微机原理：CPU与外设交互——输入/输出接口详解

本章详细介绍了微型计算机的输入/输出（I/O）系统，包括CPU与外设通信的特点、I/O方式、接口设计以及8086CPU的I/O操作。 微型计算机在处理数据时，需要与外部设备进行交互，这一过程涉及到CPU与外设的通信。主要有三个特点：首先，CPU与外设之间需要一个接口作为通讯的桥梁，这个接口通常是I/O端口。其次，通信前需要进行联络，确保数据传输的正确性。最后，传输的信息包括状态信息（反映外设当前的工作状态）、数据信息以及控制信息。 I/O接口电路包含了数据端口、状态端口和控制端口，它们各自承担不同的任务。数据端口用于存放数据信息，状态端口存储外设的状态，而控制端口则存放控制信息，如启动、停止等命令。接口的主要功能包括地址译码、状态应答、中断管理、数据格式转换、电平转换、速度协调、以及时序控制等。 在I/O端口寻址方面，有两种主要方式：存储器映像的I/O寻址（统一编址）和I/O映像的I/O寻址（独立编址）。统一编址将I/O端口与存储单元一起编址，优点是可以利用多余的内存资源，并且可以用访问存储器的指令访问I/O端口，但会减少存储器地址空间且不利于程序阅读。独立编址则将I/O端口与存储器地址空间分开，优点是不占用存储器地址，程序层次清晰，但增加了微处理器的控制逻辑复杂性。 例如，假设有一个地址空间，00000H~007FFH分配给RAM，00800H~00FFFH则分配给I/O端口，其中80H~8FH可能分别对应1#和2#I/O设备的地址。 输入/输出方式决定了数据如何在CPU和外设之间流动，常见的I/O方式包括程序控制方式、中断方式、DMA（直接存储器访问）方式等。每种方式都有其优缺点，适用于不同的应用场景。程序控制方式简单，但会占用CPU时间；中断方式允许CPU在等待数据传输时执行其他任务，提高了效率；而DMA方式则可以直接由DMA控制器完成数据传输，避免了CPU的干预，适合大量数据传输。 微型计算机的输入/输出系统是其与外界交互的关键，理解其工作原理对于硬件设计和系统优化至关重要。不同的I/O方式和寻址机制提供了灵活性，以适应不同类型的外设和应用需求。