输入输出技术.pptx

24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 1 主机与外界之间的通信是通过外围设备主机与外界之间的通信是通过外围设备(简称简称外设外设)来进行的。输入与输出设备是计算机系统的来进行的。输入与输出设备是计算机系统的重要组成部分。程序、原始数据和各种现场采集到重要组成部分。程序、原始数据和各种现场采集到的数据、信息都要通过输入设备输入至主机，而计的数据、信息都要通过输入设备输入至主机，而计算的结果或各种控制信号要输出给各种输出设备，算的结果或各种控制信号要输出给各种输出设备，以便显示、打印和实现各种控制功能。以便显示、打印和实现各种控制功能。第第4章章 输入输出技术输入输出技术 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 2第第4章章 输入输出技术输入输出技术 几个概念：几个概念：输输入入/输输出出：计计算算机机通通过过外外围围设设备备同同外外部部世世界通信或交换数据称为界通信或交换数据称为“输入输入/输出输出”。外外设设接接口口电电路路（外外设设接接口口）：在在微微型型计计算算机机系系统统中中，常常用用的的外外围围设设备备有有：键键盘盘、鼠鼠标标、硬硬磁磁盘盘机机，软软驱驱、光光盘盘机机、打打印印机机、显显示示器器、MODE、D/A转转换换器器、A/D转转换换器器、扫扫描描仪仪、及一些专用设备。及一些专用设备。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 3第第4章章 输入输出技术输入输出技术 把把外外围围设设备备同同计计算算机机连连接接起起来来实实现现数数据据传传送送的的控控制制电电路路称称为为“外外围围接接口口电电路路”，简简称称“外外设设接接口口”。如如图图所所示示：从从图图可可看看出出，接接口口分分两两类类：存存储储器器接接口口和和I/O接接口口；其其位位置置：介介于于系系统统总总线线与与外外部部设备之间。设备之间。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 4第第4章章 输入输出技术输入输出技术 I/O接口与接口与I/O设备：设备：不同不同I/O设备对应设备对应I/O接口不同。接口不同。I/O接口受接口受CPU控制，控制，I/O设备受设备受I/O接口接口控制。控制。为增加通用性，为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均接口的接口电路一般均具有可编程功能。微机的应用离不开与外部具有可编程功能。微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连接。设备接口的设计、选用和连接。微机接口技术是编程人员的一项基本技能。微机接口技术是编程人员的一项基本技能。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 5第第4章章 输入输出技术输入输出技术 输入与输出的操作过程类似于存储器的存取输入与输出的操作过程类似于存储器的存取操作。原则上操作。原则上CPUCPU可以采用访问存储器的方式与外可以采用访问存储器的方式与外设交换数据，但是在实际操作中，外围设备要考设交换数据，但是在实际操作中，外围设备要考虑的问题比访问存储器复杂得多。存储器通常是虑的问题比访问存储器复杂得多。存储器通常是在与在与CPUCPU同步的控制方式下工作的，并且内存采用同步的控制方式下工作的，并且内存采用半导体器件，其相应的控制比较简单，与半导体器件，其相应的控制比较简单，与CPUCPU的匹的匹配和定时较易实现。而外设种类繁多，控制复杂。配和定时较易实现。而外设种类繁多，控制复杂。CPUCPU与外设相连时，不能直接用总线相连，而是要与外设相连时，不能直接用总线相连，而是要通过相应的电路来连接。这是因为通过相应的电路来连接。这是因为CPUCPU与外设之间与外设之间存在很大的差异，不能匹配。存在很大的差异，不能匹配。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 6第第4章章 输入输出技术输入输出技术 一、计算机与外设之间的信息交换应解决的一、计算机与外设之间的信息交换应解决的问题问题 外围设备的品种繁多，有机械式的，电外围设备的品种繁多，有机械式的，电子式的、磁电式的、及光电式的等等；外围子式的、磁电式的、及光电式的等等；外围设备需处理的信息也有多种多样，有数字信设备需处理的信息也有多种多样，有数字信号、模拟信号、开关信号、电压信号、电流号、模拟信号、开关信号、电压信号、电流信号等等；从工作速度上看，有的速度慢，信号等等；从工作速度上看，有的速度慢，有的速度快，不同的外设处理信息的速度相有的速度快，不同的外设处理信息的速度相差悬殊；差悬殊；24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 7第第4章章 输入输出技术输入输出技术 另外，微型计算机与不同的外围设备之间另外，微型计算机与不同的外围设备之间所传送的信息的格式和电平高低等也是多所传送的信息的格式和电平高低等也是多种多样的。