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1、第4章 微机接口概述,4.1微机接口,微机接口是一个特定的管理/协调、信息变换/缓冲部件。接口用途：连接计算机的不同部件，进行信息交换；,4.1微机接口功能,I/O设备数据缓冲/锁存;设备选择和寻址;数据格式转换;电子信息转换;设备控制;可编程;错误检测控制.,4.2 I/O接口的传输内容,I/O接口传输的信息种类:数据信息；控制信息；状态信息。I/O信号的形式开关量数字量脉冲量模拟量,4.2 I/O接口的基本结构,端口：数据输入/输出寄存器；控制寄存器；寄存器；数据总线和地址总线缓冲器（接数据线和地址线）；接口/端口地址译码器；接口控制逻辑（接控制总线）；,I/O接口的编址,计算机中I/O端
2、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，Motorola系列CPU采用混合编址；独立编址：存储器地址和I/O端口地址独立编址，Intel系列CPU采用独立编址；Intel系列CPU用M/IO信号线区别对存储器还是I/O端口进行寻址：存储器寻址空间232=4G；I/O接口寻址空间210=1024；存储器寻址空间远大于I/O端口寻址空间。,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
3、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A3A10，按照全局译码的原理，A3A10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,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A3A10，按照全局译码的原理，A3A10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：11011100001101
4、110111，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74LS138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
5、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,接口的应用需求来源于不同计算机部件(设备)之间的通信,这与部件(设备)的工作环境关系密切。接口与网络通信的联系和区别？广义地讲，网络通信电路也属于接口的范畴，但是，网络技术相对独立。,网络通信与接口主要区别,4.3 接口数据传送的控制方式,程序方式；中断方式；DMA方式。,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
6、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()），尔后用“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()，向指定端口地址输出字节原形：void outportb(int portid,unsigned char value)调用方式：outportb(0 x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,（
7、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,
8、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：
9、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
10、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、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
11、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。,CP
12、U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
13、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
14、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
15、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,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,
