 把I/O 端口所指的寄存器当作存储单元进行访问，直接用访问内存的指令访问I/O 寄存器，或称为存储器映像的I/O 编址方式。

2．专门的I/O 编址方式接口电路中所有的I/O 端口统一编址，而所有I/O 端口建立的地址空间与内存地址空间是两个独立的地址空间，也常称这种方式为独立编址方式。

两种I/O 端口编址方式优缺点的比较： 1）统一编址方式的优点：不需要设立专门的I/O 指令，用访问内存的指令就可以访问外设，指令类型多，功能齐全。

主要缺点是I/O 端口占用了内存空间，减少了内存容量。

2）专用I/O 编址方式的主要优点：不占用内存空间，使用专门I/O 指令访问I/O 端口，I/O 速度快。

缺点：CPU 的引脚上必须具有能区分出访问内存还是访问I/O 端口的信号。

6.3 微处理器与I/O设备数据传送的几种方式6.3.1 I/O接口电路的基本结构1．I/O接口电路的连接I/O接口电路与CPU一侧的连线主要包括：①数据线②地址线③CPU的读（RD）、写（WR）控制信号相应接到I/O接口电路中的读、写控制输入端。

④在专门I/O编址方式CPU的引脚上必然有一根用。

2．I/O接口电路中的基本寄存器数据端口：用于中转数据信息。

命令端口：用于传送对I/O设备的命令信息。

状态端口：用于传送外设所处的状态信息。

6.3.2 CPU与I/O设备传输数据的几种方式1．无条件输入输出方式这种方式是一种最简单的输入/输出控制方式，其I/O接口电路及软件比较简单，所有的操作均由执行程序来完成。

采用这种方式，输入接口电路总是准备好了等待输入给CPU的数据，输出接口电路总是准备好了接受来自CPU的数据。

CPU无须查询I/O设备是否准备就绪，直接用汇编语言或高级语言编程，2．查询式输入输出方式* 由于查询式输入与输出在执行数据输入或输出之前，都必须首先输入外设当前所处的状态信号。

* CPU对状态信号进行判断以后才能进行数据输入操作或数据输出操作，因此，两种接口电路都必须具有一个状态输入端口。

实质上，查询式输入接口电路具有一个无条件输入的状态端口。

1）查询式输入方式当CPU采用查询方式从外设读取数据时，CPU必须首先从状态端口查询外设的数据是否已经准备好，确认已准备好后，才能执行一次数据输入操作。

2）查询式输出方式当CPU采用查询方式向外设输出数据时，CPU必须首先从状态端口查询外设是否已经作好了接受CPU数据的准备，若没有准备好，则要继续查询，若准备好了，CPU便执行一次数据输出操作。

例【6-1】一个查询式A/D转换的基本结构。

在数据采集系统中，常采用查询式输入方式来实现A/D转换。

3．中断方式输入输出所谓中断是外设或者其他中断源中止CPU当前正在执行的程序，转向为申请中断的外设（或中断源）执行服务程序，一旦服务程序执行结束，必须返回到被中断程序的断点处，接着执行原来的程序。

* 中断类似于程序设计中的子程序调用，不同的是引起中断的原因是随机的，而对子程序的调用是主程序中预先安排的。

* 子程序与中断服务程序都是预先编写好后，在执行程序时都已存放在存储器中，子程序可以被主程序随时调用，而中断服务程序则是通过中断请求和中断响应后，提供给CPU执行的子程序。

* 2个中断源中断过程的示意图4．直接存储器存取（DMA）方式DMA（Direct Memory Access）即直接存储器存取方式，是指在专门的DMA控制器的控制下实现外围设备与内存储器直接交换数据的一种接口技术。

在这种方式下，数据传输经过CPU，传送的速度只取决于存储器和外设的工作速度。

1）DMA传送的基本原理①向DMAC预置字节计数器的初始值，以确定本次传输数据字节的长度值。

②向DMAC预置地址寄存器的初始值，以确定本次传输数据所用存储器的起始地址。

③向DMAC预置控制字，以确定本次传输数据的传输方向，是字节传送，还是块传送，即可以每次只传送一个字节，也可以每次传送一个数据块，并启动DMA操作。

④对I/O接口设置控制字，指出数据传输的方向，并启动I/O操作。

DMA传输过程大致过程示意图：5．I/O处理器控制方式∆中断方式输入输出仍然是一种程序控制方式，DMA传送方式只能实现比较单纯的数据传送，在大型计算机系统与高档微机中，外设数量多，传输速度快，I/O操作频繁？？？？∆为了进一步减轻CPU的负担，提高整体性能，采用了I/O处理器（IOP）控制方式来实现外设数据的I/O传送。

∆IOP处理技术也称之为通道技术，IOP也被称之为“通道”在80X86系列微机中，借助Intel公司生产的IOP芯片实现了IOP控制方式。

Intel公司生产的i8089可以协助8086CPU实现I/O处理器控制方式下的输入输出。

Intel80303和80310分别是第三代和第四代智能型IOP。

∆IOP是一种专用的处理器，专门用于I/O设备的管理和I/O操作，IOP 有独立的局部存储器，有独立的指令系统。

∆例如：有通用数据传送指令、位操作及位测试等专用I/O指令，用于编写I/O管理程序，实现系统所要求的I/O操作，还可以通过码制转换、数据交换、数据搜索、数据装配以及拆卸等指令，编写出各种预处理程序，以便满足I/O操作的需求。

∆具有I/O处理器的计算机系统的示意图：主要习题：1．什么叫接口？什么叫接口电路？接口电路可分为哪四类？2．接口电路的主要功能有哪些？3．CPU与外设之间交换的信息有哪些？4．I/O端口的两种编址方式各有什么优缺点？5．什么叫端口？一般I/O接口电路中有哪几种端口？6．无条件I/O传送方式有何特点？7．I/O接口电路与CPU一侧一般有哪几种连线？与外设一侧有哪几种连线？8．什么叫端口？一般I/O接口电路中有哪几种端口？9．无条件I/O传送方式有何特点？10．分别画出查询式输入与查询式输出的流程图。

11．简述中断传输方式的特点。