接口技术概述讲解课件

第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 计算机接口技术计算机接口技术 庄琴生庄琴生 编著编著 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社Name:唐启见Tel:15874245670E-mail:第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 简单回顾简单回顾1、汇编程序的作用、汇编程序的作用2、由汇编源程序到执行文件的处理过程、由汇编源程序到执行文件的处理过程3、数制转换、数制转换 将十进制数将十进制数0.625分别转换成二、八、十六进制数。分别转换成二、八、十六进制数。4、8088支持的数据类型及其有效范围支持的数据类型及其有效范围5、系统总线、系统总线6、内存与物理地址、内存与物理地址7、8086微处理器的组成及寄存器结构微处理器的组成及寄存器结构第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件（EU)总线接口部件总线接口部件（BIU)16位位20位位16位位8位位8086CPU8086CPU结构示意图结构示意图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 相关科目相关科目计算机文化基础C语言程序设计汇编语言程序设计单片机原理及应用DSP原理及应用PLC原理及应用ARM嵌入式开发第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 本书的主要内容本书的主要内容一、计算机接口技术概述二、总线技术三、中断接口技术四、定时器/计数器接口电路五、并行接口六、串行通信接口七、模/数（A/D）与数/模（D/A）转换八、DMA技术九、人机交互接口与常用标准接口第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 第第1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1 接口技术的基本概念接口技术的基本概念 1.2 计算机与外设之间的数据传送方式计算机与外设之间的数据传送方式 1.3 无条件传送接口实验无条件传送接口实验 习题习题1 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.理解微机接口的基本概念、接口的功能、接口信息及接口的编址方式。2.熟练掌握四种计算机与外设之间的数据传送方式；本章主要教学目的及要求1.1 接口技术的基本概念 1.2 计算机与外设之间的数据传送方式 1.3 无条件传送接口实验本章主要教学内容第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1 接口技术的基本概念接口技术的基本概念 在在计计算算机机系系统统中中除除了了CPU以以及及基基本本硬硬件件之之外外，还还有有各各种种外外部部设设备备，比比如如显显示示器器、键键盘盘、打打印印机机、磁磁盘盘驱驱动动器器、光光盘盘驱驱动动器器等等。这这些些外外部部设设备备需需要要与与CPU进进行行大大量量的的信信息息交交换换，根根据据CPU的的要要求求进进行行各各种种操操作作。进进行行信信息息交交换换时时，由由于于各各种种原原因因(比比如如电电平平、时时序序等等的的不不同同)，这这些些外外部部设设备备不不能能与与CPU直直接接相相连连，它它们们之之间间的的信息交换必须经过一个中间电路，也就是接口电路。信息交换必须经过一个中间电路，也就是接口电路。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 外外部部设设备备多多种种多多样样，可可以以是是机机械械式式、电电子子式式或或其其它它形形式式的的；输输入入/输输出出的的信信息息不不相相同同，可可以以是是数数字字量量、模模拟拟量量或或开开关关量量；信信息息传传输输的的速速度度也也不不相相同同，键键盘盘输输入入的的速速度度是是秒秒数数量量级级，而而磁磁盘盘输输入入的的速速度度最最高高可可达达百百兆兆位位/秒秒以上。以上。另外，与另外，与CPU进行交换的信息的来源也不相同，进行交换的信息的来源也不相同，它们可以来自于计算机的系统硬件它们可以来自于计算机的系统硬件(比如键盘、显示器、比如键盘、显示器、磁盘机等磁盘机等)，也可以来自于外部控制系统或现场采集到，也可以来自于外部控制系统或现场采集到的信息。的信息。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1.1 接口的功能与基本结构接口的功能与基本结构 接口接口(Interface)是两个部件之间的连接点或界面。是两个部件之间的连接点或界面。计算机接口技术就是研究计算机接口技术就是研究CPU如何与外部设备进行连如何与外部设备进行连接、耦合、匹配，以便实现接、耦合、匹配，以便实现CPU与外部设备之间高速、与外部设备之间高速、可靠地进行信息交换的一门技术，是计算机系统应用可靠地进行信息交换的一门技术，是计算机系统应用的关键课题之一。的关键课题之一。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1接口应具有的功能接口应具有的功能 1)对外部设备的寻址功能对外部设备的寻址功能 计算机系统中往往有多种类型的外部设备，相同计算机系统中往往有多种类型的外部设备，相同类型的外部设备也可能不止一台。类型的外部设备也可能不止一台。CPU在同一时刻只在同一时刻只能与一台外设通信能与一台外设通信(当然可以通过分时、轮询等，实现当然可以通过分时、轮询等，实现逻辑上的并行操作逻辑上的并行操作)。