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1、单元四 微机接口概述,本章知识要点：,1、为什么需要接口2、接口具有的功能3、接口传输的内容4、接口结构5、IO接口编址6、IO接口芯片连线的寻址原理7、IO接口数据传输的控制方式,4.1为什么需要接口？,总的来说，I/O接口具有下述三方面功能：（1）速度的匹配（2）信息格式的变换：包括串并转换，A/D,D/A转换，电平转换等。（3）提供主机和外设间传送数据所必须的状态和控制信息。,4.1接口具有的功能,I/O设备数据缓冲/锁存;设备选择和寻址;数据格式转换;信号转换：逻辑关系，时序配合以及电平匹配上的转换。设备控制;可编程：修改驱动程序就可改变接口的工作方式;错误检测控制.,4.1接口知识应
2、用范围,不限于普通电脑可用于笔记本电脑，工控机嵌入式系统单片机，DSP系统,4.1嵌入式微机,CPU：8086/8088，486，586，PII，PIII10*14cm，10*10cm或更小主板集成多种接口：以太网，USB，显示，音频，IDE，LCD，并行口，RS232，存储卡及其他常用接口,4.1学习微机接口有什么好处,可以利用微处理器的强大功能设计出智能化仪器仪表，自动控制系统，各种嵌入式的通信设备，家电，工业产品等。,大大减少硬件复杂程度，减低成本，提高性能。,4.2 I/O接口的传输内容,1.数据信息：（1）数字量（计算机可以直接接收和处理的数据）（2）模拟量2.状态信息例如：对于输入
3、设备的“Ready”对于输出设备的“Busy”特点：CPU外设接口 可读（不可写）3.控制信息：特点CPU外设接口 可写（不可读）,4.2 I/O接口的传输内容,4.2 I/O接口的基本结构,外设通过I/O接口电路与CPU相连。每个接口电路包含一组寄存器：数据输入寄存器数据输出寄存器状态寄存器控制寄存器通常称这些寄存器为I/O端口(I/O PORT)，每个端口有一个端口地址,I/O接口的编址,计算机中I/O端口也是可以编址的，编址的方法与存储器编址方法类似。如何理解存储器和I/O端口寻址的区别？以城市类比计算机,I/O接口地址的编址方案,混合编址：存储器地址和I/O端口地址统一编址，Motor
4、ola系列CPU采用混合编址；,1.I/O端口和存储器统一编址（Memory Mapped I/O）优点：可以用访问存储器的指令来访问I/O端口。例如:ADD AL,2000H,XXXXH,0,XXXXH,I/O存储器,整个地址空间,一个I/O端口的内容,缺点：I/O端口占用了一部分地址空间。,2.I/O端口和存储器分开编址（I/O Mapped I/O）指令系统中分别设立面向存储器的指令和面向I/O操作的指令。（IN指令和OUT指令）在微型计算机中，地址总线为存储器和I/O端口所共享，那么，CPU输出的地址信号究竟是给谁的？是给M，还是I/O?在CPU芯片上设置专门的控制信号线M/IO（80
5、 x86均如此）。,I/O接口芯片连线的寻址原理,对I/O接口芯片的的寻址通过地址线连接：,74LS138译码器的连线方法,假设：I/O接口芯片的片内地址为370H377H，求CPU如何通过74LS138译码器进行寻址？分析：片内地址8个，说明芯片具有片内地址线3位A0A2，高位地址为A3A9，按照全局译码的原理，A3A9是高位地址线，要通过译码器连接到片选信号。,74LS138译码器的连线方法,370H377H对应的二进制为：11011100001101110111，根据界线原理：低三位直接连接，主要说明高位地址线的接法。,74LS138译码器的连线步骤,第一步：比较CPU高位地址线位数和7
