PC/机I/O接口的功能

四川 张立
1995-11-10

        1.速度的不匹配
        I/O设备的工作速度比微处理器慢得多，而且设备种类不同，其速度差异甚大。有每秒钟能传输几兆的硬盘驱动器，但也有每秒钟仅能输出100多个字符的串行打印机。
        2.时序的不匹配
        一般来说，I/O设备上的信息处理都有自身的定时控制电路，以自身的速率传输数据，无法与微处理器的时序取得同步。
        3.信息格式的不匹配
        在不同的I/O设备上，存储和处理信息的格式不同。有并行或串行方式之分；也有二进制位或ASCII编码或BCD编码之分；如在磁盘上存储信息，更有按不同的磁道记录格式将选定的编码信息进行存取。这些信息格式都比微处理器与存储器间的数据交换格式复杂得多。
        4.信息类型与电平的不匹配
        不同的I/O设备，处理的信号类型不同。它们或是数字电压，或是连续电流或其它模拟量，而且，信号电平的幅值不一。
        鉴于以上原因，微处理器与I/O设备间信息的交换必须通过I/O接口的控制来解决这4个问题，于是，就需要设计一个I/O接口来完成以下功能：
        1)设置数据的寄存：缓冲逻辑，以适应二者速度上的差异。它们通常由若干个寄存器或RAM芯片组成，若RAM容量足够大，在某些接口上可实现批量数据的转输，如硬盘驱动器接口控制卡。
        2)设置信息格式相容性转换逻辑，以满足两者各自对数据格式的要求。如串行转换为并行，或并行转换为串行。
        3)设置电气性能的适配逻辑，以确保两者的电路按各自要求的信息类型和电平工作。如电平转换驱动器，A/D、D/A转换器等。
        4)设置时序控制异步逻辑，以实现两者异步转输的规程，满足双方各自对时序的要求。通常用“握手应答”方式确保两者操作同步。
        5)设置地址译码和设备选择逻辑，以保证微处理器按照预定的路经访问选定的I/O设备。
        6)设置设备控制及监测逻辑，以保证接受微处理器输出的命令和参数，按指定的命令控制设备完成相应的操作，并把指定设备的工作状态返回给微处理器。
        7)设置中断或DMA控制逻辑，以保证中断或DMA允许的情况下，产生中断或DMA请求信号，并在接受到中断或DMA应答之后，实施对设备中断处理或DMA的转输。
        需要指出的是，由于设备的功能不同，微处理器对设备的控制方式也可随之而变。因此，并非所有的I/O接口都应具备上述7项功能，但是，最基本的第1、5、6项是每个I/O接口所必备的功能，这就是通常所说的数据端口、命令端口和状态端口，它们是实现数据输入/输出操作的充要条件。
        (四川 张立)
 
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