2)信号转换功能信号转换功能 外部设备的信号电平可能不是外部设备的信号电平可能不是TTL电平或电平或CMOS电平，因此需要由接口电路来完成信号电平的转换。电平，因此需要由接口电路来完成信号电平的转换。TTL与与CMOS相比，电平不同，相比，电平不同，需要有转换电路才能连接。区需要有转换电路才能连接。区别是别是TTL电流大，速度快，功电流大，速度快，功耗大，耗大，CMOS电流小，速度稍电流小，速度稍慢，功耗小，对称性好，在慢，功耗小，对称性好，在CMOS里也没有悬空表示高电里也没有悬空表示高电平的说法，而是不定态，在应平的说法，而是不定态，在应用中输入信号要避免悬空用中输入信号要避免悬空 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 3)数据缓冲功能数据缓冲功能 外部设备的工作速率远远低于外部设备的工作速率远远低于CPU的速率，为了提的速率，为了提高高CPU的工作效率并避免丢失数据，接口中必须有数据的工作效率并避免丢失数据，接口中必须有数据缓冲器。缓冲器。4)联络功能联络功能 接口应当具备握手信号或者能够提供状态信息。接口应当具备握手信号或者能够提供状态信息。CPU送来的控制信号、外部设备的工作状况以及应答信送来的控制信号、外部设备的工作状况以及应答信号都要通过接口与号都要通过接口与CPU以以“握手联络握手联络”的方式进行交互。的方式进行交互。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 5)中断管理功能中断管理功能 CPU与外设之间的通信采用中断方式，有利于提与外设之间的通信采用中断方式，有利于提高高CPU的利用率。的利用率。6)可编程功能可编程功能 为了使接口具有较强的灵活性、可扩充性以适应为了使接口具有较强的灵活性、可扩充性以适应多种工作方式或工作状态，接口应具有可编程的特性。多种工作方式或工作状态，接口应具有可编程的特性。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2接口电路的基本结构接口电路的基本结构 接接口口电电路路的的基基本本结结构构如如图图1-1所所示示。在在与与CPU相相连连的的一一侧侧，接接口口电电路路通通过过地地址址总总线线AB、数数据据总总线线DB以以及及控制总线控制总线CB与与CPU连接。连接。地址总线（地址总线（AB）用来提供访问接口电路的地址信息。）用来提供访问接口电路的地址信息。数数据据总总线线（DB）用用来来与与接接口口电电路路交交换换数数据据信信息息、状状态态信息和命令信息。信息和命令信息。控制总线（控制总线（CB）包括）包括IO/M、INTR等信号线。等信号线。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 在与在与I/O设备连接的一侧，接口电路通过数据线设备连接的一侧，接口电路通过数据线DATA、状态线状态线STATUS、控制线控制线CONTROL与与I/O设设备相连。备相连。接接口口电电路路处处于于CPU与与外外部部设设备备之之间间，是是CPU与与外外部部设设备备之之间间进进行行通通信信的的桥桥梁梁。接接口口电电路路内内部部一一般般包包括括数数据据I/O缓缓冲冲器器、状状态态寄寄存存器器、命命令令控控制制寄寄存存器器和和中中断断控控制逻辑等部分。制逻辑等部分。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-1 接口电路的基本结构接口电路的基本结构第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1.2 接口信息与端口的编址方式接口信息与端口的编址方式 1CPU与外设之间的接口信息与外设之间的接口信息 CPU与与外外设设之之间间传传送送的的信信息息通通常常包包括括数数据据信信息息、状状态信息和控制信息。态信息和控制信息。1)数据信息数据信息 数数据据信信息息是是最最基基本本，也也是是最最重重要要的的一一种种信信息息，它它包包括数字量、模拟量和开关量。括数字量、模拟量和开关量。数数字字量量：通通常常为为8位位、16位位或或32位位的的二二进进制制数数据据或或ASCII码数据。码数据。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 模拟量：当计算机用于控制系统或数据采集系统模拟量：当计算机用于控制系统或数据采集系统时，大量的现场信息时，大量的现场信息(比如温度、压力、流量和速度等比如温度、压力、流量和速度等)是连续变化的物理量。这些物理量经过传感器被转换是连续变化的物理量。这些物理量经过传感器被转换成电信号，再经过放大、整形等处理后得到电流或电成电信号，再经过放大、整形等处理后得到电流或电压，这些电流或电压仍旧是模拟量。压，这些电流或电压仍旧是模拟量。开关量：是一些只有两个状态的量，如开关的闭开关量：是一些只有两个状态的量，如开关的闭合与断开、继电器触点的打开与吸合等，用一位二进合与断开、继电器触点的打开与吸合等，用一位二进制数制数“0”或或“l”表示。表示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2)状态信息状态信息 状态信息反映当前外部设备所处的工作状态。输状态信息反映当前外部设备所处的工作状态。输入时，入时，CPU常要先查询输入设备是否准备好常要先查询输入设备是否准备好(Ready1？)，准备好了才可以输入；输出时，准备好了才可以输入；输出时，CPU常要查询输常要查询输出设备是否空闲出设备是否空闲(Busy0?)，如果输出设备不忙如果输出设备不忙(Busy0)，则，则CPU向该外部设备输出数据。向该外部设备输出数据。CPU根据接口根据接口电路提供的输入电路提供的输入/输出设备的状态信息，决定是否进行输出设备的状态信息，决定是否进行数据的输入或输出。数据的输入或输出。