接口及通信概述

1、计算机接口与通信接口与通信概述1.1计算机的接口1.2接口传送的信息及其传送方式1.3计算机的硬件接口1.4计算机的输入输出接口寻址1.5计算机的软件接口1.6网络接口1.7计算机通信1.8计算机总线计算机接口与通信计算机的接口从物理的角度看，接口是一种部件。 从逻辑的角度看，接口是一种满足信息传输,实现信息交换的通道。接口部件使计算机和外部设备连接起来，以实现相互间高效、可靠的信息交换。 接口部件本身提供的是信息交换的环境和条件。I/O接口指主机和外设的交接部分，位于系统总线和外设之间。 接口接口外设外设系统总线系统总线计算机接口与通信接口基本作用1、向外部设备发送工作命令；2、向外部设备发

2、送数据；3、获取外部设备送来的数据；4、接收外部设备送来的请求；5、检测外部设备的状态信息；计算机接口与通信接口应具有的功能1、信号转换功能、信号转换功能2、提供信号转换的应答信号、提供信号转换的应答信号3、外部设备选择功能、外部设备选择功能4、数据缓冲功能、数据缓冲功能5、中断请求功能、中断请求功能6、可编程功能、可编程功能计算机接口与通信数据缓冲功能数据缓冲功能接口电路中一般都设置有数据寄存器或锁存器数据口，以解决高速的主机与低速的外设之间的速度匹配问题，避免因主机与外设的速度不匹配而丢失数据。在微机系统的数据总线上，连接着许多能够向CPU发送数据的设备，如内存储器、外设的数据输入端口等。

3、为了不使系统数据总线的信号传输发生“信息冲突”，要求所有的这些连接到系统数据总线的设备具有三态输出的功能。也就是说，在CPU选中该设备时，它能向系统数据总线发送数据信号，而在其它时刻，它的输出端必须呈高阻状态。为此，所有接口的输入端口必须通过三态缓冲器与系统数据总线相连。计算机接口与通信接口传送的信息及其传送方式1.2.1接口传送的信息1、控制信息2、状态信息3、数据信息CBABDBCPU数据端口状态端口I/O设备译码控制端口图1 I/O接口的基本结构I/O接口计算机接口与通信接口传送的信息（1）控制信息 一般是指计算机向外部设备发出的控制命令。CPU通过发送控制信息控制外设的工作。（2）状态

4、信息 反映了当前外设的工作状态，它是由外设通过接口送入CPU的。计算机和外部设备进行信息交换，必须相互之间进行状态交换。（3）数据信息 是CPU和I/O设备交换的基本信息，通常为8位或16位。数据的类型一般有三种，即数字量数据、模拟量数据、开关量数据。计算机接口与通信接口传送的信息数字量数据用于表示计算机中一般传送的信息；模拟量数据一般是和外部设备的物理量对应的；开关量数据用于表示外部设备的开、停状态。计算机与外部设备之间进行数据信息的传送一般有并行传送、串行传送、并串行传送等。在串行传送中还有异步传送、同步传送两种方式。控制信息、状态信息以及数据信息在接口电路中分别控制信息、状态信息以及数据

5、信息在接口电路中分别采用不同的端口进行传送。在图中，数据信息包括采用不同的端口进行传送。在图中，数据信息包括一般数据及地址信息，其中数据信息是双向的，地一般数据及地址信息，其中数据信息是双向的，地址信息由址信息由CPU向外部设备单向传送。状态信息由外向外部设备单向传送。状态信息由外部设备向部设备向CPU单向传送；控制信息由单向传送；控制信息由CPU向外部设向外部设备单向传送。备单向传送。计算机接口与通信信息的传送方式信息的传送方式计算机CPU和外部设备之间的信息传送方式是由程序控制的。这些传送方式有：无条件传送、查询传送、中断传送、DMA传送等4种方式。在实际中采用何种方式由外部设备的结构、工

6、作速度、工作性质以及功能决定。计算机接口与通信无条件传送在进行输入时，在进行输入时，CPU发出发出RD信号，信号，I/O信号以及地址信号。地信号以及地址信号。地址信号用于选择对应的外部设备，址信号用于选择对应的外部设备，I/O信号用于指明地址信信号用于指明地址信号是属于外部设备的而不是存储器的，号是属于外部设备的而不是存储器的，RD信号用于控制缓信号用于控制缓冲器由外部设备向冲器由外部设备向CPU传送数据。在进行输出时，地址信传送数据。在进行输出时，地址信号以及号以及I/O信号的作用和输入时相同，只是信号的作用和输入时相同，只是WR信号用于控制信号用于控制锁存器接收来自锁存器接收来自CPU的数

