I/O接口概述

1、I/O接口的作用 接口是介于CPU和外设之间的一种缓冲电路 在CPU和外设之间起到速度匹配、信号转换等作用

2、CPU与外设交换的信息 主机与I/O设备之间的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息。 1）数据信息：它是CPU与外设之间传送的主要信息，可分为数字量、模拟量和开关量。（双向） 2）状态信息：是外设通过接口送往CPU的信息，作为外设与CPU之间交换数据的联络信号，反映了当前外设所处的工作状态。（外设-》I/O） 3)控制信息：是CPU通过接口传送给外设的信息，用来设计外设的工作方式、控制外设的工作等。（I/O-》外设） 3、I/O接口的基本结构 I/O端口是接口中存放不同信息的寄存器 若干个端口加上相应的控制电路构成接口 4、I/O端口的编址 1）统一编址：对I/O端口和存储单元统一编排地址号，由I/O端口地址和存储单元地址共同构成一个统一的地址空间。 特点： 1、简化了指令系统的设计 2、I/O端口和存储单元可用同样的寻址方式，给编程者提供了很大的方便 缺点：减少了内存的地址可用范围

2）独立编址：建立了两个地址空间，一个为内存地址空间，一个为I/O地址空间。内存地址空间和I/O地址空间是相对独立的。 特点： 优点： 1、存储器地址空间不受I/O端口地址空间的影响 2、专门的输入/输出指令与访问存储器指令有明显区别，便于理解和检查 缺点： 1、专用I/O指令增加了指令系统复杂性，且I/O指令类型少，程序设计灵活性较差 2、要求CPU提供专门的控制信号以区分对存储器和I/O端口的操作，增加了控制逻辑的复杂性

1、程序传送方式 该方式完全通过执行程序中的I/0指令来控制CPU与外设之间的数据交换，分为无条件传送和查询传送（有条件） 1）无条件 CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态 特点： 优点：程序设计和接口电路都很简单 缺点：在输入输出数据时不考虑外设的状态默认外设总是准备好多 适用于：与简单外设进行少量的并不频繁的数据传送 2）查询传送方式 传送数据前，先测试外设的状态，待外设准备就绪，在执行I/O指令进行数据传送，否则循环测试等待 特点： 优点：能保证主机与外设之间同步工作，且硬件线路比较简单，程序也容易实现。 缺点：浪费CPU时间，实时性差 适用于：数据输入/输出不太频繁且外设较少，对实时性要求不高的情况。 2、中断传送方式 中断传送方式是当外设需要与CPU进行信息交换时，由外设向CPU发出请求信号，使CPU暂停正在执行的程序，转去执行数据的输入/输出操作（即中断处理），数据传送结束后，CPU再继续执行被暂停的程序 特点： 优点：CPU与外设可以并行工作，不必查询等待， 工作效率高；系统实时性比查询方式要好得多。 缺点：接口电路相对复杂，每进行一次数据传送都要转去执行中断处理程序，都要进行断点和现场的保护和恢复，浪费了很多CPU的时间。 适用于：少量的数据传送 3、直接存储器存取方式：（DAM) DAM方式适用于在外设和存储器之间进行大批量的高速数据交换，数据的传送不依赖CPU执行I/0指令，而是直接由专门的接口芯片DMA控制器来控制。 传送过程中，CPU暂停指令的执行并让出总线控制权，由DMA控制器接管总线的控制权。传送过程全部由硬件实现，所有传送速率非常高。