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 3)控制信息控制信息 控控制制信信息息是是控控制制输输入入/输输出出设设备备启启动动、停停止止或或执执行行某某种特定操作的信息。种特定操作的信息。综上所述，接口电路传送三种不同类型的信息，综上所述，接口电路传送三种不同类型的信息，即数据信息、状态信息和控制信息。三种信息的性质即数据信息、状态信息和控制信息。三种信息的性质不同，要通过不同的端口分别传送。不同，要通过不同的端口分别传送。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2端口的编址方式端口的编址方式 输输入入/输输出出端端口口(即即I/O端端口口)的的编编址址方方式式主主要要有有两两种种：内存和内存和I/O端口统一编址端口统一编址及及I/O端口单独编址端口单独编址。1)内存和内存和I/O端口统一编址端口统一编址 I/O端口和存储单元统一编址是在整个存储空间中端口和存储单元统一编址是在整个存储空间中划分出一部分地址空间给外设端口使用。划分出一部分地址空间给外设端口使用。I/O端口和存储单元统一编址方式的优点在于端口和存储单元统一编址方式的优点在于I/O端口的地址空间较大，对端口进行操作的指令功能较端口的地址空间较大，对端口进行操作的指令功能较强，使用时灵活方便。强，使用时灵活方便。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2)I/O端口单独编址端口单独编址 I/O端口的地址空间单独编址，与内存单元的地址端口的地址空间单独编址，与内存单元的地址空间相互分开，各自独立。空间相互分开，各自独立。8086/8088系统中就采用这系统中就采用这种编址方式。种编址方式。8086/8088系统的系统的8位位I/O端口地址空间是端口地址空间是064 KB，地址总线中地址总线中A15A0就可提供寻址就可提供寻址64 KB I/O端口地端口地址空间的能力。址空间的能力。I/O端口单独编址方式的端口单独编址方式的优点优点是：不占用内存单元是：不占用内存单元的有效地址空间，地址译码器较简单，端口操作指令的有效地址空间，地址译码器较简单，端口操作指令长度较短，执行速度较快。长度较短，执行速度较快。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2 计算机与外设之间的数据传送方式计算机与外设之间的数据传送方式 1.2.1 无条件传送方式无条件传送方式 无条件传送方式是最简单的数据传送方式。在这无条件传送方式是最简单的数据传送方式。在这种传送方式中，假设外设已处于就绪状态。种传送方式中，假设外设已处于就绪状态。图图1-2 为无条件传送方式输入为无条件传送方式输入/输出接口示意图。输出接口示意图。图中经地址总线把选中外设的地址信息送往端口译码图中经地址总线把选中外设的地址信息送往端口译码器，当器，当IO/M为高电平时可以进行输入为高电平时可以进行输入/输出操作。输出操作。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-2 无条件传送方式输入无条件传送方式输入/输出接口示意图输出接口示意图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.1 一个无条件传送输入和输出的具体实例如一个无条件传送输入和输出的具体实例如图图1-3所示。图中八个开关可以看成是输入设备，八个所示。图中八个开关可以看成是输入设备，八个发光二极管发光二极管(LED)可以看成是输出设备，用集成电路芯可以看成是输出设备，用集成电路芯片和与非门等组成接口电路。输入设备和输出设备具片和与非门等组成接口电路。输入设备和输出设备具有相同的端口地址，通过有相同的端口地址，通过 和和 来区别是进行输入来区别是进行输入还是输出操作。假设输入设备和输出设备的端口地址还是输出操作。假设输入设备和输出设备的端口地址为为218H。要求根据八个开关的通断状态点亮或熄灭对要求根据八个开关的通断状态点亮或熄灭对应的发光二极管，开关可以根据需要随时拨动。应的发光二极管，开关可以根据需要随时拨动。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-3 开关状态读取与开关状态读取与LED显示接口电路显示接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 解解 作为输入设备的八个开关连接由三态缓冲器作为输入设备的八个开关连接由三态缓冲器(三态门三态门)74LS244构成的输入口。八个开关的另一端都构成的输入口。八个开关的另一端都接地，同时接地，同时74LS244的输入端的输入端I1I8通过电阻接到高电通过电阻接到高电平。平。8D三态锁存器三态锁存器74LS373构成输出口，连接到作为构成输出口，连接到作为输出设备的八个发光二极管输出设备的八个发光二极管(LED)。八个发光二极管的八个发光二极管的另一端都经电阻连接到高电平。另一端都经电阻连接到高电平。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 程序的执行过程是：程序的执行过程是：CPU读取各开关的状态数据，然读取各开关的状态数据，然后把读入的开关状态数据输出到后把读入的开关状态数据输出到74LS373；重复执行上述重复执行上述过程以满足八个开关可以随时拨动的需要。程序如下：过程以满足八个开关可以随时拨动的需要。程序如下：LOP：MOV DX,218H；DX指向端口地址指向端口地址 IN AL，DX；从输入口读取开关状态从输入口读取开关状态 OUT DX，AL ；把读入的开关状态数据送到输出口显示把读入的开关状态数据送到输出口显示 CALL DELAY；延时延时10 ms的子程序的子程序 JMP LOP 程序中程序中DELAY是延时是延时10 ms的子程序，未单独列出。