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計(jì)算機(jī)通過(guò)外圍設(shè)備同外部世界通信或交換數(shù)據(jù)稱為“輸入輸出”。在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常用的外圍設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、硬磁盤機(jī)、軟磁盤機(jī)、光盤機(jī)、打印機(jī)、顯示器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、掃描儀，以及其他專用設(shè)備。把外圍設(shè)備同微型計(jì)算機(jī)連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的控制電路稱為“外設(shè)接口電路”，簡(jiǎn)稱“外設(shè)接口”。
一、外設(shè)接口的功能
外圍設(shè)備的品種繁多，有機(jī)械式的、電子式的、機(jī)電式的、磁電式的，以及光電式的等等。外圍設(shè)備所處理的信息多種多樣，有數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)、開關(guān)信號(hào)、電壓信號(hào)或電流信號(hào)等。從工作速度來(lái)看，有的速度很慢，有的速度甚快，不同的外圍設(shè)備處理信息的速度相差懸殊。另外，微型計(jì)算機(jī)同不同的外圍設(shè)備之間所傳送信息的格式和電平高低等也是多種多樣的。這樣，就形成了外設(shè)接口電路的多樣性，也決定了外設(shè)接口要比存儲(chǔ)器接口復(fù)雜。
由于外圍設(shè)備的多樣性、復(fù)雜性，外設(shè)接口電路應(yīng)具有如下功能：
(1)轉(zhuǎn)換信息格式。例如串/并轉(zhuǎn)換、并/串轉(zhuǎn)換、配備校驗(yàn)位等。
(2)提供聯(lián)絡(luò)信號(hào)。協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送的狀態(tài)信息，如設(shè)備“就緒”、“忙”，數(shù)據(jù)緩沖器“滿”、“空”等。
(3)協(xié)調(diào)定時(shí)差異。為協(xié)調(diào)微機(jī)與外設(shè)在“定時(shí)”或數(shù)據(jù)處理速度上的差異，使兩者之間的數(shù)據(jù)交換取得同步，有必要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或地址加以緩沖或鎖存。
(4)進(jìn)行譯碼選址。在具有多臺(tái)外設(shè)的系統(tǒng)中，外設(shè)接口必需提供地址譯碼以及確定設(shè)備碼的功能。
(5)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。為使微型計(jì)算機(jī)同外設(shè)相匹配，接口電路必需提供電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)功能。·
(6)具備時(shí)序控制。有的接口電路具有自己的時(shí)鐘發(fā)生器，以滿足微型計(jì)算機(jī)和各種外設(shè)在時(shí)序方面的要求。
(7)最好可編程序。對(duì)一些通用的、功能齊全的接口電路，應(yīng)該具有可編程序的能力。所謂可編程序就是用軟件來(lái)選用多功能接口電路的某些功能，以適應(yīng)具體工作的要求，這也是現(xiàn)代接口電路的發(fā)展方向。

二、接口與端口
一個(gè)簡(jiǎn)單的，也是基本的外設(shè)接口框圖如圖6-1所示。
從圖6-1可見，外設(shè)接口是CPU與“外設(shè)”之間傳送信息的一個(gè)“界面”，即一個(gè)連接部件。外設(shè)接口一邊通過(guò)CPU的三總線(或微機(jī)總線)同CPU連接，另一邊通過(guò)三種信息——數(shù)據(jù)信息，控制信息和狀態(tài)信息同外設(shè)連接，CPU通過(guò)外設(shè)接口同外設(shè)之間交換的信息就是這三種信息。
其中數(shù)據(jù)信息可以是數(shù)字量、模擬量和開關(guān)量三種類型。數(shù)字量是以二進(jìn)制碼形式提供的信息，通常是8位、16位和32位數(shù)據(jù)；開關(guān)量是用兩個(gè)狀態(tài)表示的信息，只用一位二進(jìn)制碼表示；模擬量是指由傳感器等提供的物理量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的連續(xù)變化的電信號(hào)，模擬量必需先經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再輸入CPU進(jìn)行處理。
狀態(tài)信息表示外設(shè)當(dāng)前所處的工作狀態(tài)，例如READY(就緒信號(hào))表示外設(shè)已準(zhǔn)備好可以同CPU交換信息，BUSY(忙信號(hào))表示外設(shè)正進(jìn)行有關(guān)工作而不能和CPU交換信息。
