微型计算机接口技术及应用(第三版)刘乐善--重要知识点

1 为什么要设置接口 设置接口的目的有两条 为什么要设置接口 设置接口的目的有两条 通过接口实现设备与总线的连接 连接 起来以后 CPU 通过接口对设备进行访问 即操作或控制设备 2 接口分为两类 设备接口和总线桥接口分为两类 设备接口和总线桥 设备接口 设备接口 是指 I O 设备与本地总线 如 ISA 总线 之间的连接电路并进行信息 包括数据 地址及状态 交换的中转站 总线桥 总线桥 是实现微 处理器总线与 PCI 总线 以及 PCI 总线与本地总线之间的连接与信息交换 映射 的接口 3 设备接口和总线桥的区别 设备接口和总线桥的区别 首先 总线桥与接口的区别是连接对象不同 接口连接的的 是 I O 设备和本地总线 用户总线 总线桥连接的是本地总线 用户总线 和 PCI 总线 其次 传递信息的方法不同 接口是直接传递信息 接口两端的信息通过硬件传递 是一 种一一对应的固定关系 桥是间接传递信息 桥两端的信息是一种映射的关系 并非通过 硬件一一对应的直接传输 即由软件建立起来的映射规则实现 可动态改变 4 为什么要设置为什么要设置 I O 设备接口设备接口 为什么要在 ISA 总线和 I O 设备之间设置接口电路呢 原因 一 微机的总线与 I O 设备两者的信号线不兼容 在信号线的功能定义 逻辑定义和时序 关系上都不一致 二 CPU 与 I O 设备的工作速度不兼容 CPU 速度高 I O 设备速度低 三 若不通过接口 而由 CPU 直接对 I O 设备的操作实施控制 就会使 CPU 穷于应付与 I O 设备硬件打交道 从而大大降低 CPU 的效率 四 若 I O 设备直接由 CPU 控制 也会 使 I O 设备的硬件结构依赖于 CPU 对 I O 设备本身的发展不利 因此 有必要设置具有 独立功能的接口电路 以便协调 CPU 与 I O 设备两者的工作 提高 CPU 的效率 不有利 于 I O 设备按自身的规律发展 5 I O 设备接口的功能设备接口的功能 1 执行 CPU 命令 2 返回外设状态 3 数据缓冲 4 信号转换 5 设备 选择 6 数据宽度与数据格式转换 6 I O 设备接口与设备接口与 CPU 交换数据的方式交换数据的方式 1 查询方式 2 中断方式 3 直接存储器存取 DMA 方式 7 D A 转换器的接口采用的数据段和交换方式转换器的接口采用的数据段和交换方式是无条件传输 什么叫无条件 什么叫无条件 无需判断某个状态 只需询问是否需要转换 需要转换就转 不需要转换 就不转 8 总线桥的具体任务是 一是负责总线与总线之间的连接与转换 二是完成设备信息的传 递 三是支持即插即用 9 总线的概念 总线的概念 总线 Bus 是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线 它是由 导线组成的传输线束 按照计算机所传输的信息种类 计算机的总线可以划分为数据总线 地址总线和控制总线 分别用来传输数据 数据地址和控制信号 10 为什么要设置总线标准 为什么要设置总线标准 总线标准的设置主要解决不同厂家各类模块化产品的兼容问题 总线标准总线标准 微机系统各组成部件之间 通过总线进行连接和传输信息时 应遵守一些协 议和规范 这些协议和规范称为总线标准 11 总线的性能参数总线的性能参数 总线频率 总线宽度 总线传输率 同步的方式 多路复用 负载功能 信 号线数 总线控制方式 其他性能指标 电源电压等级 能否扩展 64 位宽度 12 总线传输操作过程总线传输操作过程 1 申请与仲裁阶段 2 寻址阶段 3 传输阶段 4 结束阶段 15 I O 的渊源 的渊源 设备选择功能是接口电路应该具备的基本功能之一 因此 作为进行设备 端口选择的 I O 端口地址译码电路是每个接口电路中不可缺少的部分 16 端口 端口 Port 是接口 Interface 电路中能被 CPU 访问的寄存器地址 17 端口分类端口分类 命令 端 口 状态 端 口 数据 端 口 18 独立编址和统一编址各自的优缺点独立编址和统一编址各自的优缺点 统一编址统一编址方式是从存储器空间中划出一部分地址空 间给 I O 设备使用 把 I O 接口中的端口当做存储器单元一样进行访问 优点优点 由于对 I O 设备的访问是使用访问存储器的指令 不设置专门的 I O 指令 故对存储器使用的部分指 令也可用于端口访问 这样就增强了 I O 处理能力 另外 统一编址可给端口带来较大的 寻址空间 对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的 缺点 缺点 端口占用了存储器的地 址空间 是存储器容量减小 另外 指令长度比专门的 I O 指令要长 因而执行时间较长 统一编址方式对 I O 端口寻址必须全地址线译码 