的子程序，未单独列出。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.2 查询传送方式查询传送方式 无条件传送方式中程序不查询外设的状态，直接无条件传送方式中程序不查询外设的状态，直接用输入用输入/输出指令进行数据传送，在外设不处于就绪状输出指令进行数据传送，在外设不处于就绪状态或外设发生故障时就会产生数据错误或数据丢失。态或外设发生故障时就会产生数据错误或数据丢失。为了解决这一问题，人们考虑采用查询传送方式。为了解决这一问题，人们考虑采用查询传送方式。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1查询输入查询输入 查查询询输输入入的的工工作作流流程程如如图图1-4所所示示。CPU读读入入输输入入设设备备的的状状态态信信息息，判判断断输输入入设设备备是是否否准准备备好好，如如果果输输入入设设备备没没有有准准备备好好，则则继继续续查查询询输输入入设设备备的的状状态态，直直至至输入设备准备好后才输入数据。输入设备准备好后才输入数据。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-4 查询传送输入流程图查询传送输入流程图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 查查询询输输入入的的接接口口电电路路如如图图1-5所所示示。查查询询输输入入的的具具体体工作过程如下：工作过程如下：(1)当当输输入入设设备备准准备备好好输输入入数数据据时时，发发出出选选通通信信号号，使使输输入入数数据据锁锁存存入入8位位锁锁存存器器；并并使使D触触发发器器置置1，作作为为输输入入设设备备的的READY信信号号，送送到到三三态态缓缓冲冲器器8位位中中的的某某一位上。一位上。(2)当当CPU准准备备输输入入数数据据时时，从从地地址址总总线线发发出出该该设设备备的的状状态态端端口口地地址址，使使IO/为为有有效效高高电电平平，使使 为为有有效效低低电电平平，读读出出三三态态缓缓冲冲器器中中的的8位位信信息息并并检检测测状状态态位位(1位位)的的READY信息。信息。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3)如果如果READY1，则表示输入设备准备好，执行则表示输入设备准备好，执行(4)，否则继续执行，否则继续执行(2)。(4)CPU从地址总线发出该设备的数据端口地址，使从地址总线发出该设备的数据端口地址，使IO/为有效高电平，使为有效高电平，使 为有效低电平，经数据总为有效低电平，经数据总线读出线读出8位数据缓冲器中的信息，并使位数据缓冲器中的信息，并使D触发器清触发器清0，READY信号回到未准备好状态。信号回到未准备好状态。IO/和和 的有效电平，会在的有效电平，会在CPU执行执行IN指令时自指令时自动发出。动发出。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-5 查询输入的接口电路查询输入的接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.2 设输入设备的状态端口设输入设备的状态端口(8位位)地址为地址为S_PORT，状态端口的状态端口的D7位为位为1，表示输入设备准备好。数据端，表示输入设备准备好。数据端口口(8位位)的地址为的地址为D_PORT，以查询传送方式从该外设以查询传送方式从该外设输入输入1个字节的数据并存入个字节的数据并存入D_BUF内存单元。程序如下：内存单元。程序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 MOV DX，S_PORTLOP：IN AL，DX TEST AL，80H JE LOP MOV DX，D_PORT IN AL，DX MOV D_BUF，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.3 设系统中有三个独立的输入设备，三个输入设系统中有三个独立的输入设备，三个输入设备的状态端口设备的状态端口(8位位)地址分别为地址分别为STATUS1、STATUS2和和STATUS3。若状态端口若状态端口STATUS1的的D7位位为为1，状态端口，状态端口STATUS2的的D6位为位为1，状态端口，状态端口STATUS3的的D5位为位为1，则分别表示各输入设备准备好。，则分别表示各输入设备准备好。三个输入设备的数据端口三个输入设备的数据端口(8位位)的地址分别为的地址分别为DATA_PORT1、DATA_PORT2和和DATA_PORT3，以以轮流查询的传送方式从三个输入设备分别输入数据，轮流查询的传送方式从三个输入设备分别输入数据，并存入各自的内存输入缓冲区并存入各自的内存输入缓冲区BUFFER1、BUFFER2和和BUFFER3。