控制信息是由CPU發(fā)出的，用于控制外設(shè)接口工作方式以及外設(shè)的起動(dòng)和停止的信息。
數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息通常都以數(shù)據(jù)形式通過(guò)CPU(或微機(jī)總線)的數(shù)據(jù)總線同CPU進(jìn)行傳送的。這些信息分別存放在外設(shè)接口的不同類型的寄存器中。CPU同外設(shè)之間的信息傳送實(shí)質(zhì)上是對(duì)這些寄存器進(jìn)行“讀”或“寫”操作。“接口”中這些可以由CPU進(jìn)行讀或?qū)懙募拇嫫鞅环Q為“端口”(Port)。按存放信息的類型，這些端口可分為“數(shù)據(jù)口”、“狀態(tài)口”與“控制口”，分別存放數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。在一個(gè)外設(shè)接口中往往需要有幾個(gè)端口才能滿足和協(xié)調(diào)外設(shè)工作的要求。CPU通過(guò)訪問(wèn)這些端口來(lái)了解外設(shè)的狀態(tài)，控制外設(shè)的工作，以及同外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
三、I／O端口的編址方式
CPU對(duì)外設(shè)的訪問(wèn)實(shí)質(zhì)上是對(duì)外設(shè)接口電路中相應(yīng)的端口進(jìn)行訪問(wèn)。I／O端口的編址方式有兩種——獨(dú)立編址和存儲(chǔ)器映象編址。
(一)獨(dú)立編址(專用的I／O端口編址)
獨(dú)立編址方式的硬件結(jié)構(gòu)及地址空間分配如圖6-2所示。這種編址方式的特點(diǎn)是：存諸器和I／O端口在兩個(gè)獨(dú)立的地址空間中，I／O端口的讀、寫操作由硬件信號(hào)和 來(lái)實(shí)現(xiàn)，訪問(wèn)I／O端口用專用的IN指令和OUT指令( 和 由CPU的 、 與 信號(hào)組合產(chǎn)生)。
獨(dú)立編址方式的優(yōu)點(diǎn)是：I／O端口的地址碼較短(一般比同系統(tǒng)中存儲(chǔ)單元的地址碼短)，譯碼電路較簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)器同I／O端口的操作指令不同，程序比較清晰；存儲(chǔ)器和I／O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，可以分別設(shè)計(jì)。它的缺點(diǎn)是：需要有專用的I／O指令，而這些I／O指令的功能一般不如存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令豐富，所以程序設(shè)計(jì)的靈活性較差。
(二)存儲(chǔ)器映象編址(統(tǒng)一編址)
存儲(chǔ)器映象編址方式的硬件結(jié)構(gòu)及地址空間分配如圖6-3所示。這種編址方式的特點(diǎn)是：存儲(chǔ)器和I／O端口共用統(tǒng)一的地址空間；一部分地址空間分配給I／O端口以后，存儲(chǔ)器就不能再占有這一部分的地址空間。例如整個(gè)地址空間為1M，地址范圍為00000H—FFFFFH，如果I／O端口占有00000H～0FFFFH即64K個(gè)地址，那么存儲(chǔ)器的地址空間只有10000H～FFFFFH的960K個(gè)地址。在這種編址方式下，I／O端口的讀寫操作同樣由硬件信號(hào) 和 來(lái)實(shí)現(xiàn)，訪問(wèn)I／O端口同樣用MOV指令。同時(shí)，所有訪問(wèn)存儲(chǔ)器的指令(包括存儲(chǔ)器的算術(shù)、邏輯運(yùn)算指令)都可用于I／O端口。
存儲(chǔ)器映象編址方式的優(yōu)點(diǎn)是：任何對(duì)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的指令都可用于I／O端口的數(shù)據(jù)操作，不需要專用的I/O指令，從而使系統(tǒng)編程比較靈活；I／O端口的地址空間是內(nèi)存空間的一部分，這樣，I／O端口的地址空間可大可小，從而使外設(shè)的數(shù)目幾乎可以不受限制。它的缺點(diǎn)是：I／O端口占用了內(nèi)存空間的一部分，顯然內(nèi)存空間必然減少，影響了系統(tǒng)內(nèi)存的容量；同時(shí)訪問(wèn)I／O端口同訪問(wèn)內(nèi)存一樣，由于訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)的地址長(zhǎng)，指令的機(jī)器碼也長(zhǎng)，執(zhí)行時(shí)間明顯增加。
Intel MCS—51等系列單片微機(jī)就采用存儲(chǔ)器映象I／O(2)編址方式，這些微機(jī)中無(wú)專門的IN／OUT指令。