计算机接口的基本概念

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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

2、. 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

3、.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/

4、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（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10指令长。B、独立I / 0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/0 端口分开寻址( 2) 设置 I/0 指令( 3) 指明是访问

5、 I/0 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/0 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/0 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/0 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AA9,故其I/O 端口地址范围是0

6、000H003FFH，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

7、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：emos。数据口

8、，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，进行减电计数，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：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

9、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epu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epu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

10、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 epu 工作的，因此，硬件定时不占用 epu 的时间，定时时间可长可 短，使用灵活。尤其是定时时间固定，不受epu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

11、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epu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

12、性负 脉冲输出（分频器、速率发生器）；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

13、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：中断请求一中断响应一中断服务一中断返回三、中断优先级排队：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

14、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

15、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需要通过中断号形成一个地址指针，才能在中断向量中找到中断服务程序的入口地址， 以便实现程序的转移。其二、应用程序进行初