程序如下：程序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 MOVSI，OFFSET BUFFER1；SI指向第一个设备的输入缓冲区指向第一个设备的输入缓冲区MOV DI，OFFSET BUFFER2；DI指向第二个设备的输入缓冲区指向第二个设备的输入缓冲区MOV BX，OFFSET BUFFER3；BX指向第三个设备的输入缓冲区指向第三个设备的输入缓冲区MOV CX,255MOV AL,0LOP：MOV SI，ALMOV DI，ALMOV BX，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 INC SIINC DIINC BXDEC CXJNZ LOP；以上程序使输入缓冲区清以上程序使输入缓冲区清0MOV SI，OFFSET BUFFER1 ；SI指向第一个输入设备的输入缓冲区指向第一个输入设备的输入缓冲区MOV DI，OFFSET BUFFER2 ；DI指向第二个输入设备的输入缓冲区指向第二个输入设备的输入缓冲区MOV BX，OFFSET BUFFER3 ；BX指向第三个输入设备的输入缓冲区指向第三个输入设备的输入缓冲区第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 LOP1：IN AL，STATUS1 ；输入第一个输入设备的状态端口信息输入第一个输入设备的状态端口信息TEST AL，80HJE LOP2 ；未准备好则转未准备好则转LOP2IN AL，DATA_PORT1 ；从第一个输入设备的数据口输入数据从第一个输入设备的数据口输入数据MOV SI，AL ；存入第一个设备的输入缓冲区存入第一个设备的输入缓冲区INC SI第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 LOP2：IN AL，STATUS2 ；输入第二个输入设备的状态端口信息输入第二个输入设备的状态端口信息TEST AL，40HJE LOP3 ；未准备好则转未准备好则转LOP3IN AL，DATA_PORT2 ；从第二个输入设备的数据口输入数据从第二个输入设备的数据口输入数据MOV DI，AL ；存入第二个设备的输入缓冲区存入第二个设备的输入缓冲区INC DILOP3：IN AL，STATUS3 ；输入第三个输入设备的状态端口信息输入第三个输入设备的状态端口信息TEST AL，20H第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 JE LOP4IN AL，DATA_PORT3 ；从第三个输入设备的数据口输入数据从第三个输入设备的数据口输入数据MOV BX，AL ；存入第三个设备的输入缓冲区存入第三个设备的输入缓冲区INC BXLOP4：INC CX CMP CX,255 JNZ LOP1第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 该程序首先使三个输入设备的输入缓冲区清该程序首先使三个输入设备的输入缓冲区清0，然后，然后依次查询每一个输入设备的状态端口，若输入设备准依次查询每一个输入设备的状态端口，若输入设备准备好，则执行输入操作；若没有准备好，则转向下一备好，则执行输入操作；若没有准备好，则转向下一个输入设备进行查询。对于每一个输入设备，无论是个输入设备进行查询。对于每一个输入设备，无论是输入了输入了255个数据或是查询了个数据或是查询了255次都会退出程序的执次都会退出程序的执行。循环次数由程序尾部的行。循环次数由程序尾部的CX中的值进行控制。中的值进行控制。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2查询输出查询输出 查查询询输输出出的的工工作作流流程程如如图图1-6所所示示。首首先先CPU准准备备好好要要输输出出的的数数据据，CPU读读入入输输出出设设备备的的状状态态信信息息，判判断断输输出出设设备备是是否否“忙忙”。如如果果输输出出设设备备“忙忙”，则则继继续续输输入入该该设设备备的的状状态态信信息息，直直至至输输出出设设备备“不不忙忙”，CPU才才向向输输出出设设备备输输出出数数据据。查查询询输输出出的的接接口口电电路路如如图图1-7所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-6 查询传送输出流程图查询传送输出流程图 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-7 查询输出的接口电路查询输出的接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 查询输出的具体工作过程如下：查询输出的具体工作过程如下：(1)输输出出设设备备输输出出完完数数据据后后发发出出应应答答信信号号，清清D触触发发器器，使使BUSY线线为为0，表表示示输输出出设设备备处处于于“空空闲闲”或或“不忙不忙”状态。状态。(2)当当CPU准准备备输输出出数数据据时时，从从地地址址总总线线发发出出该该外外部设备的状态端口地址，使部设备的状态端口地址，使IO/为有效高电平，为有效高电平，使使 为为有有效效低低电电平平，读读出出三三态态缓缓冲冲器器中中的的8位位信信息息，并并检测状态位检测状态位BUSY(1位位)的信息。的信息。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3)如如果果BUSY0，则则表表示示输输出出设设备备“不不忙忙”，执执行行(4)，否则继续执行，否则继续执行(2)。(4)CPU从从地地址址总总线线发发出出该该外外设设的的数数据据端端口口地地址址，使使IO/为为有有效效高高电电平平，使使 为为有有效效低低电电平平，经经数数据据总总线线把把8位位数数据据送送往往8位位锁锁存存器器并并输输出出到到外外设设。同同时时，使使D触触发发器器置置1，即即BUSY1，表表明明外外设设又又处处于于“忙忙”的状态。的状态。IO/和和的的有有效效电电平平，会会在在CPU执执行行IN或或OUT指令时自动发出。指令时自动发出。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.4 设输出设备的状态端口设输出设备的状态端口(8位位)地址为地址为SOUT_PORT，状态端口的状态端口的D7位为位为0，表示输出设备，表示输出设备“不忙不忙”。数据端口。数据端口(8位位)的地址为的地址为DOUT_PORT，以查以查询传送方式把内存单元询传送方式把内存单元DATA_OUT中中1个字节的数据个字节的数据向该外设输出。