计算机接口的基本概念

1、第一章 绪论（1）什么是接口： 接口就是连接 CPU 与外设之间的部件，它完成 CPU 与外设之间的信息传送。还包括辅助 CPU 工作的外围电路。 （课本上的定义）：微机接口就是微处理器 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 （2）为什么使用接口？ a. 外设品种繁多；b. 工作速度快、慢不一；c. 信号类型和电平种类不同；d. 信息结构格 式复杂 （3）接口的功能 1）执行 CPU 命令的功能；2）返回外设状态的功能；3）数据缓冲功能；4）信号转换 功能；5）设备选择功能；6）数据宽度与数据格式转换功能 (4) 接口的组成 硬件(予以支撑)+软件(予以驱动)；2）硬件电路 A. 基本逻辑电路；B. 端口地址译码电路； C. 供选电路 3）软件编程：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（LED, LCD） (5 )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 (6)CPU 与接口交换数据的方式 1、查询方式（cpu 不太忙，传送速度不高）2、中断方式（cpu 任务比较忙，适用于实时

2、控 制，紧急事件的管理）3、直接存储器存取方式(DMA)（高速大批量的数据传送）第二章 I/O 端口地址译码技术一、I/O 接口的定义： I/O 接口是一电子电路(以 IC 芯片或接口板形式出现 ),其内有若干专用寄存器和相应的控制 逻辑电路构成.它是 CPU 和 I/O 设备之间交换信息的媒介和桥梁. 二、I/O 接口的功能： 进行端口地址译码设备选择；向 CPU 提供 I/O 设备的状态信息和进行命令译码； 进行定时 和相应时序控制。 ；对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时” 或数据处理速度上的差异；提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。 ；提供有关电 气的适配；还可以中断方式实现 CPU 与外设之间信息的交换 三、I/O 端口的定义： 是 I/O 接口中可通过编程实现寻址并进行读写的寄存器。CPU 与外设之间交换信息具体是 通过 I/O 端口来进行的。 一个外设与 CPU 交换信息往往需要几个端口：数据，控制，状态；四、I/O 端口编址方式： A、统一编址：i/o 端口雨存储器地址单元统一编址，是从存储器空间分出一块空间作为 i/o 端口地址。 统一编址的特点 （

3、1） 主存单元与 I/O 端口一起编址。 （2） 根据地址区分访问是 I/O 端口还是主存。 （3） 系统中可以不设 I/O 指令。统一编址的优缺点 （1）指令兼容性，存储器指令也可用于 I/O 数据。 （2）I/O 接口有较大的编址空间。 （3）I/O 部分的控制逻辑比较简单。 （4）减小存储器的空间，指令长度比专门 IO 指令长。 B、独立 I / O 的编址方式 i/o 端口与存储器地址单元分开独立编址。I/o 地址是系统单独配置的地址空间 1：特点 （1） 主存单元与 I/O 端口分开寻址 （2） 设置 I/O 指令 （3） 指明是访问 I/O 端口，还是主存单元？ 2：优缺点： （1） 独立的控制结构，使其可与存储器分开进行设计。 （2） 单独的 I/O 指令，可与访问存储器的指令区分。 （3） 指令地址较短，所需译码硬件较少。 （4） 指令格式较短，执行时间也短 五、I/O 端口访问 所谓对端口的访问就是 CPU 对端口的读/写。将端口的数据传送存储器 六、I/O 端口地址分配1、 I/O 接口硬件分类：系统板上的 I/O 芯片；I/O 扩展槽上的接口控制卡 2、 I/O