7、据，并把其锁存后传送给外部设的数据，并把其锁存后传送给外部设备。备。缓冲器缓冲器/ /锁存器锁存器外外部部设设备备CPUCPU数据总线数据总线译码器译码器地址地址与与门门I I/ /O OI I/ /O ORDRD/ /WRWR图图3 3无条件传送方式无条件传送方式计算机接口与通信有条件传送方式有条件传送方式在数据输入时，计算机的在数据输入时，计算机的CPU要查询外部设备的数据就绪信号要查询外部设备的数据就绪信号EOT。若这。若这个数据信号出现，则说明上次数据已经传送完毕并已把本次传送数据准个数据信号出现，则说明上次数据已经传送完毕并已把本次传送数据准备好，这时备好，这时CPU可发送可发送I/

8、O信号、地址信号和信号、地址信号和RD信号，从而对外部设备信号，从而对外部设备的就绪数据进行读入。的就绪数据进行读入。缓冲器外部设备CPU数据总线译码器地址与门I/O图4有条件传送方式的输入控制RDCE数据就绪信号EOT计算机接口与通信在数据输出时，计算机首先要查询外部设备是否处于可以接收数据状态，在数据输出时，计算机首先要查询外部设备是否处于可以接收数据状态，这时计算机这时计算机CPU要对外部设备的数据接收结束信号要对外部设备的数据接收结束信号EOR进行判别。若进行判别。若EOR信号为真，则外部设备已把锁存器原有的数据接收完毕，可以接收信号为真，则外部设备已把锁存器原有的数据接收完毕，可以接

9、收新的数据，故新的数据，故CPU可发送可发送I/O信号、地址信号和信号、地址信号和WR信号，把新的输出数信号，把新的输出数据送入到锁存器；若外部设备没有发送据送入到锁存器；若外部设备没有发送EOR信号，则说明锁存器中原有信号，则说明锁存器中原有的数据尚未被外部设备接收，故的数据尚未被外部设备接收，故CPU不能把数据送往外部设备。不能把数据送往外部设备。锁锁存存器器外外部部设设备备CPUCPU数据总线数据总线译码器译码器地址地址与与门门I/OI/O图5有条件传送方式的输出控制WRWRCECE数据接收结束信号数据接收结束信号EOREOR计算机接口与通信有条件传送的优点能较好地协调外设与CPU之间的

10、定时关系；缺点是：CPU需要不断查询标志位的状态，这将占用CPU较多的时间，尤其是与中速或慢速的外部设备交换信息时，CPU真正花费在传送数据上的时间极少，绝大部分时间都消耗在查询上。为克服这一缺点，可以采用中断控制方式。计算机接口与通信中断传送方式实现方法：实现方法：1、当外设准备好，向、当外设准备好，向CPU发中断请求；发中断请求；2、CPU在满足中断响应的条件下，发出中断响应信在满足中断响应的条件下，发出中断响应信号；号；3、CPU暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，完成与外设的数据传送；完成与外设的数据传送；4、CPU从中断程序返回，继续执行被中断

11、的程序。从中断程序返回，继续执行被中断的程序。计算机接口与通信中断传送方式的特点中断传送方式的特点1、CPU和外设大部分时间处于并行工作状态；和外设大部分时间处于并行工作状态；2、中断传送方式提高了、中断传送方式提高了CPU的效率；的效率；3、不适合大量高速、频繁的数据交换、不适合大量高速、频繁的数据交换中断传送是一种效率更高的程序传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的中断服务程序是预先设计好的进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向中断请求是外设随机向CPU提出的提出的CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最

12、后一个时钟周期采样中断请求输入引脚。最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚。计算机接口与通信DMA传送方式传送方式DMA方式是计算机的存储器直接和外部设备进行数据交换，而不需要通过CPU进行的数据传送方式。它是一种由硬件代替软件的方法，因而提高了数据传送的速度，缩短了数据传送的响应时间。此时控制数据传送不需要CPU介入，即不利用CPU内部寄存器。DMA传送方式的特点：1、外设和内存之间直接进行数据传送，不通过CPU传输效率高；2、电路结构复杂，硬件开销大；计算机接口与通信DMA传送方式传送方式DMA传送方式时，CPU处于等待状态，并释放控制总线、数据总线和地址总线，把这3种总线交由DAM控制器使