程序如下：向该外设输出。程序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 OUT_PORTBUSY：IN AL，DX TEST AL，80H JNE BUSY MOV AL，DATA_OUT MOV DX，DOUT_PORT OUT DX，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.3 中断传送方式中断传送方式 在查询传送方式中，在查询传送方式中，CPU需要不断地查询外设的需要不断地查询外设的状态，极大地降低了状态，极大地降低了CPU的利用率。为了提高的利用率。为了提高CPU的的利用率，提高输入利用率，提高输入/输出系统的可靠性以及实时性，可输出系统的可靠性以及实时性，可以采用中断传送方式。在中断传送方式中，当外设就以采用中断传送方式。在中断传送方式中，当外设就绪时就向绪时就向CPU发出中断请求，请求发出中断请求，请求CPU处理输入或输处理输入或输出操作。出操作。1中断处理过程中断处理过程 主主程程序序与与中中断断处处理理过过程程的的关关系系如如图图1-8所所示示，中中断断处处理过程的流程如图理过程的流程如图1-9所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-8 主程序与中断处理过程主程序与中断处理过程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-9 中断处理过程中断处理过程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 中断处理过程的具体步骤如下中断处理过程的具体步骤如下:(1)CPU执行指令，当执行完一条指令后检测是否执行指令，当执行完一条指令后检测是否有中断请求。有中断请求。来自于外部设备的中断请求。来自于外部设备的中断请求。由硬件故障引起的中断请求。由硬件故障引起的中断请求。在在80 x86系系统统中中，中中断断请请求求也也可可以以由由软软件件中中断断指指令令INT n或或CPU内内部部产产生生的的某某些些运运算算错错误误引引起起，例例如如，除法错误、运算溢出等。除法错误、运算溢出等。程程序序调调试试时时的的单单步步中中断断、断断点点中中断断等等也也会会产产生生中中断请求。断请求。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (2)CPU检检测测到到有有中中断断请请求求，如如果果CPU可可以以响响应应中中断断，就就进进行行响响应应中中断断的的准准备备工工作作，也也就就会会进进入入中中断断响响应应周周期。期。CPU可响应中断请求的条件如下：可响应中断请求的条件如下：现行指令周期内无其他主设备的总线请求。现行指令周期内无其他主设备的总线请求。中中断断源源的的中中断断请请求求没没有有被被屏屏蔽蔽(即即被被禁禁止止)或或者者中中断源为非屏蔽中断断源为非屏蔽中断(不可禁止的中断请求不可禁止的中断请求)。在在80 x86系系统统中中，对对于于外外部部可可屏屏蔽蔽中中断断，要要求求中中断允许标志断允许标志IF1(即允许中断即允许中断)。如如果果CPU可可响响应应中中断断源源提提出出的的中中断断请请求求，且且中中断断请请求求不不是是外外部部可可屏屏蔽蔽中中断断，而而是是其其他他类类型型的的中中断断，则则直直接执行接执行(3)。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 对对于于外外部部可可屏屏蔽蔽中中断断，CPU在在当当前前指指令令执执行行结结束束时时，就进入中断响应周期，并自动执行如下操作。就进入中断响应周期，并自动执行如下操作。发发出出一一个个中中断断应应答答信信号号()，表表明明CPU已已经经允许了该中断请求，并准备进行进一步的处理。允许了该中断请求，并准备进行进一步的处理。关关中中断断，在在80 x86系系统统中中使使中中断断允允许许标标志志IF0，以以便便使使中中断断响响应应周周期期中中必必须须进进行行的的一一些些操操作作不不会会受受到到其其它它中中断断源源提提出出的的新新的的中中断断请请求求的的干干扰扰，能能够够正正确确地地转入相应的中断服务程序。转入相应的中断服务程序。把把提提出出中中断断请请求求的的中中断断源源的的中中断断类类型型号号(也也被被称称为为中中断断矢矢量量)送送到到数数据据总总线线，以以便便CPU据据此此能能找找到到中中断断服服务程序的入口地址。务程序的入口地址。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3)保护现场，保护断点。即把当前的机器状态保护现场，保护断点。即把当前的机器状态(也就是响应中断时的标志寄存器的内容也就是响应中断时的标志寄存器的内容)压入堆栈，压入堆栈，实现现场的保护。实现现场的保护。(4)形形成成中中断断服服务务程程序序的的入入口口地地址址。在在80 x86系系统统中中，根根据据中中断断矢矢量量将将中中断断服服务务程程序序入入口口地地址址的的段段地地址址送送入入CS，中中断断服服务务程程序序入入口口地地址址的的偏偏移移量量送送入入IP后后，就就转转入中断服务程序并开始执行。入中断服务程序并开始执行。(5)在中断服务程序中，在中断服务程序中，CPU执行中断源所要求的执行中断源所要求的具体的输入具体的输入/输出或控制操作。输出或控制操作。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (6)执执行行完完中中断断服服务务程程序序中中的的中中断断处处理理工工作作后后，如如果果在在中中断断服服务务程程序序中中还还未未曾曾执执行行过过开开中中断断指指令令，在在中中断断返返回回前前必必须须开开中中断断，以以便便使使其其它它中中断断源源可可以以提提出出中中断申请。