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1、计算机接口技术,讲授者：黄应红,本章内容提要:什么叫接口技术?接口具有哪些功能?接口的组成 接口电路的结构形式 接口与CPU如何交换数据?分析与设计接口电路的基本方法 接口技术的发展趋势,第一章 概 述,1.1 微机接口技术,一、接口（Interface）,外部世界:除CPU本身以外的所有设备或电路，包括存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通讯设备、多媒体设备等。,微机接口是微处理器CPU与“外部世界”的连接电路,是CPU与外界进行信息交换的中转站。,举例:,二、什么叫接口技术？,接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”之
2、间高效可靠的信息交换的一门技术。涉及课程：微机原理、汇编语言程序设计、电子技术、数字逻辑设计等。,一、接口信息 数据信号 如：8位、16位、32位数据；状态信号 表示外设是否准备好信号。如：READY、BUSY、ACK 控制信号 表示启动、停止外设之类的信号。,1.2 接口功能,二、接口的功能,执行CPU命令的功能 返回外设状态的功能 数据缓冲功能 设备选择功能 信号转换功能 数据宽度与数据格式转换的功能,1.3 接口的组成,基本逻辑电路端口地址译码电路供选电路,一、硬件电路支撑作用,初始化程序段；传送方式处理程序段；主控程序段；程序终止与退出程序段；辅助程序段。,二、软件编程驱动控制,一个完
3、整的接口程序通常包括如下一些程序段：,1.4 接口电路的结构形式,固定式结构半固定式结构可编程结构智能型结构,接口电路的结构形式一般有以下几种：,1.5 数据传送方式,查询方式 中断方式 DMA方式,在微机中，CPU与接口之间传送数据一般有三种方式：,先查询外设的状态信息是否准备好；未准备好,继续查询；准备好,传送数据;无条件传送方式可看作查询方式的一种特例。,一、查询方式,优点：不需要额外的硬件电路，易于实现。缺点：CPU的工作效率很低。适用于：CPU不太忙且传送速度不高的场合。,二、中断方式,由外设向CPU发出中断请求；CPU暂停原程序的执行，转入中断服务；完成后返回原程序继续执行。,优点
4、：CPU与外设可并行工作，提高CPU的利用率。缺点：需设置中断控制器，增加了硬件开销。适用于：实时控制和紧急事件的处理。,三、DMA方式,数据的传送不经过CPU，由DMA控制器来实现内存和外设，或外设和外设之间的直接快速传送。在DMA传送期间，DMA控制器接管了总线控制权，而CPU处于等待状态；DMA传送完成后，CPU恢复对总线的控制权，进入工作状态。,优点：简化了CPU对输入/输出的控制，传送速率很高。缺点：需要设置DMA控制器，硬件开销大。适用于：高速大批量数据传送。,1.6 分析与设计接口电路的基本方法,一、两侧分析法二、软硬结合法,1.7 接口技术的发展趋势,解决微机系统输入/输出瓶颈
5、问题的新型外设、先进的总线技术及接口标准及芯片组，成为一种发展方向。,1.8 总线概述,一、总线结构计算机系统的结构有以处理器为中心面向总线的结构。总线结构是将需要交换信息的模块通过总线建立点到点的连接。总线就是计算机之间、模块与模块之间传递信息的一束束信号线的集合，为各部件间提供标准信息。,面向总线的结构有如下优点：优点:便于采用模块结构设计;标准总线可得到多个厂商的广泛支持;模块结构便于扩充和升级;便于故障诊断和维修;降低了成本,二、为什么要采用总线技术?,三、总线的分类,按总线的功能划分为:1.地址总线 2.数据总线 3.控制总线按总线的层次结构可划分为:1.CPU总线 2.存贮总线 3