6、4LS138译码器输入端位数的关系，有三种可能：相等、大于或小于；CPU高位地址线7位（A3-A9），74LS138译码器输入端6位。,74LS138译码器的连线步骤,第二步：将高位地址线中0和1分类；第三步：接线，为0的端口线先接G2A、G2B，为1的端口先接G1；其余接线端自由接A、B、C端；当CPU高位地址线比74LS138译码器输入端数量多时，要用逻辑门电路过渡，减少接线端。,74LS138译码器的连线步骤,第四步：根据A、B、C的值确定Yi的输出选择，接芯片的片选。问题：如何根据74LS138译码器的接线判断芯片的地址？,4.3 接口数据传送的控制方式,程序方式；中断方式；DMA方式
7、。,程序方式,有两种：无条件传送方式和条件传送（查询）方式，无条件传送方式可靠性差，一般采用条件传送（查询）方式。,程序方式,通信需要发送和接收双方的配合。,输出状态检测,输出有效,输出有效状态检测,接收端,发送端,程序方式,程序方式,问题：如何检测“接收就绪”和“发送有效”的状态信号？发送操作如何实现？接收操作如何实现？,程序方式,检测接收就绪和发送有效状态信号：先读取接口状态字节（inportb()），然后用“与”（&）位操作取得状态位；发送操作：写端口数据（outportb()）接收操作：读接口数据（inportb()）,补：C语言的接口操作和位操作,（1）outportb()，向指定端
8、口地址输出字节原形：void outportb(int portid,unsigned char value)调用方式：outportb(端口号,要输出的字节);头文件：dos.h,补：C语言的接口操作和位操作,（2）inportb()，从指定端口读入字节原形：unsigned char inportb(int portid)调用方式：字符变量=inportb(0 x端口号)；头文件：dos.h,补：C语言的位操作运算符,“按位与”运算：&“按位或”运算：|“按位异或”运算：“按位取反”运算：移位运算：右移，左移,补：C语言的位操作运算符,如何取得状态信息：,状态信息,如何判断？,补：C语言的
9、位操作运算符,用C语言的输入/输出函数和位操作相结合可以实现对计算机接口的基本操作，是C语言的基本功能。,程序方式,有条件查询方式的缺点：CPU工作效率低；以串行接口通信为例，CPU的利用率只有0.5%,中断方式,中断的基本思想：CPU平时正常运行用户程序，只有在有特殊事件需求时才进行服务，服务完成后立即返回原来运行的程序，目的是提高CPU的工作效率。中断的定义：CPU暂停正在运行的程序，处理需要服务的事件，等服务完成以后，返回到原来运行的程序。,发出中断请求信号：提供检测中断源的输入线路；定向中断服务子程序：为指定事件提供相应的服务；,中断方式的功能,断点的保护和返回：进行中断服务前保存当前
10、程序地址，以便中断服务结束后程序返回；现场的保护和恢复：在中断服务前保存当前程序运行条件下的数据，以便中断服务结束后继续使用。,中断方式的功能,中断流程,中断的相关概念,中断源：产生中断申请的设备或事件；中断申请：中断源向CPU发出服务请求；中断响应：CPU接收中断请求，中断源加入中断队列；,中断的相关概念,中断服务程序：进行中断事件处理的程序；中断优先级：中断源申请中断服务的优先级别；中断嵌套：运行中断服务程序时，优先级别高的中断服务程序能够中断优先级别低的中断服务程序。,关于中断原理的说明,CPU如何检测中断请求？同时产生多个中断请求怎么办？中断服务程序如何与中断源对应？如何理解中断的随机
11、性？对中断源的选择性？,CPU如何检测中断请求？,CPU一般利用中断控制器处理中断事件，中断源一般是通过电平信号或脉冲信号产生中断请求，所以，需要中断服务的设备和部件首先要提供中断请求信号到中断控制器，由中断控制器向CPU申请中断服务。,CPU如何检测中断请求？,CPU,中断控制器,INTR,INTA,IRQ,接设备和部件,同时产生多个中断请求怎么办？,中断控制器支持优先级设置，先为不同接入端设置不同优先级，在接线时根据外设（或部件）的重要程度和特征设置不同的优先级。当同时有多个中断源申请中断时，按照“同级先到先服务，不同级按优先级顺序服务”。,中断服务程序如何与中断源对应？,CPU在响应中断