增加了地址线 也就增加了地址译码电 路的硬件开销 独立编址独立编址方式是接口中的端口地址单独编址而不和存储空间合在一起 优优 点点 I O 端口不占用存储器空间 使用专门的 I O 指令对端口进行操作 I O 指令端 执行 速度快 对 I O 端口寻址不需要全地址译码 地址线少 也就简化了地址译码电路的硬件 并且 由于 I O 端口访问的专门 I O 指令与存储器访问指令有明显的区别 是程序中 I O 操 作与其他操作的界限清楚 层次分明 程序的可读性强 由于 I O 端口地址和存储器地址 是分开的 故 I O 端口地址和存储器地址可以重叠 而不会互相混淆 缺点 缺点 I O 指令少 PC 微机只使用 IN 和 OUT 指令 对 I O 的处理能力不如统一编制方式 由于单独设置 I O 指令 故需要增加 IOR 和 IOW 的控制信号引脚 这对 CPU 芯片来说应该是一种负担 19 全译码全译码 所有 I O 地址线 A0 A9 全部作为译码电路的输入参加译码 一般在要求产 生单个端口时使用 部分译码部分译码 只有高位地址线参加译码 产生片选信号 CS 而低位地 址线不参加译码 一般在要求产生多个端口的接口芯片中使用 开关式译码开关式译码 在部分译码 方法的基础上 加上地址开关来改变端口地址 一般在要求 I O 端口地址需要改变时采用 20 内部定时 内部定时 内部定时产生运算器 控制器等 CPU 内部的控制时序 如取指周期 读 写 周期 中断周期等 主要用于 CPU 内部指令执行过程的定时 外部定时外部定时 外部定时是外设 在实现某种功能时所需要的一种时序关系 时序配合 时序配合 当用户在把外设和 CPU 连接组成一 个微机应用系统 且考虑两者的工作时序时 不能脱离计算机内部的定时规定 即应以计 算机的时序关系 即内部定时 为依据 来设计外部定时机构 使其既符合计算机内部定 时的规定 又满足外部设备的工作时序要求 这就是所谓的时序配合 21 定时定时 计数器计数器 82C54A 的应用举例的应用举例 82C54A 用作测量脉冲宽度 82C54A 用作定时 82C54A 用作分频 82C54A 同时用作计数与定时 22 中断中断是指 CPU 在正常运行程序时 由于外部 内部随机事件或由程序预先安排的事件 引起 CPU 暂时中断正在运行的程序 而转到为外部 内部事件或为预先安排的事件服务的 程序中去 服务完毕 再返回去继续执行被暂时中断的程序 中断源中断源 中断的发生事出有 因 引起中断的事件就是中断源 中断处理程序 或者说中断服务程序 中断处理程序 或者说中断服务程序 CPU 在在处理中 断事件时针对不同中断源的要求给以不同的解决方案的程序 中断分类中断分类 硬中断 外部中 断 软中断 内部中断 硬中断包括可屏蔽中断 INTR 和不可屏蔽中断 NMI 软中断包 括 DOS 中断功能和 BIOS 中断功能 软中断有软中断有 DOS 中断和中断和 BIOS 中断 作用有什么不一中断 作用有什么不一 样样 DOS 中断功能的作用是对设备 文件 目录及内存的管理功能 涉及各个方面 可供 系统软件和应用程序调用 BIOS 中断功能的作用是直接对系统中 I O 设备进行设备级控制 可供上层软件和应用程序调用 中断号中断号是系统分配给每个中断源的代号 以便识别和处理 中断号的作用 中断号的作用 中断号在中断处理过程中起到很重要的作用 在采用向量中断方式的中断 系统中 CPU 必须通过它才可以找到中断服务程序的入口地址 实现程序的转移 23 中断号的获取 中断号的获取 CPU 对系统中不同类型的中断源 获取它们的中断号的方法是不同的 可屏蔽中断的中断号可屏蔽中断的中断号是在中断响应周期从中断控制器获取的 软中断软中断 INT nH 的中断号的中断号 nH 是由中断指令直接给出的 不可屏蔽中断不可屏蔽中断 NMI 及及 CPU 内部一些特殊中断的中断号内部一些特殊中断的中断号 是由系统预先设置好的 如 NMI 的中断号为 02H 非法除数的中断号为 0H 等等 24 中断向量中断向量 IV Interrupt Vector 就是指中断服务程序的这 4 个字节的入口地址 25 可屏蔽中断的处理过程可屏蔽中断的处理过程 1 中断申请与响应握手 2 标志位的处理与断点保存 3 向中断服 务程序转移并执行中断服务程序 4 返回断点 26 82C59A 对中断管理的作用对中断管理的作用 1 接收和扩充 I O 设备的中断请求 2 进行中断优先级排队 3 向 CPU 提供中断号 4 进行中断申请的开放与屏蔽 5 执行中断结束命令 27 中断向量修改的步骤 中断向量修改的步骤 1 调用 35H 号功能 从向量表中读取某一中断号的原中断向量 并保存在字变量中 2 调用 25H 号功能 将新中断向量写入中断向量表中原中断向量的位 置 取代原中断向量 3 