6、.系统总线 4.外部总线说明:1.系统总线是用来与扩充插槽上的各扩充板卡相连接的总线,也称I/O通道总线;2.系统总线必须有统一准,以便按照这些标准设计各类板卡.,四、总线的数据传输,总线完成一次数据的传输时间称为一个总线周期，一个总线周期可分为四个阶段：申请分配阶段寻址阶段传输阶段结束阶段,五、总线传输出方式,同步传输、异步式传输、半同步式传输和分离式传输。1、同步式传输特点：传输周期是固定的，在传输周期内严格地按规定的时间发出信号和进行相应的动作。如：在微机中CPU与存储器之间的数据传输就是典型的同步式传输。,8088/386 CPU存储器读写时序,2、异步式传输 为了实现不同速度的模块和
7、设备的连接，主模块和属模块之间需要增加请求（RQ)和应答（ACK）两状态线来进行连接的沟通。异步传输方式其实质上就是查询传输方式。3、半同步式传输 是同步传输和异步传输的折中方式，其特点是：地址、命令和数据的发出时间都严格按照系统时钟脉冲前沿时刻，接收判断采用系统时钟脉冲的后沿来识别。,六、ISA总线（Industry Standard Architecture）,1、问题的提问：最早的PC总线是IBM公司于1981年推出的基于8位机PC/XT的总线，称为PC总线。1984年IBM推出了16位PC机PC/AT，其总线称为AT总线。然而，IBM从未公布过他们的AT总线规格。由Intel公司IEE
8、E和EISA集团联合开发了与IBM/AT原装机总线意义接近的ISA总线，即8/16位的“工业标准结构”总线。,2、主要性能指标,（1）I/O地址空间0100H03FFH（2）24位地址线可直接寻址的内存空间为16MB（3）8/16位数据线（4）引脚数：62+36=98线（5）最大任意16位（bit）（6）最高时钟频率8MHz（7）最大传输率16MB/s（8）中断功能（9）DMA通道功能（10）开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源。,3、ISA总线结构,4、ISA扩展I/O插槽,8位ISA扩展I/O插槽由62个引脚组成，用于8位的插卡。8/16位ISA扩展槽 8位62线插槽 附加高8位36
9、线插槽.ISA总线扩展槽引脚及定义,七、EISA总线,1.EISA产生的背景ISA总线对286以下的PC机是方便的，但对于386DX以上的提及具有32位地址线和数据宽度的PC机来说，不能满足要求。影响了32位微处理器的发挥。IBM推出了32位，采用MCA微通道总线技术，但由于IBM对MCA技术采用了严格的许可证制度，使得其他厂商不能采用。同时，MCA与PC/AT总线也不兼容，所以除了在PS/2计算机中采用，任其之兼容机中没有得到一定推广。因此，MCA技术是失败的。,3、为了与MCA总线技术抗衡，Compaq、HP、AST、Epson、NEC等9家公司联合起来在ISA的基础上于1988年推出了3
10、2位PC机扩展工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture）即EISA总线。总结：EISA在结构上与ISA有良好的兼容性，保护了 厂商和用户巨大的软硬件投资。同时又充分发挥和利用32位机的功能。EISA的推出打破了IBM MAC结构对PC机发展的垄断。,2、EISA主要特点：,结构与ISA卡完全兼容。开放式结构，与ISA卡完全兼容。全兼容ISA总线，（ISA卡可插入EISA槽中）32位数据线D0-D3132位地址直接寻址范围为4GB.最大时钟频率8.3MHz最大传输率33MHz,2、PCI总线结构连接方式,结构1、PCI总线是一种PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线新标准。不依附于某个具体处理器的局部总线。2、从结构上，PCI是在CPU与原来的系统之间插入的一级总线，并由桥接电路实现管理，协调数据传送。3、PCI总线支持总线主控技术,允许智能设备取得总线控制权,以加速数据传送.,CPU,PCI局部总线,3.PCI主要性能,支持10台外设总线时钟33.3MHz/66M最大数据率133MB/S时钟同步方式总线宽度32位（5V）/64位（3.3V）能自动识别外设支持64位寻址具有与处理器和存储器子系统完全并列操作的能力。,