断申请。(7)中断返回。中断服务程序的最后一条指令是中断返回。中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令中断返回指令IRET，当中断处理结束时，当中断处理结束时，CPU执行这执行这条中断返回指令，条中断返回指令，CPU自动将保护在堆栈中的标志寄自动将保护在堆栈中的标志寄存器的内容和断点地址弹回到相应的寄存器中，也就存器的内容和断点地址弹回到相应的寄存器中，也就是所谓的恢复现场，恢复断点。是所谓的恢复现场，恢复断点。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2中断接口电路中断接口电路 中断输入方式的接口电路如图中断输入方式的接口电路如图1-10所示，该电路所示，该电路的工作过程如下：的工作过程如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-10 中断输入接口电路中断输入接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (1)当输入设备准备好输入数据，输入设备就发出当输入设备准备好输入数据，输入设备就发出STB选通信号。选通信号。(2)如果中断允许触发器为如果中断允许触发器为0，则禁止该中断请求；，则禁止该中断请求；如果中断允许触发器为如果中断允许触发器为1，则处于中断允许状态。，则处于中断允许状态。(3)CPU收到来自收到来自INTR线上的中断请求，如果允许线上的中断请求，如果允许响应中断，就发出中断响应信号，响应中断，就发出中断响应信号，表示表示CPU可可以处理该输入设备的中断请求，并暂停原来执行的程以处理该输入设备的中断请求，并暂停原来执行的程序。序。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (4)信信号号使使与与输输入入设设备备相相对对应应的的中中断断矢矢量量送送往往数数据据总总线线，CPU根根据据该该中中断断矢矢量量可可以以找找到到中中断断服服务务程程序序的的入入口口地地址址，从从而而转转入入中中断断服服务务程程序序，执执行行输输入入设设备所要求的输入操作。备所要求的输入操作。(5)在中断服务程序中，在中断服务程序中，CPU执行从输入设备输入执行从输入设备输入数据的操作。数据的操作。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 采用中断传送方式进行数据传送，只有当外设处采用中断传送方式进行数据传送，只有当外设处于就绪状态时才向于就绪状态时才向CPU请求输入或输出服务，不需要请求输入或输出服务，不需要CPU花费大量时间去主动查询外设的工作状态，减少花费大量时间去主动查询外设的工作状态，减少了大量的了大量的CPU等待时间。等待时间。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.4 DMA传送方式传送方式 采用中断传送方式进行数据传送，每次进行数据采用中断传送方式进行数据传送，每次进行数据传送时传送时CPU都要执行一些与数据传送没有直接关系的都要执行一些与数据传送没有直接关系的附加操作指令。在低速外设或数据传送量不大的情况附加操作指令。在低速外设或数据传送量不大的情况下，这些附加的操作指令对数据传送效率的影响不太下，这些附加的操作指令对数据传送效率的影响不太明显。明显。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 DMA传传送送方方式式与与无无条条件件传传送送方方式式、查查询询传传送送方方式式、中中断断传传送送方方式式都都不不相相同同，它它不不是是在在CPU的的控控制制之之下下与与外外设设进进行行数数据据传传送送的的，而而是是在在专专用用的的接接口口电电路路DMA控控制制器器的的控控制制之之下下直直接接进进行行外外设设与与存存储储器器之之间间的的高速数据传送的。高速数据传送的。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 DMA进进行行数数据据传传送送时时不不需需要要CPU干干预预，从从而而节节省省了了中中断断传传送送方方式式中中保保护护现现场场，保保护护断断点点，恢恢复复现现场场，恢恢复断点的时间。复断点的时间。DMA控制器必须具备以下功能：控制器必须具备以下功能：(1)能能向向CPU发发出出要要求求掌掌握握总总线线控控制制权权的的DMA请请求求信号信号HRQ(Hold Request)。(2)当当收收到到CPU发发出出的的允允许许出出让让总总线线的的应应答答信信号号HLDA(Hold Acknowledge)后后能能接接管管总总线线控控制制权权，进进入入DMA方式。方式。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3)能能发发出出地地址址信信息息对对存存储储器器寻寻址址，并并能能修修改改地地址址指针。指针。(4)能发出读能发出读/写控制等信号。写控制等信号。(5)能能设设定定DMA传传送送的的数数据据字字节节个个数数，并并能能判判断断DMA传送是否结束。传送是否结束。(6)能能发发出出DMA结结束束信信号号，释释放放总总线线控控制制权权，让让CPU收回总线控制权。收回总线控制权。DMA控控制制器器掌掌握握总总线线控控制制权权后后的的工工作作过过程程如如图图1-11所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-11 DMA控制器的工作流程控制器的工作流程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.3 无条件传送接口实验无条件传送接口实验 1.