5章2数字量输入输出2110822

微机原理与应用主讲教师：姜涛教学内容:第一章微型计算机基础第二章微型计算机指令系统第三章汇编语言程序设计第四章半导体存储器第五章数字量输入输出第六章模拟量输入输出微机原理与应用第1章、微型计算机基础1.3微型计算机系统的组成、分类和配置1.3.1微型计算机系统的组成4微型计算机系统的三个层次微处理器存储器I/O接口总线硬件系统软件系统微型计算机系统微型计算机(主机)外设ALU寄存器控制器键盘、鼠标显示器软驱、硬盘、光驱打印机、扫描仪系统软件应用软件5微型计算机的概念结构存储器I/O接口输入设备I/O接口地址总线AB输出设备CPU数据总线DB控制总线CBI/O接口AB:AddressBusDB:DataBusCB:ControlBus6第5章数字量输入输出7主要内容：5.1概述5.2系统总线及接口5.3中断控制系统5.4计数定时接口5.5并行输入输出接口5.6串行输入输出接口5.7直接存储器存取DMA5.8高档微机中的I/O接口电路85.2系统总线及接口5.2.1总线概述多个电路传输信号的公共通道。1.总线特性：多信号源分时使用主-从设备控制接口电路的基本结构数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机105.2系统总线及接口5.2.1总线概述1.总线分级：作用范围片内总线；系统级总线：机箱内，插板间的连接总线ISA,PCIAGP设备级总线：机箱外，外设与计算机间的连接总线串口RS232，并口Centronics11微型计算机的物理结构CPU北桥南桥RAMCacheAGPCRTBIOSKBD，Mouse串行/并行接口HDD/CDROM(IDE)FDDUSBPCIISA前端总线/CPU总线接口卡外设总线扩展槽北桥负责CPU和内存、显卡之间的数据交换,南桥负责CPU和PCI总线以及外部设备的数据交换12INTEL845GE13个人计算机：图中左侧最长的插槽为ISA插槽（黑色），中间白色的为PCI插槽，右边棕色的插槽为AGP插槽！14主板的主要硬件构成CPU插座芯片组（南北桥/HUB）内存插槽高速缓存（现已集成到CPU内部）系统BIOS，硬件控制CMOS，存放硬件配置参数总线扩展槽，PCI、ISA串行、并行接口软/硬盘、光驱插座15PC/XT总线/ISA总线1981年：IBM公司在PC/XT电脑采用的系统总线，基于8bit的8088处理器，称为PC总线或者PC/XT总线。1984年，IBM推出基于16-bitIntel80286处理器的PC/AT电脑，系统总线也相应地扩展为16bit，并被称呼为PC/AT总线。而为了开发与IBMPC兼容的外围设备，行业内便逐渐确立了以IBMPC总线规范为基础的ISA（工业标准架构：IndustryStandardArchitecture）总线。ISA总线最大传输速率仅为8MB/s，传输速率过低、CPU占用率高、占用硬件中断资源等，很快使ISA总线在飞速发展的计算机技术中成为瓶颈。1988年：ISA扩展到32-bit，这就是著名的EISA（ExtendedISA，扩展ISA）总线。达到了32MB/s.仍旧由于速度有限，并且成本过高，给PCI总线给取代了。5.2.2系统总线标准16PCI总线1992年:Intel在发布486处理器的时候，也同时提出了32-bit的PCI（周边组件互连）总线。工作在33MHz频率，传输带宽达到了133MB/s（33MHzX32bit/8），比ISA总线有了极大的改善，基本上满足了当时处理器的发展需要。目前计算机上广泛采用的是这种32-bit、33MHz的PCI总线。AGP总线（AcceleratedGraphicsPort）由于PCI总线只有133MB/s的带宽，对付声卡、网卡、视频卡等绝大多数输入/输出设备也许显得绰绰有余，但对于胃口越来越大的3D显卡却力不从心，并成为了制约显示子系统和整机性能的瓶颈。因此，PCI总线的补充——AGP总线就应运而生了。Intel于1996年7月正式推出了AGP（加速图形接口，AcceleratedGraphicsPort）接口，这是显示卡专用的局部总线，工作频率为66MHz，1X模式下带宽为266MB/S，是PCI总线的两倍。后来依次又推出了AGP2X、AGP4X，现在则是AGP8X，传输速度达到了2.1GB/S。175.2.2系统总线标准国际标准化组织详细规定连接总线的插接件的几何尺寸、引脚排序，电路信号名称，及其电气特性。外设IO设备对计算机CPU的接口=外设IO设备对系统总线的接口185.2.2系统总线标准1、PC/XT及ISA总线PC/XT---8位ISA总线--16位EISA总线--32位195.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接1、数据信号的连接接口数据信号与系统数据总线按位序对应连接。数据的传送方式并行一个数据单位(通常为字节)的各位同时传送速度快、距离短、成本高串行数据按位进行传送速度慢、距离远、成本低205.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接2、控制信号的连接系统控制总线对接口的3个控制信号：IOR输入输出读信号，低电平有效IOW输入输出写信号，低电平有效AEN，DAMC驱动的总线信号，高电平有效215.2系统总线及接口5.2.3总线信号与接口的连接3、地址信号的连接系统地址总线高位地址经译码产生片选信号与接口电路的片选端连接，决定接口的芯片地址。