4、端口地址分配范围：PC 微机 I/O 地址线可有 16 根，对应的 I/O 端口编址可达 64k 字节，其端口地址译码是采用部分译码法，即只使用了低 10 位地址线一个 A0A9，故 其 I/0 端口地址范围是 0000H003FFH,总共只有 1024 个端口。 七、I/O 端口地址选用的原则 凡是被系统配置占用了的地址一律不能使用； 未被占用的地址，用户可以使用，但厂家申明保留的地址，不要使用。 用户可使用 300H31FH 地址。 八、I/O 端口地址译码 A、IO 端口地址译码电路的作用：把地址和控制信号进行逻辑组合，从而产生对接口芯片 的选择信号。 B、I/O 地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各有什么用途？如何决定低位地 址线的根数？ 高位地址线与 CPU 的控制信号进行组合，经译码电路产生 I/O 接口芯片的片选信号 CS 。 实现系统中的片间寻址。 低位地址线不参加译码，直接连到 I/O 接口芯片，进行 I/O 接口芯片的片内端口寻址，即 寄存器寻址（IO 端口） 低位地址线的根数决定于接口中寄存器的个数。从系统的角度考虑，低位地址线的根数应 该由系统中含有寄

5、存器数目最多的接口芯片来决定。 九、I/O 端口地址译码电路的两种结构形式： 固定式端口地址译码：固定式端口地址译码电路译出的 i/o 地址不能改变，一旦与其他设 备地址发生冲突，就不能工作。 开关式端口地址译码(可选式)：开关式端口地址译码地址可通过地址开关加以改变，若发 生地址冲突，可通过地址开关更换地址，避免冲突。 十、端口地址的复用：a 输入输出指令法:数据输入 reg/数据输出寄存器 、状态寄存器/控制寄存器；b 特征位法； c 特定顺序法；d 索引法：cmos。数据口，索引口第三章 定时/计时技术 一、定时与计数器的概念 A、定时器：在时钟信号作用下，进行定时的减“1”计数，定时时间到（减“1”计数回零） ， 从输出端输出周期均匀、 频率恒定的脉冲信号。由上述可知，定时器强调的是精确的时间。定时举例：一天 24 小时的计时，称为日时钟。在监测系统中，对被测点的定时取样。 在读键盘时，为去抖，一般延迟一段时间，再读。在微机控制系统中，控制某工序 定时启动。 B、计数器：在时钟信号作用下，进行减“1”计数，计数次数到（减“1”计数回零） ，从输 出端输出一个脉冲信号。计数举例：

6、对零件和产品的计数；对大桥和高速公路上车流 量的统计，等等。 二、微机系统中的定时的分类 微机系统的定时可以分为内部定时和外部定时： 内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系，计算机本身是按照严格的节拍执行 的，内部定时是由 cpu 硬件结构决定的，用户无法更改，并且内部定时的单位很小，为 ns，us；外部定时是外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，外部定时是 由用户根据外设的需要设定的，因此，外部定时是随外部不同而变化的。外部定时的单位 比内部大，一般为 ms，s。 三、时序配合： 用户在考虑外设和 cpu 连接时，不能脱离计算机的定时要求，即应以计算机的时序关系为 依据，来设计外部定时结构，以满足计算机的时序需求，这叫做时序配合。 四、外部定时的两种方法: 1.软件定时 通过软件指令周期方法定时，如执行循环程序,优点：不需要增加硬件，编写相应的延时程 序以备调用。缺点：增加 CPU 负担，通用性差，一般用于短延时. 2 硬件定时（采用可编程通用的定时计数器或单稳延时电路产生定时或延时）. 由于外部定时器是独立于 cpu 工作的，因此，硬件定时不占用 cpu 的时间

7、，定时时间可长 可短，使用灵活。尤其是定时时间固定，不受 cpu 工作频率影响，定时程序具有通用性。 硬件可以分成：a 不可编程硬件定时。采用中小规模 IC 构成不增加 CPU 负担，成本低，定 时值不可改变。b 可编程硬件定时。采用可编程计数器完成，软件可改变计数值。 五、8253 定时器的特点： 1、既可以作定时器用又可以作计数器用，一个器件两种用途。2、片内有 3 个独立的 16 位长度的计数器，最大可计数 65536 个数。3、是减法计数器，只能作减法计数（倒计时） ， 不能做加法计数（正计时） 。4、计数码制有二进制和十进制两种计数方式。5、有六种工作 方式，能适用不同用途的计数或定时需求。6、计数或定时过程不受 cpu 控制，这给用户在 设计微机应用系统外部定时带来很大的好处。 六、8253 初始化编程包含哪两种进程：(1)写工作方式控制字；(2)设置计数初值 七、8253 有哪几种工作方式？区分不同工作方式的特点体现在哪几个方面？为什么 3 方式 最普遍？ 方式 0计数结束时中断，作事件计数器；方式 1可编程单稳态触发器；方式 2周期性 负脉冲输出（分频器、速率发生器）

