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第9章 输入输出和接口技术
9.1 复习笔记
一、接口的基本概念 1．接口的功能 （1）接口的概念
接口是在两个电路或设备之间，使两者动作条件相配合的连接电路。接口电路并不局限于中央处理器与存储器或外设之间，也可在存储器与外设之间。
（2）接口电路的功能
①接口电路的作用就是将来自外部设备的数据信号传送给处理器，处理器对数据进行适当加工，再通过接口传回外部设备。
②接口的基本功能就是对数据传送实现控制，具体包括以下5种功能：地址译码、数据缓冲、信息转换、提供命令译码和状态信息以及定时和控制。
（3）接口电路的基本结构
根据接口的基本功能要求，实现数据传送的接口电路主要由控制命令逻辑电路、状态设置和存储电路、数据存储和缓冲电路3部分组成，如图9-1所示。
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www.100xuexi.com 2．接口控制原理 （1）数据传送方式 ①并行数据传送
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 图9-1 接口电路基本结构框图
在微机系统内，如大系统部件之间的数据传送都采用并行数据传送方式。并行数据的每一位都对应独立的传输线路，所以数据传送速度快，但线路多，一般只用于较短距离的数据传送。
②串行数据传送
a．串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位，按一定的顺序逐位进行传送的方式。串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话网的计算机之间的通信。远距离数据传送采用串行方式比较经济。
b．异步串行通信协议规定字符数据的传送格式，每个数据以相同的位串形式传送，但数据间隔脉冲不定。如图9-2所示，每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。
图9-2 串行数据位串定义
c．在异步串行通信中，接收设备和发送设备必须保持相同的传送波特率，并与每个字符数据的起始位同步。起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传送过程中必须保持一致，这样才能成功地传送数据。
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www.100xuexi.com （2）传送控制方式 ①查询方式
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 a．查询方式是中央处理器在数据传送之前通过接口的状态设置存储电路询问外设，待外设允许传送数据后才传送数据的操作方式。
b．在查询方式下，中央处理器需要完成下面一些操作： 第一，中央处理器向接口发出传送命令，输入数据或输出数据；
第二，中央处理器查询外设是否允许传送（输出数据发送完否或输入数据准备好否）？ c．若不允许传送，则继续查询外设，直至允许传送（输出数据发送完或输入数据准备好）才传送数据。在查询方式下，中央处理器需要花费较多的时间去不断地“询问”外设，外设的接口电路处于被动状态。
②中断方式
a．中断方式是在外设要与中央处理器传送数据时，外设向中央处理器发出请求，中央处理器响应后再传送数据的操作方式。
b．在中断方式下，中央处理器不必查询外设，而由接口在外设的输出数据发送完毕或接收数据准备好时通知中央处理器，中央处理器再发送或接收数据。
c．中断方式提高了系统的工作效率，但中央处理器管理中断的接口比管理查询复杂。 ③直接存储器存取（DMA）方式
a．DMA方式是数据不经过中央处理器而在存储器和外设之间直接传送的操作方式。 DMA方式是这3种方式中效率最高的一种传送方式，DMA方式控制接口也最复杂，需要专用的DMA控制器。
b．在DMA方式下，先由存储器或者外设向DMA控制器发出DMA请求，DMA控制器响应后再向微处理器发出总线请求，微处理器响应后就让DMA控制器接管3总线。
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www.100xuexi.com 外设和外设之间的数据传送。
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 c．3总线在DMA控制器的管理下完成存储器和存储器之间或存储器和外设之间或者
d．DMA方式适合数据量较大的传送，如存储器与磁盘之间的数据传送。 3．接口控制信号
（1）现代微机系统都是采用总线接口方式，因此，接口控制信号可分为两类：总线控制信号和输入输出控制信号，如图9-3所示。
图9-3 接口控制信号图
（2）总线控制信号包括数据线、地址线、
二、I／O指令和I／O地址译码 1．标准的I／O寻址方式
标准的I／O寻址方式也称为独立的I／O寻址方式或称为端口（Port）寻址方式。有以下3个特点：
（1）I／O设备的地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的。即I／O接口地址不占用存储器的地址空间；
（2）微处理器对I／O设备的管理是利用专用的IN（输入）和OUT（输出）指令来实现数据传送的；
（3）CPU对I／O设备的读／写控制是用I／O读／写控制信号
等。
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www.100xuexi.com （1）特点
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台 2．存储器映像I／O寻址方式
①I／O接口与存储器共用同一个地址空间。即在系统设计时指定存储器地址空间内的一个区域供U0设备使用，故I／O设备的每一个寄存器占用存储器空间的一个地址。这时，存储器与U0设备之间的唯一区别是其所占用的地址不同。
②CPU利用对存储器的存储单元进行操作的指令来实现对I／O设备的管理。 ③CPU用存储器读／写控制信号（2）优点
①CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便，如可对外设中的数据（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等；
②存储器和外设的地址分布图是同一个； ③不需要专门的输入／输出指令。 （3）缺点
①外设占用了内存单元，使内存容量减小；
②存储器操作指令通常要比I／O指令的字节多，故加长了I／O操作的时间。 3．输入输出指令 （1）输入指令
IN ACC，Port或IN ACC，DX
①输入指令是把一个字节或一个字由输入端口传送至AL（8位ACC）、AX（16位ACC）或EAX（32位ACC）。
②端口地址若是由指令中的Port所规定，则只可寻址0～255。端口地址若用寄存器DX间址，则允许寻址64K个输入端口。累加器ACC选用AL、AX或EAX中的哪一个，取
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对I／O设备进行读／写控制。
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