6.1 概述（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第24课时- 电工版第五版 概述 教学目标 掌握接口电路的基本作用和功能 掌握联络概念的普遍性和联络形式的特殊性 掌握接口电路的组成原理和控制程序的设计方法 教学重难点 I/O 接口的基本功能和结构 I/O 端口的编址方式及地址分配 I/O 端口地址译码的原理和方法 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 我们日常使用计算机时，按下键盘按键显示器就会显示对应字符，鼠标点击图标就能激活程序。 键盘、鼠标、显示器这些输入输出设备是如何与计算机主机沟通的？ 整个信息传输过程又是怎样的呢？ 让我们一起开始相关内容的学习。 新知讲授 计算机的IO接口（Input/Output Interface）是主机CPU与外设之间进行信息交互的桥梁。 输入（Input）是处理单元获取信息的源头，输出（Output）是处理单元处理信息后的表现。 概述 目前计算机只能处理二进制信息，输入信息需转换为二进制形式，输出信息也需经接口电路处理。外围设备需通过专门的 I/O 接口与主机通信。 新知讲授 常见的输入设备和输出设备都有哪些？ 新知讲授 从键盘读取数据到程序中，并且从程序中将数据显示到屏幕，叫做标准输入和输出. 从文件读取数据到程序中，并且从程序中将数据存储到文件，叫做文件输入和输出。 从网络读取数据到程序中，并且从程序中将数据发送到网络，叫做网络输入和输出。 输入和输出过程 新知讲授 I/O设备的分类——按使用特性分类 新知讲授 I/O设备的分类——按传输速率进行分类 新知讲授 I/O设备的分类——按信息交换的单位进行分类 新知讲授 键盘鼠标接ロ 串行接口 并行接口 VGA接口 IEEE1394接口 USB接口 网络接口 集成声卡接口 什么是I/O 接口？ 主机与 I/O 设备之间，专门设置一套硬件电路、配合相应的软件控制，实现两者间的信息交互，这就是 I/O 接口。 新知讲授 为什么需要I/O接口？ 新知讲授 I/O 接口的基本功能 负责临时存储CPU与外部设备之间传输的数据，提高数据访问效率并减少处理器等待时间，优化系统整体性能。 数据缓存 作为CPU与外部设备的桥梁，准确接收并解析CPU发出的指令，协调控制外部设备完成相应操作任务。 CPU命令接收和执行 实现CPU与外部设备间不同电压标准的信号转换，确保信号传输的兼容性和稳定性，保障通信可靠性。 信号电平转换 完成并行数据与串行数据之间的格式转换，或进行不同编码标准的数据适配，满足多样化设备的接口需求。 数据格式转换 通过地址译码功能识别并选择特定的外部设备，实现CPU对多设备的高效管理和分时访问控制。 外设选择 接收和处理外部设备发出的中断请求，向CPU传递中断信号并协助完成优先级判断，实现系统实时响应。 中断管理 新知讲授 早期计算机无单独 I/O 接口电路，输入 / 输出操作受累加器限制。带缓冲器的 I/O 装置解决了此问题，现代 I/O 接口作为主机与外设间的数据 “转接站”，提供状态信息，接收和执行主机控制命令。 I/O 接口的基本功能——数据缓存 新知讲授 接口和主机之间通常以并行方式传送信息，而接口与外设之间，有的采取并行传送，有的采取串行传送。 I/O 接口的基本功能——数据格式转换和电平变换 外设及其控制线路所需电源与主机可能不同，导致信号电平存在差异。 新知讲授 微型计算机系统一般有多台外设，CPU 同一时间只能与一台外设交换信息，需通过接口电路的地址译码电路寻址选择外设，即端口寻址功能。每个 I/O 端口有不同地址，称为 I/O 端口地址。 I/O 接口的基本功能——外设选择功能 新知讲授 中断是外设与主机通信的控制方法，接口中需设专门的中断控制逻辑电路，处理中断事务，如产生中断请求信号、接收中断回答信号、提供中断向量等。 I/O 接口的基本功能——中断管理功能 新知讲授 当 CPU 向 I/O 设备发出命令时，要求 I/O 设备能做出响应，因此通常在 I/O 接口中设有存放命令的 命令寄存器 以及 命令译码器。 I/O 接口的基本功能——CPU命令接收和执行 新知讲授 I/O 接口电路一侧连接外围设备，另一侧连接系统总线。