微機(jī)原理課件第11講.ppt

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1、第六章輸入輸出和中斷技術(shù)6.1接口概述6.2CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送方式6.3中斷概述6.48259可編程中斷控制器6.1I/O接口概述接口的定義接口的必要性接口的功能I/O接口的定義I/O接口（I/OInterface）I/O接口是一種電子電路，由若干專用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成。它是CPU和I/O設(shè)備之間交換信息的媒介和橋梁。I/O接口的必要性ABCPUDBCB存儲(chǔ)器I/O接口顯示器鼠標(biāo)鍵盤硬盤軟驅(qū)光驅(qū)……掃描儀CPU與外部設(shè)備交換信息的過(guò)程，是在控制信號(hào)的作用下通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)完成的。外部設(shè)備種類繁多，它們對(duì)所傳輸?shù)男畔⒌囊笠哺鞑幌嗤?，這就給計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的信息交

2、換帶來(lái)以下一些問(wèn)題：I/O接口的必要性計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間的信息交換存在如下問(wèn)題速度不匹配信號(hào)電平不匹配信號(hào)格式不匹配時(shí)序不匹配①速度不匹配ABCPUDBCB存儲(chǔ)器I/O接口顯示器鼠標(biāo)鍵盤硬盤軟驅(qū)光驅(qū)……掃描儀CPU的速度很高，而外設(shè)的速度要低得多，而且不同的外設(shè)速度差異甚大，它們之中有每秒鐘能傳送兆位數(shù)量級(jí)的硬磁盤，也有每秒鐘只能打印百位字符的串行打印機(jī)或速度更慢的鍵盤。②信號(hào)電平不匹配ABCPUDBCB存儲(chǔ)器I/O接口顯示器鼠標(biāo)鍵盤硬盤軟驅(qū)光驅(qū)……掃描儀CPU所使用的信號(hào)都是TTL電平，而外設(shè)大多是復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，往往不能用TTL電平所驅(qū)動(dòng)，必須有自己的電源系統(tǒng)和信號(hào)電平。③信號(hào)

3、格式不匹配ABCPUDBCB存儲(chǔ)器I/O接口顯示器鼠標(biāo)鍵盤硬盤軟驅(qū)光驅(qū)……掃描儀CPU系統(tǒng)總線上傳送的通常是8位、16位或32位的并行數(shù)據(jù)，而各種外設(shè)使用的信息格式各不相同。包括模擬量、數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、電流量和電壓量等；有些設(shè)備采用串行方式傳送數(shù)據(jù)，而有些則用并行方式。④時(shí)序不匹配ABCPUDBCB存儲(chǔ)器I/O接口顯示器鼠標(biāo)鍵盤硬盤軟驅(qū)光驅(qū)……掃描儀各種外設(shè)都有自己的定時(shí)和控制邏輯，與計(jì)算機(jī)的CPU時(shí)序不一致。因此輸入輸出設(shè)備不能直接與CPU的系統(tǒng)總線相連，必須在CPU與外設(shè)之間設(shè)置專門的接口(Interface)電路來(lái)解決這些問(wèn)題。I/O接口的功能接口電路介于總線和外設(shè)之間，可

4、以解決CPU與外設(shè)之間的不匹配問(wèn)題，具有如下的功能：?設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖①用于解決兩者速度差異所帶來(lái)的不協(xié)調(diào)問(wèn)題；②避免多個(gè)外設(shè)同時(shí)送數(shù)據(jù)置總線引起沖突。通常使用鎖存器和緩沖器，以及適當(dāng)?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。?設(shè)置信號(hào)電平轉(zhuǎn)換電路在接口電路中設(shè)置電平轉(zhuǎn)換電路來(lái)解決外設(shè)和CPU之間信號(hào)電平的不一致問(wèn)題。I/O接口的功能?設(shè)置信號(hào)轉(zhuǎn)換邏輯①外設(shè)傳送的信息可以是模擬量、數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，通過(guò)設(shè)置信息轉(zhuǎn)換邏輯來(lái)解決，通常需要設(shè)置A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路。②部分設(shè)備使用串行方式傳送數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部通常是并行傳送數(shù)據(jù)，因此還需有串/并和并/串轉(zhuǎn)換電路。?設(shè)置時(shí)序控制電路同

5、步CPU和外設(shè)的工作。I/O接口的功能?提供地址譯碼電路CPU要與多個(gè)外設(shè)打交道，一個(gè)外設(shè)接口中通常包含若干個(gè)端口，而在同一時(shí)刻，CPU只能與某一個(gè)端口交換信息。需要有外設(shè)地址譯碼電路，使CPU在同一時(shí)刻只能選中某一個(gè)I/O端口。此外，接口電路中還有輸入輸出控制、讀/寫(xiě)控制及中斷控制等邏輯。I/O接口的分類按照電路和設(shè)備的復(fù)雜程度，I/O接口的硬件主要分為兩大類?I/O接口芯片這些芯片大都是集成電路，通過(guò)CPU輸入不同的命令和參數(shù)，并控制相關(guān)的I/O電路和簡(jiǎn)單的外設(shè)作相應(yīng)的操作，常見(jiàn)的接口芯片如定時(shí)／計(jì)數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等。?I/O接口控制卡有若干個(gè)集成電路

6、按一定的邏輯組成為一個(gè)部件，或者直接與CPU同在主板上，或是一個(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上。按照接口的連接對(duì)象來(lái)分，可以將他們分為串行接口、并行接口、鍵盤接口和磁盤接口等。簡(jiǎn)單的輸入輸出接口芯片最簡(jiǎn)單的常用的I/O接口芯片有緩沖器(Buffer)和鎖存器(Latch)。緩沖器74LS244和74LS245鎖存器74LS3738路單向數(shù)據(jù)緩沖器74LS244緩沖器具有三態(tài)輸出能力和提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。1GVcc1A12G2Y41Y11A22A42Y31Y21A32A32Y21Y31A42A22Y11Y4GND2A1123456782019181715151413)91012112A12

7、Y12A22Y22A32Y32A42Y42G1A11Y11A21Y21A31Y31A41Y41G8路雙向數(shù)據(jù)緩沖器74LS245雙向緩沖器能控制數(shù)據(jù)的流向。DIRVccA1GA2B1A3B2A4B3A5B4A6B5A7B6A8B7GNDB8123456782019181715151413)9101211GA1B1A2B2A8B8……DIR8路雙向數(shù)據(jù)緩沖器74LS245雙向緩沖器能控制數(shù)據(jù)的流向。GA1B1A2B2A8B8……DIR/GDIR數(shù)據(jù)方向00A←B01A→B10——1