探究微型计算机的输入输出接口技术

摘 要：微机系统与外界的通信,是通过外部设备进行的.为了使I/O设备能按微机的要求进行工作,必须在微机与I/O设备之间设立I/O接口.本文主要介绍I/O接口的要求、寻址方式及其调试方式.

关 键 词：微型计算机；接口；输入输出

中图分类号：TP301-4文献标识码：A文章编号：1674-7712（2013）10-0119-01

在微机系统中,为了实现人机交互,人们使用了大量的输入/输出设备（I/O）,如鼠标、键盘、投影仪、显示器、音箱等等.

一、I/O接口基本概念

外部设备大部分是电脑机械类设备,具有独立的时序和操作方式.微机与它们进行信息交换时,会遇到数据格式不同、工作方式不同、速度不匹配等方面的问题.因此,在主机与外设之间就出现了一个叫做接口的特殊部件,如图所示.I/O接口处于主机与外设之间,它有一个与主机的界面和一个与外设的界面.

二、I/O接口的要求

匹配主机与I/O设备的传输速度差异.一般主机在传输信息时的速度远远高于O/I的传输信息速度,这便有了一个数据缓冲区.就是把原来要传送的数据暂存在数据缓冲区内,在需要时可立即传送.

实现数据格式的转换.I/O传输的信息可是以数字量的,也可以是模拟量.数字量信号,I/O接口能把串行传输转换为并行传输.而计算机不能直接处理模拟量信号,所以要把模拟量信号转换为数字量信号,主机才能正常处理.

交换主机与I/O设备的状态信息.在进行I/O操作时,I/O接口随时采集设备的工作状态,给主机提供查询.这些状态分为设备准备就绪、中断请求、故障、停止工作等.

实现主机与I/O设备之间的数据传送.I/O接口能识别主机送过来的命令,并且将送来的命令传送给设备.如读/写数据命令.I/O接口还有可编程控制、读/写控制、输入/输出控制、中断管理和对错误检测的能力等.这些并不是所有的I/O接口必须具备的功能,应该控制的不同来设计I/O的种类.

三、I/O的寻址方式

微机对I/O设备提供独立的编址方式,在80X86指令系统中设有专门的I/O指令.这些指令包括OUT指令和IN指令.IN和OUT指令通过寄存器的AL＼AX或EAX作为传输数据的寄存器,用DX寄存器作为I/O地址,两个字节为一个I/O地址.如图2为PC系统板I/O口地址及扩展插I/O独立编址.在80X86中,一般采取I/O独立编址技术.外部设备在微机系统中的端口地址就是独立编址的I/O设备地址.独立编址I/O端口是用一个8位端口地址在系统板上来访问I/O设备的,并且是需要专门配置I/O指令.如IN,OUT指令等等.

存储器映像I/O方式.是将一个I/O端口看成一个存储单元,访问存储器的指令时要均可访问I/O端口.这样存储器映像I/O设备地址就成为了整个大存储空间的一部分.不需专门配置I/O指令,如IN,OUT命令.

四、输入输出调试方式

（一）中断方式.暂时中断CPU的工作,执行外设的请求.等怎么写作结束,再返回原来的工作状态,继续执行原来的程序.这样可以节约时间,同时也提高了CPU的处理能力.

（二）程序控制方式.程序控制I/O方式,也叫查询方式.在CPU与外设工作时,需要检查是否“准备就绪”,只有“准备就绪”后,才能进行下一次的数据传输工作.在这种方式下,CPU不能同时与设备进行操作,因此,系统的运行效率就会降低.

（三）直接存储器存取（DMA）方式.在DMA方式下,CPU无需参与数据传输的控制过程,所有工作都是由DMA控制的.直接存储器存取方式能直接在设备与存贮器之间进行数据传送.由于DMA采用硬件技术实现,传输速率高,但结构复杂,硬件成本也高.

（四）暂停方式.在A/D转换过程中,计算机处于等待状态,与此不执行指令,在转换完结后,转换的数据可以读出.下图为A/D转换的调度方式软件框图

五、结论

微机系统在运行的过程中,I/O接口是一个重要的部分,I/O接口是外设与CPU连接的桥梁.微处理器是可控性,系统的连接性和可编程性,使硬件和软件紧密结合在一起.上文重点介绍了接口的要求以及调试方式,保证了计算机系统的正常运行.