其内部包括一组寄存器，如数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制寄存器，部分还包括中断控制寄存器，这些寄存器也称为 I/O 端口，每个端口有端口地址，主机通过端口与外设交换信息。 I/O 接口的基本结构 新知讲授 I/O 接口的基本结构 新知讲授 I/O 接口的基本结构 缓冲寄存器 暂存外设与主机要交换的信息，其与数据线相连 状态寄存器 存放外设和接口的状态信息 控制寄存器 寄存I/O指令中的命令码 IO控制逻辑模块 所有控制线路的集合，控制实现外设与主机的信息传送 外设界面控制逻辑 接收送来的设备地址，和外设完成数据交换 新知讲授 I/O接口和I/O端口的区别： I/O 接口的端口地址及译码 新知讲授 常见的 I/O 端口编址方式有两种：I/O 端口和存储器统一编址（存储器映像方式）、I/O 端口和存储器分开单独编址（I/O 映像方式）。 I/O 端口和存储器统一编址 新知讲授 I/O 接口的端口地址及译码 统一编址方式将部分存储地址空间作为I/O 设备地址空间，给每个 I/O 端口分配存储器地址，CPU 用访问存储器的指令访问 I/O 端口。 独立编址方式将 I/O 端口地址和存储器地址分开编址，指令系统分别设立面向存储器和 I/O 操作的指令。通过 CPU 芯片的专门控制信号线区分信息是给存储器还是 I/O 端口。 随堂检测1 I/O 接口中的数据输出寄存器用于暂存外围设备送往 CPU 的数据。（ ） 答案：× 解析：数据输出寄存器用于暂存 CPU 送往外围设备的数据或在 DMA 方式下内存送往外围设备的数据，而暂存外围设备送往 CPU 的数据或在 DMA 方式下送往内存的数据的是数据输入寄存器，所以该说法错误。 I/O 端口和存储器统一编址时，CPU 需要专门的I/O指令来访问I/O 端口（ ） 答案：× 解析：I/O 端口和存储器统一编址时，CPU 可以利用访问存储器的指令来访问 I/O 端口，在指令系统上对存储器和 I/O 端口不加区别，无须设置专门的 I/O 指令，所以该说法错误。 练一练 随堂检测2 I/O 接口中各寄存器有哪些？ 答案：数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器、控制寄存器、中断控制寄存器。 不同的微型计算机系统对 I/O 端口地址的分配是完全相同的。（ ） 答案：× 解析：不同的微型计算机系统对 I/O 端口地址的分配并不完全相同，对于接口设计者来说，需要确切搞清系统中 I/O 接口地址的分配情况，所以该说法错误。 练一练 随堂检测3 I/O 端口地址译码的目的是（ ） A. 选择相应的外设进行工作 B. 确定 I/O 接口的工作状态 C. 让 I/O 接口知道 CPU 选中了自己 D. 对 I/O 端口内的数据进行处理 答案：C 解析：端口地址译码是为了让具有唯一端口地址的 I/O 接口知道 CPU 选中了自己，要和自己进行数据交换，所以选 C。 练一练 随堂检测4 以下哪种情况需要 I/O 接口进行串 - 并数据格式转换（ ） A. CPU 字长为 16 位，I/O 设备按位串行传送数据 B. CPU 字长为 8 位，I/O 设备数据格式为 8 位 C. CPU 和 I/O 设备都采用并行传输 D. CPU 和 I/O 设备数据格式相同 答案：主要部件包括 CPU（运算和控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、I/O 接口（如串行口、并行口）等，还可集成 A/D 转换模块、D/A 转换模块等。 练一练 师生互动 1 在实际的微型计算机系统设计中，如何根据具体需求选择合适的 I/O 端口编址方式？请结合 I/O 端口编址方式的优缺点进行讨论。 课题小结 1. 输入 / 输出系统概述 概述 2. I/O 接口的基本功能和结构 I/O 接口的基本功能 I/O 接口的基本结构 输入 / 输出的重要性 输入过程描述 输出过程描述 I/O 端口的编址方式 I/O 端口的地址分配 I/O 端口的地址译码 3. I/O 接口的端口地址及译码 谢谢观看 THANKS $