I / O接口

·执行端口地址解码设备选择。

•向CPU提供I / O设备的状态信息和命令解码。

•执行定时和相应的定时控制。

•提供用于传输数据的缓冲区，以消除计算机和外围设备之间“时序”或数据处理速度的差异。

•在计算机和外围设备之间提供兼容的信息格式转换。

提供电气适应。

•中断模式也可用于在CPU和外设之间交换信息。

它包括两部分：硬件电路和软件编程。

硬件电路包括基本逻辑电路，端口解码电路和可选电路。

软件编程包括初始化程序段，传输模式处理程序段，主控程序段程序终止和退出程序段以及辅助程序段等。

[2 I / O接口功能负责实现CPU通过I / O电路通过系统总线和外围设备连接在一起。

根据电路和器件的复杂性，I / O接口的硬件主要分为两类：（1）I / O接口芯片这些芯片大多是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数。

并控制相关的I / O电路和简单的外围设备进行相应的操作，通用接口芯片如定时器/计数器，中断控制器，DMA控制器，并行接口。

（2）I / O接口控制卡根据一定的逻辑，有几个集成电路被组织成一个组件，或者直接在带有CPU的主板上或插入到系统总线插槽中的插件。

根据接口的连接对象，可分为串行接口，并行接口，键盘接口和磁盘接口。

由于计算机的各种外围设备，几乎所有的机电传输设备都被使用。

因此，在与I / O设备交换数据时，CPU存在以下问题：速度不匹配：I / O设备的工作速度比CPU慢得多。

并且由于不同的类型，它们之间的速度差异也非常大，例如，硬盘的传输速度比打印机快得多。

时序不匹配：每个I / O设备都有自己的时序控制电路，以自己的速度传输数据，不能与CPU的时序统一。

信息格式不匹配：不同的I / O设备以不同的格式存储和处理信息。

例如，它们可以分为串行和并行。

它们还可以分为二进制格式，ACSII编码和BCD编码。

信息类型不匹配：不同的I / O设备使用不同的信号类型，有些是数字信号，有些是模拟信号，因此处理方法不同。

由于上述原因，必须通过接口完成CPU和外围设备之间的数据交换。

通常接口具有以下功能：（1）设置数据注册和缓冲逻辑以适应CPU和外设之间的速度差，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大则可以传输批量数据; （2）可以转换信息格式，如串行和并行转换; （3）可以协调CPU和外设信息的类型和级别的差异，如电平转换驱动器，数字/模拟或模数转换器; （4）协调时间差异; （5）地址解码和设备选择功能; （6）设置中断和DMA控制逻辑，以确保在中断和DMA使能的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接收到中断和DMA确认后完成中断处理和DMA传输。

CPU通过以下方式通过接口控制外设：（1）程序查询模式在该模式下，CPU通过I / O指令查询指定外设的当前状态。

如果外围设备准备就绪，则输入数据。

或输出，否则CPU等待，循环查询。

该方法的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路。

缺点是由于CPU的速度远高于外围设备的速度，因此通常处于等待状态并且工作效率非常低。

（2）中断处理方法就是这样。

这样，CPU不再被动地等待，而是可以执行其他程序。

一旦外围设备准备好进行数据交换，它就可以向CPU发出服务请求。

如果CPU响应请求，它会暂时停止当前程序的执行并继续执行。

在完成与请求相对应的服务程序之后，执行最初中断的程序。

中断处理方法的优点是显而易见的。

它不仅节省了查询外设状态和等待外设准备的CPU时间，还提高了CPU效率，满足了外设的实时性要求。

但是，需要为每个I / O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序。

此外，还需要一个中断控制器（I / O接口芯片）来管理来自I / O设备的中断请求，例如设置中断屏蔽。

中断请求优先级等。

此外，中断处理方法的缺点是每次传输字符时，都需要中断，启动中断控制器，并保留和恢复场景以便执行原始程序可以继续，这需要大量的工作，因此如果需要大量的数据交换，系统的性能将非常低。

（3）DMA（直接存储器访问）传输模式DMA最明显的特性之一是它使用特殊的控制器代替软件来控制存储器和外设之间的数据交换，无需CPU干预，大大提高了CPU。

工作效率。

在DMA数据传输之前，DMA控制器将向CPU申请总线控制。

如果CPU允许，控制权将被移交。

因此，在数据交换期间，总线控制由DMA控制器控制。

传输完成后，DMA控制器将总线控制返回给CPU。

[2]（4）无条件传输方法（5）I / O通道模式（6）I / O处理器模式