这就形成了外设接口电路的多种多样的。这就形成了外设接口电路的多样性和复杂性。样性和复杂性。根据外设的多样性和复杂性，计算机与外根据外设的多样性和复杂性，计算机与外设之间的信息交换应解决的问题如下：设之间的信息交换应解决的问题如下：24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 8第第4章章 输入输出技术输入输出技术n 速度不匹配速度不匹配n 信号电平不匹配信号电平不匹配n 信号格式不匹配信号格式不匹配n 信号时序不匹配信号时序不匹配 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 9因此输入与输出设备不能直接与因此输入与输出设备不能直接与CPUCPU的系的系统总线相连，必须在统总线相连，必须在CPUCPU与外设之间设置与外设之间设置专门的接口电路来解决这些问题。专门的接口电路来解决这些问题。第第4章章 输入输出技术输入输出技术24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 10第第4章章 输入输出技术输入输出技术二、二、I/O接口应具有的功能（解决的方案）接口应具有的功能（解决的方案）1 设置数据缓冲器以解决两者速度差异所设置数据缓冲器以解决两者速度差异所带来的不协调问题带来的不协调问题 由于微处理机与输入由于微处理机与输入/输出设备处理输出设备处理数据的速度不同，定时的标准也不同，二数据的速度不同，定时的标准也不同，二者又需进行信息交换，所以在接口上尚需者又需进行信息交换，所以在接口上尚需设置对所传送的数据提供缓冲、隔离以及设置对所传送的数据提供缓冲、隔离以及寄存的功能。寄存的功能。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 11第第4章章 输入输出技术输入输出技术 具体说来，就是在输出接口中设置寄存器或具体说来，就是在输出接口中设置寄存器或锁存器，用以暂时存放锁存器，用以暂时存放CPU欲输出的数据，欲输出的数据，然后再由输出设备根据自身的情况，将暂时然后再由输出设备根据自身的情况，将暂时存放的欲输出的数据进行适时输出处理。存放的欲输出的数据进行适时输出处理。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 12第第4章章 输入输出技术输入输出技术 输入：输入：n输入设备数据线输入设备数据线 三态缓冲器三态缓冲器 DB CPU 输出：输出：n CPU DB 锁存器锁存器 输出设备输出设备数据线数据线 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 13第第4章章 输入输出技术输入输出技术 2设置信号电平转换电路以解决两者之设置信号电平转换电路以解决两者之间信号电平的不一致问题。间信号电平的不一致问题。由于微处理机的总线信号与输入由于微处理机的总线信号与输入/输输出设备的控制信号之间存在着差异，无出设备的控制信号之间存在着差异，无法进行相匹配的操作，需要在两种信号法进行相匹配的操作，需要在两种信号之间进行转换。像之间进行转换。像CPU的信号与输入的信号与输入/输输出设备信号之间的逻辑关系、时序关系出设备信号之间的逻辑关系、时序关系以及电平之间的关系均需转换。以及电平之间的关系均需转换。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 14第第4章章 输入输出技术输入输出技术 否则高速的否则高速的CPU系统与低速的输入系统与低速的输入/输出输出设备之间是无法沟通的。例如：在串行设备之间是无法沟通的。例如：在串行通信中，常采用通信中，常采用MC1488，MC1489等等芯片实现电平转换。芯片实现电平转换。3设置信息转换逻辑以满足对各自信设置信息转换逻辑以满足对各自信号格式的要求。号格式的要求。例如：例如：A/D转换，转换，D/A转换，串转换，串/并转换，并并转换，并/串转换等。串转换等。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 15第第4章章 输入输出技术输入输出技术 4设置时序控制电路以同步设置时序控制电路以同步CPU和外设的和外设的工作。工作。接口电路接收接口电路接收CPU送来的命令或控制字，送来的命令或控制字，实施对外设的控制和管理；外设的工作状态实施对外设的控制和管理；外设的工作状态和应答信号也通过接口及时返回给和应答信号也通过接口及时返回给CPU（设（设备就绪，忙，缓冲器满，空），保证备就绪，忙，缓冲器满，空），保证CPU与与外设工作实现同步。