12、、进行中断服务前可以检测到中断源，中断源可能的中断服务要求是可以预先处理，准备好现成的程序，这个程序的起始地址就是中断服务程序的入口地址。,中断服务程序如何与中断源对应？,在内存中专门设置一个区间存放中断服务程序的入口地址，显然，一个中断源应该有一个中断服务程序，一个中断服务程序就有一个入口地址，这个入口地址就是中断向量。,中断服务程序如何与中断源对应？,中断源接入位置(中断号),中断向量,中断服务程序入口地址,中断控制器内信息,内存信息,中断源中断服务程序入口地址,如何理解中断的随机性？,中断源的服务请求时间是不确定的,其含义是:一是不知道是否有请求?二是不知道何时产生请求?中断方式所提供的
13、优势在于可以在接收到请求后，在微秒（us）量级的时间范围进行服务，特别适合外部设备通信和控制。,对中断源的选择性？,如果不允许某个中断源申请，可以设置中断屏蔽；中断控制器支持对单中断源和所有中断源的中断屏蔽。,CPU如何屏蔽中断请求？,CPU,中断控制器,INTR,INTA,IRQ,接设备和部件,中断过程,中断的特点,有效协调高速运行的CPU与慢速工作的外部设备之间的速度关系，提高CPU的工作效率；需要中断控制器硬件支持，并将外部设备连接到中断控制器上。,中断的缺点,不能支持特别高速的设备，在设备需要通信信号的时间间隔小于中断服务最小时间间隔时，中断服务将无法实现。,中断控制器作用信访局,PC
14、机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,PC/XT的外部中断表,PC机支持的中断种类,PC机支持的中断种类,中断功能调用,BIOS（BASIC INPUT/OUTPUT SYSTEM），基本输入/输出系统是存储于计算机ROM系统中的程序模块，其功能是管理计算机的标准硬件系统，如：显示器、磁盘（硬盘、软盘）、串行接口、打印机等。BIOS程序可以为其他程序所调用，这个功能就叫做BIOS功能调用，亦称为BIOS调用。BIOS功能调用在本质上是软件中断，在中断向量表中，存储了BIOS程序中不同功能模块的入口地址，当在汇编语言程序中执行指令INT*H 时，将自动运行位于ROM中的模
15、块。,DMA方式,采用DMA方式的原因：,DMA控制器的作用,CPU,存储器,DMA控制器,I/O接口和设备,总线请求,总线允许,DMA请求,DMA允许,DMA控制器的功能结构,1）总线控制功能。2）具有用于提供交换数据地址的地址寄存器。3）具有数据块长度计数器。4）具有编程寄存器和状态寄存器。,DMA数据传送的基本过程,1）外部设备向DMAC发出DMA传送请求信号（DREQ）。2）DMAC向总线仲裁机构请求占用总线。3）DMAC接到HLDA信号后成为总线的主控者。4）向存储器和进行DMA传送的外设发出读写命令，开始DMA传送（外设和内存之间）。5）撤消对CPU的总线请求，交回系统总线的管理和
16、控制权。,通信方式比较,通信程序示例,已知条件：Buffer为首址的100个字节，从A设备发送，数据端口地址60H、状态端口地址62H，状态位D3=1，表示设备忙，D4=0表示设备未联机；编写发送数据程序；,通信程序流程,流程图反映编程的基本思路和过程，根据流程图进行程序设计在目前仍然是行之有效的方法；,通信程序流程,#include#include Main()int portt=0 x60,ports=0 x62,I,j;int maxnum=100;unsigned char buffer100,tem;tem=inportb(ports);/*读状态字节*/if(tem&0 x10=0),通信程序流程,tem=inportb(ports);/*读状态字节*/if(tem,通信程序流程,while(Imaxnum)tem=inportb(ports);if(tem,
