第五章 微型计算机输入输出接口

5.1 输入输出接口

5.1.1      外部设备及其信号

外部设备的分类

按照数据传输方向分：

       1、输入设备；2、输出设备；3、复合输入输出设备

按照设备的功效：

       1、人机交互设备；2、数据存储设备；3、媒体输入输出设备；4、数据采集与设备控制

与主机交换信号

       1、数据信号；2、控制信号；3、状态信号（ready、busy、error）

5.1.2       I/O接口的功能

       接口：计算机一个部件与另一个部件的连接界面。

       I/O接口的功能：

       1、设备选择功能；2、信息传递与联络功能；3、数据格式转换功能；4、中断管理功能；5、复位功能；6、可编程功能；7、错误检测功能（1、物理信道上的传输错误，采用奇偶校验等2、数据传输中的覆盖错误）

5.1.3       I/O端口的编址方法

       端口：接口内的若干寄存器，用来暂存CPU和外部设备之间传输的数据、状态和命令。

       分类：数据输入端口、数据输出端口、命令端口（也称控制端口）、状态端口。

       一个外部设备的地址，实际上就是该设备接口内各个端口的地址。

编址方法：

1、I/O端口与内存统一编址，也称存储器映射编址方式。

       有助于降低CPU复杂性，但是减少了内存可用范围。由于难于区分内存与设备，降低了程序的可读性和可维护性。

2、I/O端口与内存独立编址。

5.1.4       输入输出指令

IN    AL,60H;    8位输入指令

IN    AX,78H;    16位输入指令

MOV    DX,312H;    端口地址送入DX

IN    AX    ,DX;    16位间接输入指令

OUT     21H,AL;       8位输出指令

MOV    DX,21H;    端口地址送入DX

OUT    DX,AL;    8位间接输出指令

      说明：端口地址为0~255，可以用8位二进制数表示时，可以使用直接地址。端口地址大于255时，必须把地址送入DX寄存器，通过寄存器进行间接寻址。

5.1.5    简单I/O接口的组成

1、地址译码电路

      高位地址选择接口，低位地址选择接口内不同的端口。

2、数据锁存器与缓冲器

      为了正常传送数据，设备需要具有三态输出功能。

5.2 输入输出数据传输的控制方式

CPU主要进行两种类型的数据传输：与内存储器的数据传输和与外部设备的数据传输

5.2.1     程序方式

1、无条件传送方式

        主要对于一些简单的设备，对它们的I/O操作可以随时进行。如开关、二极管指示灯等。

2、条件传送方式

        也称查询式传送。CPU不断读取并测试外部设备的状态，如果输出设备处于空闲状态，则进行输出操作，如果输入设备处于ready状态，则进行输入操作。

5.2.2     中断方式

        可以提高CPU的效率，适用于中慢速的外部设备。

5.2.3     直接存储器存取方式(DMA)

5.3      开关量输入输出接口

      开关量输入接口：

            1、基本的开关量输入接口：单刀单掷开关、单刀双掷开关、按钮

            2、矩阵式开关量输入接口：键盘

    开关量输出接口：

          1、基本的开关量输出接口：LED发光二极管、执行元件驱动线圈（1、逻辑电路输出，外接功率放大三极管驱动；2、采用集电极开路驱动器）

         2、LED七段数码显示管接口

5.4      PC系列微型计算机外部设备接口

        5.4.1      传统低速外部设备接口

            1、串行通信接口（COM1、COM2）；

            2、键盘接口（传统：直径13mm的5芯PC键盘接口、直径8mm的6芯PS/2键盘接口；新型：USB、无线接口）

            3、鼠标接口（按结构分：光电式机械式、光电式、轨迹球、新型无线鼠标；接口：PS/2、USB、无线）

            4、打印机接口

            5、软盘接口

       5.4.2      硬盘/光盘驱动器与接口

           1、硬盘驱动器

                  微型计算机中使用的是温彻斯特硬磁盘，把元件封装成一个整体，简称温盘。

            2、IDE接口

                  除了控制信号，其他信号原封不动送往硬盘，因此是系统级的接口。只能管理512M以下的硬盘。

            3、Ultra DMA      ATA接口（PATA接口）

                  采用DMA方式传输数据，一定程度上提高了系统性能。

            4、Serial ATA 接口（SATA）

                  采用差分信号，以串行方式传输。

            5、固态硬盘

                  单层单元（SLC）：速度快、成本高、容量小；

                  多层单元（MLC）：容量大、成本低、速度慢。

      5.4.3      显示器和显示接口

            1、显示器（CRT、LCD）

            2、显示接口（发展历程：MDA  ->  CGA  ->  EGA  ->  VGA  ->  SVGA）

            3、新型显示器接口

                  DVI：数字视频接口

                  HDMI：高清晰度多媒体接口（包含Type A、Type B、Type C三种类型）

            4、显示接口总线

                  1、PCI总线接口；2、AGP总线接口；3、PCI Express 总线接口

      5.4.4      声卡机器接口

      5.4.5      IEEE   1394 总线及接口

            1、IEEE   1394 总线的特点

                  数字接口、点对点总线技术、连接方便、速度快、物理体积小、非专利性

            2、IEEE 1394 接插件

                  两种类型：6引脚、4引脚