I/O接口是一電子電路(�IC芯片或接口板形式出現(xiàn) ),其內(nèi)有若干專�寄存�和相�(yīng)的控�邏輯電路�(gòu)成。它�CPU和I/O�(shè)備之間交換信息的媒介和橋�。CPU與外部設(shè)備�存儲�的連接和數(shù)�(jù)交換都需要通過接口�(shè)備來�(shí)�(xiàn),前者被稱為I/O接口,而后者則被稱為存儲器接口。存儲器通常在CPU的同步控制下工作,接口電路比較簡�;而I/O�(shè)備品種繁�,其相應(yīng)的接口電路也各不相同,因此,�(xí)慣上說到接口只是指I/O接口�
· �(jìn)行端口地址譯碼�(shè)備選��
· 向CPU提供I/O�(shè)備的狀�(tài)信息和�(jìn)行命令譯��
· �(jìn)行定�(shí)和相�(yīng)�(shí)序控制�
· 對傳送數(shù)�(jù)提供緩沖,以消除�(jì)算機(jī)與外�(shè)在“定�(shí)”或�(shù)�(jù)處理速度上的差異�
· 提供�(jì)算機(jī)與外�(shè)間有�(guān)信息格式的相容性變�。提供有�(guān)電氣的適�
· 還可以中斷方式實(shí)�(xiàn)CPU與外�(shè)之間信息的交換�
包括硬件電路和軟件編程兩部分 硬件電路包括基本邏輯電路,端口譯�
電路和供選電路等。軟件編程包括初始化程序�,傳送方式處理程序段,主控程序段程序終止與退出程序段及輔助程序段�.[2
I/O接口的功能是�(fù)�(zé)�(shí)�(xiàn)CPU通過系統(tǒng)總線把I/O電路和外圍設(shè)備聯(lián)系在一�,按照電路和�(shè)備的�(fù)雜程度,I/O接口的硬件主要分為兩大類�
?�?)I/O接口芯片
這些芯片大都是集成電路,通過CPU輸入不同的命令和參數(shù),并控制相關(guān)的I/O電路和簡單的外設(shè)作相�(yīng)的操�,常見的接口芯片如定�(shí)/�(jì)�(shù)�、中斷控制器、DMA控制�、并行接口等�
?�?)I/O接口控制�
有若干�(gè)集成電路按一定的邏輯組成為一�(gè)部件,或者直接與CPU同在主板�,或是一�(gè)插件插在系統(tǒng)總線插槽上�
按照接口的連接對象來分,又可以將他們分為串行接口、并行接�、鍵盤接口和磁盤接口��
由于�(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備品種繁�,幾乎都采用了機(jī)電傳�(dòng)�(shè)備,因此,CPU在與I/O�(shè)備�(jìn)行數(shù)�(jù)交換�(shí)存在以下問題�
速度不匹配:I/O�(shè)備的工作速度要比CPU慢許�,而且由于種類的不 同,他們之間的速度差異也很�,例如硬盤的傳輸速度就要比打印機(jī)快出很多�
�(shí)序不匹配:各�(gè)I/O�(shè)備都有自己的定時(shí)控制電路,以自己的速度� 輸數(shù)�(jù),無法與CPU的時(shí)序取得統(tǒng)一�
信息格式不匹配:不同的I/O�(shè)備存儲和處理信息的格式不同,例如可以分為串行和并行兩�;也可以分為二�(jìn)制格式、ACSII編碼和BCD編碼��
信息類型不匹配:不同I/O�(shè)備采用的信號類型不同,有些是�(shù)字信�,� 有些是模擬信�,因此所采用的處理方式也不同�
基于以上原因,CPU與外�(shè)之間的數(shù)�(jù)交換必須通過接口來完�,通常接口有以下一些功能:
?�?)設(shè)置數(shù)�(jù)的寄存、緩沖邏�,以適應(yīng)CPU與外�(shè)之間的速度差異,接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成,如果芯片足夠大還可以實(shí)�(xiàn)批量�(shù)�(jù)的傳輸;