8、；方式 3方波发生器；方式 4软件触发选通；方式5硬件触发选通。 可以从基本功能、输出波形、启动方式、初值重装和 gate 信号的控制作用几个方面来体现。因为 3 方式输出 1:1 的方波或近似方波，所以其用的普遍。 （附 3 的功能：（1）工作在方 式 3 ，引脚 OUT 输出的不是一个时钟周期的负脉冲，而是占空比为 1：1 或近似 1：1 的 方波；当计数初值为偶数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程 中为低电平。 （2）由于方式 3 输出的波形是方波，并且具有自动重装计数初值的功能， 因此，8253 一旦计数开始，就会在输出端 OUT 输出连续不断的方波。 ） 八、波特率时钟发生器求定时器常数，其中 Tc 为定时器常数。Tc=CLK/（baud*factor） ； factor 是波特率因子，baud 是波特率第五章 中断技术 一、中断的定义：中断：由于某个内部或外部的事件发生，CPU 中断当前正在执行的程序， 而转去执行处理该事件，处理完后，再回到原程序继续执行，这过程称为中断。 二、中断的基本过程： 中断请求 中断响应 中断服务 中断返回 三、中断优先级排

9、队：中断优先权排队 ：当有多个中断源同时请求时，CPU 就要识别出是 哪些中断源有中断请求，辨别和比较它们的优先权，先响应优先权级别最高的中断申请。 这种把多个中断源按轻重缓急的优先处理权按由高到低的顺序排列，称之为中断优先权排 队。 什么是中断优先级？为什么要进行优先级排队？微机中优先级排队的顺序是怎么样？ 中断优先级是根据任务轻重的缓急，给每一个中断源指定的一个优先级别，任务紧急的中 断分配高优先级，任务可以暂缓的分配低优先级。安排中断优先级的目的是当有多个中断 中断源同时申请中断时，cpu 就按中断优先级别的高低排队顺序来依次响应和处理中断问 题，以便系统那些需要实时处理的任务得到及时的处理。 有高到底的排队顺序：内部中断和异常-软终端-外部不可屏蔽中断-外部可屏蔽中断 四、中断嵌套：若 CPU 正在处理某一中断过程时，出现了级别更高的中断请求，CPU 应能停止执行级别 低的中断服务程序而去处理级别更高的中断，等高级别中断处理完，再处理未处理完的低 级中断，它处理完，再回到主程序。这种方式称为多重中断或中断嵌套。 五、找到中断服务程序的两种方法：1、程序查询中断 2、向量中断 六、中断向量和中断向量表： 中断向量就是中断服务程序的入口地址。包括服务程序的段基址 CS（两个字节）和服务程 序的偏移地址 ip（3 字节） 。而中断向量表：把系统中所有的中断向量集中起来，按中断类 型号从小到大的顺序放到存储器的某一个区域内。这个存放中断矢量的存储区为中断向量 表 中断向量的装入： 分系统装入和用户装入两种情况：系统设置的中断服务程序，其中断向量由系统复制装入。 其中 bios 提供的服务程序，其中断向量是系统加电后由 bios 负责装入；由 dos 提供的服务 程序，其中断向量在启动 dos 时由 dos 负责装入。 用户开发的中断系统，在编写中断服务程序时，其中断向量由用户负责人装入，其方法可 以采用 mov 指令直接对中断向量表中填写中断向量。用户直接装入中断向量的做法只在单板微机中使用，而 pc 机不采用。 七、中断类型号及其作用： 中断号（中断类型号）是分配给每个中断系统中每个中断源的代号。中断号的作用：其一、 cpu 需要通过中断

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