系统地址总线低位地址与接口电路的低位地址对应连接，产生片内地址。接口电路物理地址=芯片地址+片内地址（1）8088/8086CPU的I/O端口编址方式采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)地址线上的地址信号用来区分：时为I/O地址I/O操作只使用20根地址线中的16根：A15～A0可寻址的I/O端口数为64K(65536)个I/O地址范围为0～FFFFHIBMPC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)IO/M=1IO/M（2）I/O端口地址的译码、、A15～A0OUT指令将使总线的信号有效IN指令将使总线的信号有效当接口只有一个端口时，16位地址线一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。例如：某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。IORIOWIOWIOR25接口电路的基本结构4、接口举例数据线控制线状态线DBCBAB数据输入寄存器（or三态门）数据输出寄存器（锁存器）状态寄存器（or三态门）命令寄存器译码电路控制逻辑接外设接主机数据输入/输出寄存器——暂存输入/输出的数据命令寄存器——存放控制命令，用来设定接口功能、工作参数和工作方式。状态寄存器——保存外设当前状态，以供CPU读取。数据输入接口必须具有三态输出能力，以便与总线挂接外设有数据保持能力时—可用三态门实现外设无数据保持能力时—用三态输出的锁存器实现数据输出接口常用锁存器实现三态门：高电平、低电平、高阻态通常一个器件中包含8个三态门常用芯片：74LS244应用例子：开关接口工作波形图如下：A0~A15IOR#译码输出D0~D7开关状态地址有效304、接口举例（1）简单输入接口MOVDX,218HINAL,DX31（2）输出接口MOVDX,219HOUTDX,AL锁存器：由D触发器构成通常一个器件包含8个D触发器常用芯片：74LS27374LS374(具有三态输出的锁存器)应用例子：发光二极管接口简单的输出接口举例译码器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15IOW#74LS273R（3）输入/输出接口综合应用例子根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号共阳极7段数码管结构用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管74LS273的地址假设为F0H用74LS244作为输入口，读入开关K0～K3的状态74LS244的地址假设为F1H当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上对应显示’0’～’F’(7段码表见下页)符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’01110001O1I1O2I2O3I3O4I4#E1K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7abcdefgDP74068个反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOW#IOR#Y0Y1F0H=0000000011110000F1H=0000000011110001&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0D0D1D2D3译码电路相应程序段如下：……Seg7DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H……LEABX,Seg7；取7段码表基地址MOVAH,0GO:MOVDX,0F1H；开关接口的地址为F1HINAL,DX；读入开关状态ANDAL,0FH；保留低4位MOVSI,AX；作为7段码表的表内位移量MOVAL,［BX+SI］；取7段码MOVDX,0F0H；7段数码管接口的地址为F0HOUTDX,ALJMPGO37(3)简单接口举例计算机甲与计算机乙通过IO接口通讯38MOVDX,CS1INAL,DXMOVCX,DELAYTIMECHKS:MOVDX,CS0INAL,DXANDAL,1JZDATINLOOPCHDATIN:MOVDX,CS1INAL,DX(3)简单接口举例计算机甲与计算机乙通过IO接口通讯395.3中断控制系统5.3.1中断的基本概念405.3中断控制系统5.3.2可编程中断控制电路415.3中断控制系统5.3.3Intel8259A的应用425.3中断控制系统5.3.4高档微机的中断系统435.4计数定时接口5.4.1基本概念5.4.2可编程计数/定时电路5.4.3Intel8253的应用445.5并行输入输出接口5.5.1可编程并行接口Intel8255A5.5.2Intel8255A的应用327455.6串行输入输出接口5.6.1基本概念5.6.2可编程串行接口电路Ins82505.6.3Ins8250的应用举例46作业：P268T4-1,2,,6,8,10，12,