常用的状态信号有正忙外设工作实现同步。常用的状态信号有正忙和准备就绪。和准备就绪。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 16第第4章章 输入输出技术输入输出技术 5提供地址译码电路。提供地址译码电路。在微处理机系统通常都配备有多个或多在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围设备，这样就会有多个输入种外围设备，这样就会有多个输入/输出接输出接口，像为键盘、鼠标、打印机、显示器、磁口，像为键盘、鼠标、打印机、显示器、磁盘等诸输入盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，输出设备均配备有各自接口，且为它们分配了各自的地址码。通过接口中且为它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围设备输入的地址译码电路对外围设备输入/输出地址输出地址寻址。寻址。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 17第第4章章 输入输出技术输入输出技术 6校验和检查：在微处理机系统中，通常校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入为输入/输出接口配备有校验功能，并且可输出接口配备有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设以将出错信息报告给微处理机。像外围设备机构中的机械和电路故障，就要向微处备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型和位置。若数据在传理机报告故障的类型和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如若若USB在传送过程中出现错误则要用到容在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会重复发送数据直至正错功能，发送设备会重复发送数据直至正确为止。确为止。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 18第第4章章 输入输出技术输入输出技术 7最好可编程应用最好可编程应用：对一些通用的，：对一些通用的，功能齐全的接口电路，应该具有可编程的功能齐全的接口电路，应该具有可编程的功能，所谓可编程就是用软件来选择接口功能，所谓可编程就是用软件来选择接口电路的某些功电路的某些功 能，以适应具体工作的需求。能，以适应具体工作的需求。这也是现代接口电路的发展方向。这也是现代接口电路的发展方向。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 19第第4章章 输入输出技术输入输出技术综上所述，接口的主要功能是执行命令、综上所述，接口的主要功能是执行命令、提供状态、管理中断、协调交换和变换信提供状态、管理中断、协调交换和变换信息格式。这些功能并不是所有接口必须具息格式。这些功能并不是所有接口必须具备的功能。根据系统的不同配置和用途，备的功能。根据系统的不同配置和用途，其接口的功能和工作方式有所不同，应视其接口的功能和工作方式有所不同，应视具体系统的要求而定。具体系统的要求而定。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 20第第4章章 输入输出技术输入输出技术 三、接口与端口三、接口与端口 一个典型接口电路的内部结构框图如图一个典型接口电路的内部结构框图如图4-1所示，所示，从图从图41可见：可见：图41 基本外设接口24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 21第第4章章 输入输出技术输入输出技术J输入输入/输出接口好像是输出接口好像是CPU与外围设备之与外围设备之间进行信息传送的一个间进行信息传送的一个“连接部件连接部件”。输入输入/输出接口通过输出接口通过CPU的数据总线、地的数据总线、地址总线和控制总线与址总线和控制总线与CPU相连接，数据相连接，数据信息通过数据端口、控制信息通过控制信息通过数据端口、控制信息通过控制端口和状态端口与外围设备连接，外围端口和状态端口与外围设备连接，外围设备与设备与CPU交换的信息就是数据信息、交换的信息就是数据信息、状态信息和控制信息。状态信息和控制信息。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 22第第4章章 输入输出技术输入输出技术J“外设接口外设接口”是是“CPU”与与“外设外设”之间之间传递信息的控制电路。传递信息的控制电路。