新中断服务程序完毕后 再用 25H 号功能将保存在字变量中的原 中断向量写回去 恢复原中断向量 28 DMA Direct Memory Access 方式 方式是存储器直接存取方式的简称 29 DMA 传输的过程传输的过程 1 申请阶段 2 响应阶段 3 数据传输阶段 4 传输结束阶段 30 DMA 操作类型操作类型 1 数据传输 2 数据校验 3 数据检索 31 DMA 操作方式操作方式 1 单字节方式 2 连续 块字节 方式 3 请求 询问 方式 4 级联方 式 32 DMA 控制器的两种工作状态控制器的两种工作状态 DMA 与一般的外围接口芯片不同与一般的外围接口芯片不同 DMA 控制器是作为系 统的主控者 能够实现两种存储实体之间的直接高速数据传输 包括存储器之间 存储器 与 I O 设备之间的数据传输 因此 它与一般的外围接口芯片不同 具有接管和控制微机 系统总线 包括数据 地址和控制线 的功能 但是 在它取得总线控制权之前 有与其 他 I O 接口芯片一样 接受 CPU 的控制 因此 DMA 控制器在系统中有两种工作状态 主 动态和被动态 处在两种不同的地位 主控器和受控器 33 所谓并行接口 所谓并行接口 是指接口电路与 I O 设备之间采用多根数据线进行数据传输 34 全双工 全双工 全双工是通信双方同时进行发送和接收操作 半双工 半双工 半双工是通信双方分时 进行发送和接收操作 即双方都可发可收 但不能在同一时刻发送和接收 单工 单工 通信双 方只能进行一个方向的传输 不能有双向传输 35 串行通信的基本特点串行通信的基本特点 串行通信与并行通信的比较 有以下几个不同的特点串行通信与并行通信的比较 有以下几个不同的特点 1 串行通信 是在 1 根传输线上 按位传输信息 并且 在一根线上既传输数据 又传输联络控制信号 数据与联络控制信号混在一起 2 为了识别在一根线上串行传输的信息流中 哪一部分是 联络信号 哪一部分是数据信号 以及传送何时开始 要求通信双方约定串行传输的数据 有固定的格式 这个格式有异步数据格式和同步数据格式之分 3 在串行通信中 对信号 的逻辑定义采用负逻辑和高压电平 与 TTL 不兼容 因此 在通信设备与计算机之间需要 进行逻辑关系及逻辑电平的转换 4 串行通信要求双方数据传输的速率必须一致 以免因 速率的差异而丢失数据 故需要进行传输速率的控制 5 串行通信易受干扰 出错难以避 免 故需要进行差错的检测与控制 6 串行通信既可用于近距离 有可以用于远距离 而 后者需要外加 MODEM 36 误码率误码率 是指数据经过传输后发生错误的位数与总传输位数只比 37 检纠错编码方法 具体实现检错编码的方法很多 检纠错编码方法 具体实现检错编码的方法很多 常用的奇偶校验 循环冗余码校验 CRC 海明校验码 交叉奇偶校验等 而在串行通信中应用最多的是奇偶校验和循环冗 余码校验 38 具体的三种错误具体的三种错误 奇偶校验错 溢出错 帧格式错 39 串行通信中的同步问题串行通信中的同步问题 1 字符同步的方案 对双同步通信 BISYNC 接收器通过搜 索 1 2 个特定的同步字符来判断 1 个数据块的开始 对高级数据链路控制同步通信 HDLC 接收器通过搜索特定字符 来判断一个数据块的开始 对起止式异步通信 接收器通过检测起始位来判断一个数据字符的开始 2 位同步方案 接收器通过时钟信号 来接受每一位数据 规定若干个 如 16 个 时钟脉冲就接收一位数据 40 异步通信方式异步通信方式 异步通信是指字符与字符之间的传输是异步的 而字符内部位与位之间 的传输是同步的 同步通信方式同步通信方式 同步通信不仅要求字符内部的位与位之间的传输是同步的 而且要求字符与字符之间的传输也是同步的 41 调制解调器的作用调制解调器的作用 调制解调器是将调制器和解调器合在一起的一种装置 它具有既能 把数字信号转换为模拟信号 送到通信线路上去 又能把从通信线路上收到的模拟信号转 换成数字信号的功能 42 波特率波特率是每秒传输串行数据的位数 43 RS 485 标准引入了一些新概念和新定义标准引入了一些新概念和新定义 1 采用双线平衡方式传输 2 采用电位差值定 义信号逻辑 3 允许多点对多点通信 4 采用 4 芯水晶头连接器 44 在异步方式下 8251A 的初始化内容包括的初始化内容包括 先写内部复位命令 再写方式命令 最后写 命令几部分 为了提高可靠性 往往还在写内部复位命令之前 向命令口写一长串 0 作 为空操作 45 A D 转换器 简称转换器 简称 ADC 的功能 的功能是把模拟量变换成数字量 46 分辨率分辨率是指 ADC 能够把模拟量转换成二进制数的位数 47 转换时间转换时间是指从输入启动转换信号开始到转换结束 得到稳定的数字量输出为止所需的 时间 一般为 ms 级和 us 级 48 A D 转换器的外部特性转换