实验目的实验目的 (1)理解无条件传送方式。理解无条件传送方式。(2)掌掌握握无无条条件件传传送送简简单单并并行行接接口口的的工工作作原原理理与与使使用方法。用方法。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2.实验内容实验内容 详细的实验环境请参阅附录详细的实验环境请参阅附录A。(1)按按图图1-12简简单单并并行行输输出出接接口口电电路路图图连连接接线线路路，74LS273插入通用插座插入通用插座,74LS32用实验台上的或门。用实验台上的或门。(2)编程从键盘输入一个字符或数字，将其编程从键盘输入一个字符或数字，将其ASCII码通过这个输出接口输出，根据八个发光二极管的发码通过这个输出接口输出，根据八个发光二极管的发光情况验证正确性。光情况验证正确性。(3)按图按图1-13简单并行输入接口电路图连接电路，简单并行输入接口电路图连接电路，74LS244插入通用插座，插入通用插座，74LS32用实验台上的或门。用实验台上的或门。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (4)用用逻逻辑辑电电平平开开关关K7K0预预置置某某个个字字母母的的ASCII码码，编编程程输输入入这这个个ASCII码码，并并将将对对应应字字母母在在屏屏幕幕上上显示出来。显示出来。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-12 简单并行输出接口电路图简单并行输出接口电路图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-13 简单并行输入接口电路图简单并行输入接口电路图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 3编程提示编程提示 (1)上上述述并并行行输输出出接接口口的的地地址址为为2A8H，并并行行输输入入接接口口的的地地址址为为2A0H，通通过过上上述述并并行行接接口口电电路路输输出出数数据据可使用如下三条指令：可使用如下三条指令：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 MOV AL,数据数据 MOV DX,2A8H OUT DX,AL 从键盘输入数据可使用从键盘输入数据可使用1号号DOS系统功能调用。系统功能调用。通过上述并行接口输入数据可使用如下两条指令：通过上述并行接口输入数据可使用如下两条指令：MOV DX,2A0HIN AL,DX第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (2)参参考考流流程程图图，用用8D触触发发器器输输出出的的参参考考流流程程如如图图1-14所示。用所示。用8缓冲器输入的参考流程如图缓冲器输入的参考流程如图1-15所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-14 并行输出流程图并行输出流程图 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 图图1-15 并行输入流程图并行输入流程图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 习习 题题 1 1.1 在在计计算算机机系系统统中中何何时时需需要要使使用用接接口口电电路路，接接口口电路应具备哪些功能？电路应具备哪些功能？1.2 简简述述接接口口电电路路的的基基本本结结构构。CPU与与接接口口电电路路交交换换的的信信息息有有哪哪几几种种，接接口口电电路路与与外外设设交交换换的的信信息息有有哪哪几种？几种？1.3 I/O端口有几种编址方式，各有什么优缺点？端口有几种编址方式，各有什么优缺点？第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.4 CPU与与外外设设之之间间有有几几种种数数据据传传送送方方式式？计计算算机机与与外外设设之之间间有有几几种种数数据据传传送送方方式式，各各有有什什么么优优缺缺点点？在在实实际际应应用用中中应应如如何何对对这这几几种种数数据据传传送送方方式式进进行行选选择择？1.5 在在一一个个计计算算机机系系统统中中，如如果果 CPU采采用用 MOV指指令令读读入入I/O端端口口的的数数据据，说说明明该该系系统统采采用用的的是是哪哪种种I/O端口编址方式。端口编址方式。1.6 中中断断传传送送方方式式与与查查询询传传送送方方式式相相比比，为为什什么么中中断传送方式能提高断传送方式能提高CPU的利用率？的利用率？1.7 在在DMA传传送送方方式式中中进进行行数数据据传传送送时时，数数据据的的传传送是不是由送是不是由CPU执行输入执行输入/输出指令来实现的？输出指令来实现的？第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.8 设输入设备的状态端口地址为设输入设备的状态端口地址为IN_SLOT，状状态端口的态端口的D0位为位为1，表示输入设备准备好。数据端口的，表示输入设备准备好。数据端口的地址为地址为DATA_SLOT，采用查询传送方式从该设备输采用查询传送方式从该设备输入入1个字节的数据并存入个字节的数据并存入DATA_SAVE内存单元，请编内存单元，请编写程序。写程序。1.9 设设输输出出设设备备的的状状态态端端口口地地址址为为OUT_STATUS，状状态态端端口口的的D1位位为为1，表表示示输输出出设设备备“忙忙”。数数据据端端口口的的地地址址为为DATA_OUT，以以查查询询传传送送方方式式向向该该外外设设输输出出内存单元内存单元DATA_OUT中中1个字节的数据，请编写程序。个字节的数据，请编写程序。