J外设接口一边通过外设接口一边通过CPU的三总线（或微的三总线（或微机总线）同机总线）同CPU连接，一边通过三种信连接，一边通过三种信息息数据信息、控制信息和状态信息同数据信息、控制信息和状态信息同外设连接。外设连接。CPU通过外设接口同外设之通过外设接口同外设之间交换的信息就是这三种信息。间交换的信息就是这三种信息。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 23第第4章章 输入输出技术输入输出技术n数据信息可以有数字量、模拟量和开关量三种数据信息可以有数字量、模拟量和开关量三种类型。类型。数字量是以二进制码形式提供的信息。通常是数字量是以二进制码形式提供的信息。通常是8位、位、16位和位和32位数据。位数据。开关量是用开关量是用2个状态表示的信息。只用一位二个状态表示的信息。只用一位二进制码表示。进制码表示。模拟量是指由传感器等提供的由物理量转换成模拟量是指由传感器等提供的由物理量转换成的相应的连续变化的电信号。模拟量必须先经的相应的连续变化的电信号。模拟量必须先经模模/数（数（A/D）转换器转换为数字量后，再输）转换器转换为数字量后，再输入入CPU进行处理。进行处理。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 24第第4章章 输入输出技术输入输出技术n数据端口的作用是，在外围设备与数据端口的作用是，在外围设备与CPU之间进行信息交换时，用来存放欲交换之间进行信息交换时，用来存放欲交换数据的一种缓冲寄存器，当程序执行到数据的一种缓冲寄存器，当程序执行到需要需要CPU加工处理来自外围设备的数据加工处理来自外围设备的数据时，数据端口中存放的就是外围设备发时，数据端口中存放的就是外围设备发给给CPU的数据。而当程序执行到需要的数据。而当程序执行到需要CPU将加工处理后的数据发送给外围设将加工处理后的数据发送给外围设备时，数据端口中存放的就是欲通过外备时，数据端口中存放的就是欲通过外围设备输出的数据。围设备输出的数据。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 25第第4章章 输入输出技术输入输出技术n状态信息指的是外围设备当前的工作状状态信息指的是外围设备当前的工作状态，像正忙（态，像正忙（BUSY）信号，准备就绪）信号，准备就绪（READY）信号等。）信号等。n控制信息是指用于控制外围设备接口工控制信息是指用于控制外围设备接口工作方式和外围设备启动或停止信息，通作方式和外围设备启动或停止信息，通常是由常是由CPU 发出各种控制信息。发出各种控制信息。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 26第第4章章 输入输出技术输入输出技术n数据信息、状态信息和控制信息通常都以数据信息、状态信息和控制信息通常都以数据形式通过数据形式通过CPU的数据总线（或微机总的数据总线（或微机总线）同线）同CPU进行传送的，这些信息分别存进行传送的，这些信息分别存放在外设接口的不同类型的寄存器中。放在外设接口的不同类型的寄存器中。CPU同外设之间的信息传送实质上是对这同外设之间的信息传送实质上是对这些寄存器进行些寄存器进行“读读”或或“写写”操作。操作。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 27第第4章章 输入输出技术输入输出技术n“接口接口”中这些可以由中这些可以由CPU进行读或写进行读或写的寄存器被称为的寄存器被称为“端口端口”（Port）。这）。这些端口可分为些端口可分为“数据口数据口”、“状态口状态口”与与“控制口控制口”。分别存放数据信息、状。分别存放数据信息、状态信息和控制信息。态信息和控制信息。CPU通过访问这些通过访问这些端口来了解外设的状态，控制外设的工端口来了解外设的状态，控制外设的工作，以及同外设之间进行数据传输。作，以及同外设之间进行数据传输。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 28第第4章章 输入输出技术输入输出技术 四、基本的四、基本的I/O操作技术操作技术 基本的基本的I/O操作技术有三种，它们分别是：操作技术有三种，它们分别是：（1）利用程序设计技术进行）利用程序设计技术进行I/O操作：它是操作：它是在程序的直接、连续地控制之下所进行的在程序的直接、连续地控制之下所进行的I/O操作。操作。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 29第第4章章 输入输出技术输入输出技术 （2）利用中断驱动实施）利用中断驱动实施I/O操作：在程序操作：在程序发出了发出了I/O命令之后，继续进行命令之后，继续进行I/O操作，操作，只有当遇到只有当遇到I/O硬件中断，才被告之硬件中断，才被告之I/O操操作已经结束。