前言
以下内容源自微型计算机原理（第四版）王忠民主编
来源于教学PPT
仅供学习交流使用
第七章 输入/输出与中断
7.1 I/O接口概述
7.1.1 I/O接口的作用
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
7.1.2 CPU与外设交换的信息
主机与I/O设备之间交换的信息可分为数据信息、状态信息和控制信息三种。
1.数据信息
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、模拟量和开关量三种形式。
2.状态信息
② 状态信息 是外设送往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。
3.控制信息
③ 控制信息 是CPU通过接口传送给外设的信息，用来设置外设（包括接口）的工作方式、控制外设的工作等。
7.1.3 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 。
接口和端口是两个不同的概念，若干个端口加上相应的控制电路才构成接口。
一个典型的IO接口如下图所示。首先，地址总线经过译码确定要进行信息交互的I/O接口；然后在控制总线控制信号的驱动下进行数据的交互，数据存在于I/O接口的数据缓冲器中，然后通过内部总线在三种寄存器之间传输，最终与I/O设备进行交互。
7.1.4 I/O端口的编址
接口中每个端口都有一个地址编号，称为端口地址。
微机系统中，I/O端口的编址方式有两种，即：统一编址和独立编址
1.统一编址
I/O端口的统一编址方式
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。
统一编址（存储器映射I/O编址）：即把I/O端口的地址也看作是一个内存单元，与内存地址统一混合编址。
优点：对外设的操作可以直接使用对内存操作指令，指令较多、使用方便。
缺点：内存空间减少，采用内存操作指令的速度比专用I/O指令慢。
2.独立编址
I/O端口的独立编址方式
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。
80x86 CPU组成的微机系统都采用独立编址方式。
独立编址（I/O映射编址）：即I/O端口与内存分开独立编址，二者各有一套地址空间，井水不犯河水。这样编址的微处理器都有个M/-IO信号，当使用MOV指令时它自动变成高电平，用IN/OUT指令时它自动变成低电平，
优点：
1、存储器地址空间不受I/O端口地址空间的影响
2、专用的输入/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。
7.2 CPU与外设之间数据传送的方式
7.2.1 程序传送方式
该方式完全通过执行程序中的I／O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（有条件传送）
1.无条件传送
CPU对外设进行输入/输出操作时无需考虑外设的状态，故称之为无条件传送方式。
无条件传送方式的特点
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
认外设总是准备好的
适用于：与简单外设进行少量的不频繁的数据传送
2.查询传送方式
传送数据前，先测试外设的状态，待外设准备就绪后，再执行I/O指令进行数据传送，否则循环测试等待。
查询传送方式的特点
优点：能保证主机与外设之间协调同步地工作，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。
7.2.2 中断传送方式
中断传送方式是指当外设需要与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。
中断传送方式的特点
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。
