微机原理与接口技术-输入输出接口概念
输入/输出接口
外部设备及信号
按照与CPU数据传输的方向划分：
（1）输入设备
键盘、鼠标、光笔
输入图形信息的扫描仪、数码相机
检测现场信息的数字化测试仪表
模拟量采集和模拟量/数字量转换装置等
（2）输出设备
显示器、打印机
绘图仪
现场控制的数字量/模拟量转换装置和执行元件
（3）复合输入/输出设备
外存储设备是典型的复合输入/输出设备：
硬磁盘驱动器
U盘
外部设备的信号
（1）数据信号
按照信号的物理形态，可以分为以下几种
数字量：以二进制形式的表述的数据、图形或文字信息
模拟量:现场的物理量通过传感期间，转换为大小与之对应的电压或电流信号，这些量呈连续变化的形态，成为模拟量
开关量：只有两种状态（0，1）的量
脉冲量：在瞬间由一个值跃变到另一个值的心好累。技术脉冲、定时脉冲和控制脉冲
（2）状态信号
状态信号表明外部设备当前的工作状态没用来协调CPU与外部设备之间的操作
典型的状态信号表示：READY、BUSY
有的设备有指示出错状态的信号，如打印机的纸用尽（Paper Out),故障（Fault)
不同的外设可以有不同的状态信号
状态信号总是从外部设备发往CPU
(3)控制信号
控制信号是CPU向外设发出的命令，它指定设备的工作方式，启动或停止设备
控制信号的格式因设备而异
控制信号从CPU发往外部设备
数据信号、状态信号、控制信号都是以“数据”的形式，通过总线在CPU和外部设备之间进行传输的
I/O接口及功能
接口重要性和功能
为什么需要接口
1.微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样
2.微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配
3.不用接口,I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降低CPU的效率
4.I/O直接接CPU,会使外设硬件结构过于依赖CPU,对外设本身发展不利
接口功能
1.设备选择功能
CPU通过地址代码来标识和选择不同的外部设备
接口对系统总线上传输的外设地址进行译码，在检测到本设备地址代码时，产生相应的“选中”信号
2.信息传输功能
设备被“选中”时：
从CPU/数据总线接收数据或者控制信息
外部设备的数据或状态信息发往数据总线/CPU
3.数据格式转换功能
外设使用的数据格式与CPU数据格式不同时，接口要进行二种数据格式之间的相互转换
4.联络功能
从系统总线或外设接收一个数据后，发出“数据到”联络信号，通知外设或CPU取走数据
数据传输完成，向对方发出信号，准备进行下次传输
5.中断管理功能
向CPU申请中断
向CPU发中断类型号
中断优先权的管理
在以8086为CPU的系统中，这些功能大部分可以由专门的中断控制器实现
6.复位功能
接口在接收系统的复位信号后，将接口电路以其所简介的外部设备置成初始状态
7.可编程功能
有些接口具有可编程特性，可以用指令来设定接口的工作方式、工作参数和信号的极性
8.错误检查功能
接口的组成
（1）接口处理的信号
CPU与I/O设备之间的接口信息：数据信号、控制信号、状态信号
（2）接口组成
接口由接口硬件与接口软件（驱动程序）组成
端口
端口：接口内的寄存器，用来暂存CPU和外设之间传输的数据、状态和命令
端口地址：每一个端口有一个独立的地址
外部设备地址：设备接口内各端口的地址，一台外部设备可以拥有几个通常是相邻的端口地址
端口种类：数据端口、命名端口（控制端口）和状态端口
接口软件
初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件
传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O设备有不同的处理方式。如设置中断向量、设置DAMC等
主控程序段:完成接口任务的程序
程序终止与退出程序段：对接口电路硬件保护及操作系统中数据恢复
辅助程序段：提供人-机对话手段
I/O端口的编译方法
有两种不同的I/O端口编译方法
I/O端口与内存同一编译
把内存的一部分地址分配给I/O端口，一个8位端口占用一个内存单元地址，也称为存储器映射编译方式
优点：
访问内存单元和I/O端口使用相同的指令，使用方便
降低CPU电路的复杂性
缺点：
减少了内存可用范围
难以区分访问内存和I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性
I/O端口与内存独立编码
内存储器和I/O端口各有自己独立的地址空间
访问I/O端口需要专门的I/O指令
8088/8086CPU采用这种方式
访问内存储器
使用20根地址线A0 ~ A15
使M/IO#=1
内存地址范围为00000~0FFFFFH共1MB
访问I/O端口
使用低16根地址线A0~A15
使得M/IO#=0
I/O端口地址范围是0000~OFFFFFH共64K
简单I/O接口的组成和译码
I/O端口
是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或电路。接口中的控制口、状态口和数据口均对应着I/O接口
I/O端口地址
用地址总线上传送的地址码的对接口中的不同寄存器或电路加以区分，成为该端口的I/O地址。CPU通过向端口发命令最终对设备进行控制。访问设备实际上是访问与之相连的接口卡上的端口
I/O端口地址空间（ISA总线）
理论上有64K个独立编址（地址表示：A15~A0,实际上只用A9 ~ A0)的8位端口空间，两个连续8位端口可作为一个16位端口