作已经结束。（3）直接存储器存取）直接存储器存取DMA技术：这一技术技术：这一技术是用一个指定的是用一个指定的I/O处理器来替代处理器来替代I/O操作操作控制，在控制，在I/O设备和存储器之间可以进行直设备和存储器之间可以进行直接的大批量的数据传送操作。接的大批量的数据传送操作。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 30第第4章章 输入输出技术输入输出技术 五、五、I/O端口的编址方式端口的编址方式 I/O端口的编址方式有两种：独立编址端口的编址方式有两种：独立编址与存储器映象编址（统一编址）。与存储器映象编址（统一编址）。1独立编址（专用的独立编址（专用的I/O端口编址）端口编址）独立编址方式的硬件结构及地址空间分独立编址方式的硬件结构及地址空间分配配如图如图4-1-1所示所示 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 31第第4章章 输入输出技术输入输出技术 这种编址方式的特点是存储器和这种编址方式的特点是存储器和I/O端端口在两个独立的地址空间中，口在两个独立的地址空间中，I/O端口的端口的读、写操作由硬件信号读、写操作由硬件信号 和和 来来实现，访问实现，访问I/O端口用专用的端口用专用的IN指令和指令和OUT指令。指令。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 32第第4章章 输入输出技术输入输出技术 对内存的操作：对内存的操作：对端口操作对端口操作 MOV MEM，AL OUT DISP MOV DL，BX IN AL，DISP 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 33第第4章章 输入输出技术输入输出技术 独立编址方式的优点：独立编址方式的优点：nI/O端口的地址码较短（一般比同一系统端口的地址码较短（一般比同一系统中存储单元的地址码短）；中存储单元的地址码短）；n译码电路比较简单，存储器同译码电路比较简单，存储器同I/O端口的端口的操作指令不同，程序比较清晰；操作指令不同，程序比较清晰；n存储器和存储器和I/O端口的控制结构相互独立，端口的控制结构相互独立，可以分别设计。可以分别设计。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 34第第4章章 输入输出技术输入输出技术 独立编址方式的缺点独立编址方式的缺点n需要有专用的需要有专用的I/O指令，而这些指令，而这些I/O指令指令的功能一般不如存储器访问指令丰富，的功能一般不如存储器访问指令丰富，程序设计灵活性较差。程序设计灵活性较差。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 35第第4章章 输入输出技术输入输出技术2存储器映象编址（统一编址）存储器映象编址（统一编址）存储器映象编址（统一编址）方式的硬存储器映象编址（统一编址）方式的硬件结构及地址空间分配如图件结构及地址空间分配如图4-1-2所示，所示，图41224 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 36第第4章章 输入输出技术输入输出技术 这种编址方式的特点是存储器和这种编址方式的特点是存储器和I/O端口共用统一的地址空间；一旦地址端口共用统一的地址空间；一旦地址空间分配给空间分配给I/O端口后，存储器就不能再端口后，存储器就不能再占有这一部分的地址空间，例如整个空占有这一部分的地址空间，例如整个空间为间为1M，地址范围为，地址范围为00000HFFFFFH，如果，如果I/O端口占有端口占有00000H0FFFFH这这64K个地址，那么存储器的地个地址，那么存储器的地址空间只有从址空间只有从10000HFFFFFH的的960K个地址。个地址。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 37第第4章章 输入输出技术输入输出技术 在这种编址方式下，在这种编址方式下，I/O端口的读写操作同端口的读写操作同样由硬件信号样由硬件信号 和和 来实现，来实现，访问访问I/O端口同样用端口同样用MOV指令。同时，所指令。同时，所有访问存储器的指令（包括存储器的算术、有访问存储器的指令（包括存储器的算术、逻辑运算指令）都可用于逻辑运算指令）都可用于I/O端口。端口。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 38第第4章章 输入输出技术输入输出技术存储器映象编址的优点：存储器映象编址的优点：n任何对存储器数据的指令都可用于任何对存储器数据的指令都可用于I/O端端口的数据操作，不需专用口的数据操作，不需专用I/O指令，从而指令，从而使系统编程比较灵活；使系统编程比较灵活；存储器映象编址的缺点：存储器映象编址的缺点：nI/O占用了一部分内存空间，且指令的机占用了一部分内存空间，且指令的机器码也长，执行时间较长。