7.3 I/O接口

I/O硬件分为机械部分和电子部分，其中

• 机械部分是设备本身

• 电子部分（I/O接口）称为设备控制器或I/O适配器

7.3.1 I/O接口的功能

• 数据缓冲：通过数据缓冲寄存器（DBR）达到主机和外设工作速度的匹配

• 错误或状态监测：通过状态寄存器反馈设备的各种错误、状态信息，供CPU查用

• 控制和定时：接收从控制总线发来的控制信号、时钟信号

• 数据格式转换：串-并、并-串等格式转换

• 与主机和设备通信：实现主机——I/0接口——I/O设备之间的通信

7.3.2 I/O接口的基本结构

I_O接口结构

有的I/O接口可以接多个设备

1、I/O接口的工作原理

1. 发命令：发送命令字到I/O控制寄存器，向设备发送命令

2. 读状态：从状态寄存器读取状态字，获得设备或I/O控制器的状态信息

3. 读/写数据：从数据缓冲寄存器发送或读取数据，完成主机与外设的数据交换

控制寄存器、状态寄存器在使用时间上是错开的，因此有的I/O接口中可将二者合二为一

2、I/O接口的内部接口

内部接口：内部接口与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连

外部接口：外部接口通过接口电缆与外设相连

• 数据线

  • 读写数据

  • 状态字

  • 命令字（控制字）

  • 中断类型号

• 地址线

  • I/O端口

• 控制线

  • 读/写IO端口的信号

  • 中断请求信号

7.3.3 I/O端口

I/O端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器

• 不同的寄存器对应着不同的外设

• 实际上不同的端口号就可以访问不同的外设

统一编址和独立编址

1、统一编址

• 在内存中I/O设备和内存是连续的

• 通过不同的地址码来区分要访问的是内存还是I/O设备

• 使用访存类指令就可以访问I/O端口

• 优点

  • 不需要专门的输入/输出指令，程序设计灵活性高

  • 端口有较大的编址空间

  • 读写控制逻辑电路简单

• 缺点

  • 端口占用了主存地址空间

  • 外设寻址时间长

2、独立编址

• I/O设备和内存地址是分离的，可能有重复

• 依靠不同的指令区分访问的是I/O设备还是内存

• 只能使用I/O指令访问I/O端口

• 优点

  • 使用专用I/O指令，程序编制清晰

  • I/O端口地址位数少，地址译码速度快

  • I/O端口的地址不占用主存地址空间

• 缺点

  • I/O指令类型少，程序设计灵活性差

  • 需要CPU提供存储器读/写、I/O设备读/写两组控制信号，增加了控制逻辑电路的复杂性

7.3.4 I/O接口的类型

1、按照数据传送方式

• 并行接口

• 串行接口

2、按主机访问I/O设备的控制方式可分为

• 程序查询接口

• 中断接口

• DMA接口

3、按照是否可编程

• 可编程接口

• 不可编程接口