?�?)能夠�(jìn)行信息格式的�(zhuǎn)�,例如串行和并行的轉(zhuǎn)��
�3)能夠協(xié)�(diào)CPU和外�(shè)兩者在信息的類型和電平的差�,如電平�(zhuǎn)換驅(qū)�(dòng)�、數(shù)/?;蚰?�(shù)�(zhuǎn)換器��
?�?)協(xié)�(diào)�(shí)序差��
?�?)地址譯碼和設(shè)備選擇功能;
?�?)設(shè)置中斷和DMA控制邏輯,以保證在中斷和DMA允許的情況下�(chǎn)生中斷和DMA請求信號,并在接受到中斷和DMA�(yīng)答之后完成中斷處理和DMA傳輸�
CPU通過接口對外�(shè)�(jìn)行控制的方式有以下幾種:
�1)程序查詢方�
這種方式�,CPU通過I/O指令詢問指定外設(shè)�(dāng)前的狀�(tài),如果外�(shè)�(zhǔn)備就�,則�(jìn)行數(shù)�(jù)的輸入或輸出,否則CPU等待,循�(huán)查詢�
這種方式的優(yōu)�(diǎn)是結(jié)�(gòu)簡單,只需要少量的硬件電路即可,缺�(diǎn)是由于CPU的速度�(yuǎn)�(yuǎn)高于外設(shè),因此通常處于等待狀�(tài),工作效率很�
?�?)中斷處理方�
在這種方式下,CPU不再被動(dòng)等待,而是可以�(zhí)行其他程�,一旦外�(shè)為數(shù)�(jù)交換�(zhǔn)備就緒,可以向CPU提出服務(wù)請求,CPU如果響應(yīng)該請�,便暫時(shí)停止�(dāng)前程序的�(zhí)行,�(zhuǎn)去執(zhí)行與該請求對�(yīng)的服�(wù)程序,完成后,再繼續(xù)�(zhí)行原來被中斷的程��
中斷處理方式的優(yōu)�(diǎn)是顯而易見的,它不但為CPU省去了查詢外�(shè)狀�(tài)和等待外�(shè)就緒所花費(fèi)的時(shí)�,提高了CPU的工作效�,還滿足了外�(shè)的實(shí)�(shí)要求。但需要為每�(gè)I/O�(shè)備分配一�(gè)中斷請求號和相應(yīng)的中斷服�(wù)程序,此外還需要一�(gè)中斷控制器(I/O接口芯片)管理I/O�(shè)備提出的中斷請求,例如設(shè)置中斷屏�、中斷請求優(yōu)先級��
此外,中斷處理方式的缺點(diǎn)是每傳送一�(gè)字符都要�(jìn)行中�,啟�(dòng)中斷控制�,還要保留和恢復(fù)�(xiàn)場以便能繼續(xù)原程序的�(zhí)行,花費(fèi)的工作量很大,這樣如果需要大量數(shù)�(jù)交換,系�(tǒng)的性能�(huì)很低�
?�?)DMA(直接存儲器存取)傳送方�
DMA最明顯的一�(gè)特點(diǎn)是它不是用軟件而是采用一�(gè)專門的控制器來控制內(nèi)存與外設(shè)之間的數(shù)�(jù)交流,無須CPU介入,大大提高CPU的工作效率�
在�(jìn)行DMA�(shù)�(jù)傳送之�,DMA控制器會(huì)向CPU申請總線控制 �(quán),CPU如果允許,則將控制權(quán)交出,因�,在�(shù)�(jù)交換�(shí),總線控制權(quán)由DMA控制器掌握,在傳輸結(jié)束后,DMA控制器將總線控制�(quán)交還給CPU。[2]
?�?)無條件傳送方�
�5)I/O通道方式
?�?)I/O處理�(jī)方式
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