器码也长，执行时间较长。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 39第第4章章 输入输出技术输入输出技术六、六、I/OI/O地址的译码地址的译码目的：确定端口的地址目的：确定端口的地址参加译码的信号：参加译码的信号：IORIOR，IOWIOW，A15 A15 A0A0OUTOUT指令将使总线的指令将使总线的IOWIOW信号有效信号有效ININ指令将使总线的指令将使总线的IORIOR信号有效信号有效 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 40第第4章章 输入输出技术输入输出技术 当接口只有一个端口时，当接口只有一个端口时，16位地址线一般位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则当接口具有多个端口时，则16位地址线的位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。位则用于确定要访问哪一个端口。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 41第第4章章 输入输出技术输入输出技术 七、简单的输入七、简单的输入/输出接口芯片输出接口芯片 1.芯片功能简介芯片功能简介 在外设接口电路中，经常需要对传在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信息进行放大、隔离以及锁输过程中的信息进行放大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口芯片最简单存，能实现上述功能的接口芯片最简单的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 42第第4章章 输入输出技术输入输出技术 锁存器锁存器74LS373 锁存器具有暂存数据的能力，能在数锁存器具有暂存数据的能力，能在数据传输过程中将数据锁住，在此后的任据传输过程中将数据锁住，在此后的任何时刻，在输出控制信号的作用下将数何时刻，在输出控制信号的作用下将数据传送出去。据传送出去。74LS373是一种常用的是一种常用的8D锁存器，它可以直接挂到总线上，并锁存器，它可以直接挂到总线上，并具有三态总线驱动能力。其逻辑电路及具有三态总线驱动能力。其逻辑电路及引脚图引脚图如图如图413所示所示。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 43第第4章章 输入输出技术输入输出技术74LS373的锁存器功能从表的锁存器功能从表4-1可见。可见。H H为高电平，为高电平，L L为低电平，为低电平，Q0Q0为原状态，为原状态，Z Z为高阻抗，为高阻抗，为任意值。为任意值。74LS37374LS373锁存器主要用于锁存地址信息、数据信息以及锁存器主要用于锁存地址信息、数据信息以及DMADMA页面地址页面地址信息等。常用的锁存器还有信息等。常用的锁存器还有74LS27374LS273，573573，Intel 8282Intel 8282和和82838283等等 24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 44第第4章章 输入输出技术输入输出技术 在应用中，可根据实际需要设置在应用中，可根据实际需要设置74LS37374LS373的控制信号。例如，希望先输入数的控制信号。例如，希望先输入数据，在以后适当的时刻再输出，可对据，在以后适当的时刻再输出，可对G G和和OEOE分别进行控制；如果只需要使用它的记忆功分别进行控制；如果只需要使用它的记忆功能，不需要三态缓冲，可直接把能，不需要三态缓冲，可直接把OEOE端接地，端接地，仅控制仅控制G G。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 45第第4章章 输入输出技术输入输出技术缓冲器缓冲器74LS24474LS244和和74LS24574LS245连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力，当连接在总线上的缓冲器都具有三态输出能力，当CPUCPU或或I/OI/O接口电路需要输入接口电路需要输入/输出数据时，在它的使能控制输出数据时，在它的使能控制端端EN(EN(或或G)G)作用一个低电平脉冲，使其内部的各缓冲单元作用一个低电平脉冲，使其内部的各缓冲单元接通，即处在输出接通，即处在输出0 0或或1 1的透明状态，数据就会被送入总的透明状态，数据就会被送入总线。当使能脉冲撤除后，缓冲器处于高阻态。这时，各线。当使能脉冲撤除后，缓冲器处于高阻态。这时，各缓冲单元就像一个断开的开关，相当于将它所连接的电缓冲单元就像一个断开的开关，相当于将它所连接的电路从总线上脱开。路从总线上脱开。74LS24474LS244和和74LS24574LS245就是最常用的数据就是最常用的数据缓冲器。缓冲器除具有缓冲作用外，还能提高总线的驱缓冲器。缓冲器除具有缓冲作用外，还能提高总线的驱动能力。动能力。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 46第第4章章 输入输出技术输入输出技术 74LS24474LS244是一种是一种8 8路数据缓冲器，其逻辑电路引脚路数据缓冲器，其逻辑电路引脚图图如图如图414414所示。所示。当把该缓冲器用于当把该缓冲器用于8 8位数据总线时，可将位数据总线时，可将 1G1G和和2G2G端连在一起，由一个片选信号来控制。端连在一起，由一个片选信号来控制。74LS24474LS244常用来构成外设输入数据端口，这时它常用来构成外设输入数据端口，这时它的输入端的输入端A A与外设数据线相连，而输出端与外设数据线相连，而输出端Y Y并接并接在在CPUCPU的数据总线上。的数据总线上。74LS24474LS244是一种单向数据是一种单向数据缓冲器，数据只能从缓冲器，数据只能从A A端传送到端传送到Y Y端，若要进行端，若要进行双向数据传送，可选用双向数据总线缓冲器双向数据传送，可选用双向数据总线缓冲器74LS24574LS245。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 47第第4章章 输入输出技术输入输出技术 数据收发器数据收发器74LS245 74LS245逻辑电路及引脚图逻辑电路及引脚图如图如图415所示。所示。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 48第第4章章 输入输出技术输入输出技术n芯片的功能见表芯片的功能见表4-2通常用于数据的双向传通常用于数据的双向传送、缓冲和驱动。送、缓冲和驱动。常用的数据收发器还有常用的数据收发器还有74LS24374LS243、Intel Intel 82868286、Intel 8287Intel 8287等等24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 49第第4章章 输入输出技术输入输出技术 2 输入输入/输出传送控制方式输出传送控制方式 在微型计算机中，有四种基本的输入在微型计算机中，有四种基本的输入/输输出方法，它们是：无条件传送方式、查出方法，它们是：无条件传送方式、查询传送方式、中断方式、询传送方式、中断方式、DMA（直接存（直接存储器存取）方式。储器存取）方式。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 50第第4章章 输入输出技术输入输出技术 前两种方式为程序控制输入前两种方式为程序控制输入/输出，这四输出，这四种方法很好地解决了种方法很好地解决了CPU与各类外设之与各类外设之间进行数据传送时的同步问题和速度问间进行数据传送时的同步问题和速度问题。它们都是利用题。它们都是利用CPU执行程序，实现执行程序，实现微机与外设的数据传送。微机与外设的数据传送。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 51第第4章章 输入输出技术输入输出技术 一、无条件传送方式一、无条件传送方式 无条件传送方式也称为同步传送方式，无条件传送方式也称为同步传送方式，主要用于对简单外设进行操作，也可用于主要用于对简单外设进行操作，也可用于外设的定时是固定的或已知的场合。也就外设的定时是固定的或已知的场合。也就是说，对于这类外设，在任何时刻均已准是说，对于这类外设，在任何时刻均已准备好数据或处于接收数据状态，或者在某备好数据或处于接收数据状态，或者在某些固定时刻，它们处在数据就绪或准备接些固定时刻，它们处在数据就绪或准备接收状态，收状态，24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 52第第4章章 输入输出技术输入输出技术因此程序可以不必检查外设的状态，而在因此程序可以不必检查外设的状态，而在需要进行输入或输出操作时，直接执行输需要进行输入或输出操作时，直接执行输入入/输出指令。当输出指令。当I/OI/O指令执行后，数据传指令执行后，数据传送便立即进行。这是一种最简单的传送方送便立即进行。这是一种最简单的传送方式，所需要的硬件和软件都较少。式，所需要的硬件和软件都较少。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 53第第4章章 输入输出技术输入输出技术J输入：当输入：当CPU任何时刻用任何时刻用IN指令从数据指令从数据输入端口读取输入设备数据时，输入设输入端口读取输入设备数据时，输入设备总有一组有效数据让备总有一组有效数据让CPU读走（即输读走（即输入设备常处于数据准备好状态，如开关入设备常处于数据准备好状态，如开关设备）。这样的设备与设备）。这样的设备与CPU传送数据通传送数据通常采用无条件输入方法。输入设备与系常采用无条件输入方法。输入设备与系统总线之间的接口电路中只包含一个数统总线之间的接口电路中只包含一个数据输入端口。（据输入端口。（如图如图416）24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 54第第4章章 输入输出技术输入输出技术J输出：当输出：当CPU任何时刻用任何时刻用OUT指令通过数指令通过数据输出端口向输出设备输出数据时，输出据输出端口向输出设备输出数据时，输出设备总处于接收数据准备好状态（如设备总处于接收数据准备好状态（如LED设备）。这样的设备与设备）。这样的设备与CPU传送数据通常传送数据通常采用无条件输出方法。输出设备与系统总采用无条件输出方法。输出设备与系统总线之间的接口电路中只包含一个数据输出线之间的接口电路中只包含一个数据输出端口。（端口。（如图如图417）24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 55第第4章章 输入输出技术输入输出技术 常利用无条件传送的简单外设有许多种，常利用无条件传送的简单外设有许多种，如发光二极管、数码管、开关、继电器、如发光二极管、数码管、开关、继电器、步进电机等。步进电机等。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 56第第4章章 输入输出技术输入输出技术 例例1 1外设是开关。外设是开关。如图如图4242所示路所示路（P148P148），利用），利用S S的状态的状态来控制来控制CPUCPU执行不同的程执行不同的程序：当序：当S S闭合时，执行闭合时，执行PROG1PROG1；S S打开时执行打开时执行PROG2PROG2。图42S24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 57第第4章章 输入输出技术输入输出技术 解：当解：当CPU读接口地址读接口地址FFF7H，或门输出为低电，或门输出为低电平，该电平使输入接口平，该电平使输入接口三态门导通，则开关三态门导通，则开关S的就由数据线的就由数据线D0读到读到CPU，判断读入数据，判断读入数据D0=0时，时，S闭合；闭合；D0=1时，时，S打开。打开。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 58第第4章章 输入输出技术输入输出技术程序段如下：程序段如下：MOV DX，0FFF7HIN AL，DXTEST AL，01；测试测试AL中的最低位是否为中的最低位是否为1，TEST操作同操作同AND。JZ PROG1 ；不为；不为1，执行，执行PROG1JMP PROG2 ；否则执行；否则执行PROG224 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 59第第4章章 输入输出技术输入输出技术 例例2外设是发外设是发光二极管。光二极管。如图如图43所示所示电路电路P149，编，编程使两个发光程使两个发光二极管亮灭各二极管亮灭各1s进行闪烁。进行闪烁。图4324 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 60第第4章章 输入输出技术输入输出技术 解：由图知，锁存器接口使用解：由图知，锁存器接口使用74LS273，（，（273是利用是利用CP端的上升沿来锁存数端的上升沿来锁存数据，锁存器在打入脉冲据，锁存器在打入脉冲CP上升沿将输入上升沿将输入端端D的数据锁存在它的输出的数据锁存在它的输出Q端），根据端），根据图中译码器（或门）的输出可以断定，图中译码器（或门）的输出可以断定，该锁存器输出接口地址为该锁存器输出接口地址为0000H。24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 61第第4章章 输入输出技术输入输出技术 由图知，只用锁存器的由图知，只用锁存器的Q0和和Q7输出来控输出来控制发光二极管的亮灭，状态码：制发光二极管的亮灭，状态码：81H。程序段为：程序段为：24 24 四月四月 2024 2024西北师大物电学院 62第第4章章 输入输出技术输入输出技术 MOV DX，0000HGOON：MOV AL，81H OUT DX，AL；点亮发光二极管；点亮发光二极管 CALL TIS ；延时；延时1s MOV AL，00H OUT DX，AL；熄灭发光二极管；熄灭发光二极管 CALL TIS JMP GOON24 24 四月四月 2024 2024西北