13、用，DMA控制器直接把存储器和外部设备通过3种总线连接起来，在DMA控制器的控制之下，计算机存储器中有关地址中的数据和外部设备对应地址中的数据相交换。计算机接口与通信DMA的工作过程 (1) 当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出DMA传送请求信号(DRQ)。 (2) DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD，申请占用总线。(3) CPU在完成当前总线周期后会立即对HOLD信号进行响应。响应包括两个方面，一是CPU将数据总线、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，由此放弃对总线的控制权。另一方面，CPU向DMA控制器发出“总线响应”信号(HLDA)。

14、(4) DMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK。计算机接口与通信(5) DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送。 (6) DMA控制器自动修改地址和字节计数器，并据此判断是否需要重复传送操作。规定的数据传送完后，DMA控制器就撤消发往CPU的HOLD信号。CPU检测到HOLD失效后，紧接着撤消HLDA信号，并在下一时钟周期重新开始控制总线时，继续执行原来的程序。计算机接口与通信计算机的硬件接口计算机的硬件接口系统内部部件接口系统内部部件接口芯片芯片串并行数据传送接串并行数据传送接口芯片口芯片外部设备接口

15、芯片外部设备接口芯片8254可编程计可编程计数数/定时器定时器8259A中断控中断控制制8237ADMA控控制制8255A并行并行I/O口口8251同步同步/异异步通讯接口步通讯接口8279键盘、显示键盘、显示器接口器接口ADC0809A/D转转换换DAC0832D/A转转换换8275CRT控制控制82077AA软盘控软盘控制制计算机接口与通信计算机的输入输出接口寻址计算机的输入输出接口寻址输入输出寻址方式输入输出寻址方式1.存储器存储器I/O区寻址区寻址在计算机存储器中专门划出一个存储器区分配给各种在计算机存储器中专门划出一个存储器区分配给各种I/O设备，一个外部设备在储存区占有一个或多个设

16、备，一个外部设备在储存区占有一个或多个存储单元。计算机和外部设备进行信息交换，就相存储单元。计算机和外部设备进行信息交换，就相当于对当于对I/O存储区执行读出或写入。存储区执行读出或写入。外部设备占用了内存的有关存储单元，数据存放的内存容量空间减少了；无法把访问数据存储单元和进行I/O两者并行执行计算机接口与通信I/O端口与内存单元统一编址存储器I/O 端口00000HXXXXXHFFFFFH整个地址空间(XXXXX+1)HI/O端口存储器空间I/O端口空间计算机接口与通信独立端口独立端口I/O寻址寻址指计算机对指计算机对I/O设备进行寻址时和存储器无关。计算设备进行寻址时和存储器无关。计算机

17、有专门的机有专门的I/O指令。在指令中，不同的指令。在指令中，不同的I/O地址分地址分配给不同的外部设备，计算机和外部设备进行信息配给不同的外部设备，计算机和外部设备进行信息交换则只需和不同的交换则只需和不同的I/O地址执行读写即可。地址执行读写即可。采用独立端口采用独立端口I/O指令寻址有利于计算机实现内存数指令寻址有利于计算机实现内存数据访问和据访问和I/O并行操作，提高计算机的使用效率。并行操作，提高计算机的使用效率。计算机接口与通信I/O端口与内存单元独立编址 00000HFFFFFH存储器I/OFFFFH0000H计算机接口与通信输入输出地址译码外部设备必须占用某个特定的I/O地址，

18、计算机系统才能通过该特定的I/O地址和特定的外部设备进行信息交换。由于每个外部设备都占用特定的地址，这就需要对计算机系统给出的I/O地址译码，才能对对应的外部设备进行寻址。常见的译码形式有：固定地址译码、手动设置译码、软件编程译码计算机接口与通信与门（AND Gate）A BY0 00 11 01 10001逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式&ABY计算机接口与通信或门（OR Gate）A BY0 00 11 01 10111 逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式YAB11计算机接口与通信非门（NOT Gate）YA1逻辑符号逻辑符号逻辑表达式逻辑表达式AY0110计算机接口与通信与

19、非门（1）与非运算：逻辑表达式为：ABY A BY0 00 11 01 11110 真值表YAB与非门的逻辑符号L=A+B&计算机接口与通信或非门（2）或非运算：逻辑表达式为：BAYA BY0 00 11 01 11000 真值表YAB或非门的逻辑符号L=A+B1计算机接口与通信常用的常用的74LS74LS系列集成电路的型号及功能系列集成电路的型号及功能型型 号号逻辑功能逻辑功能型型 号号逻辑功能逻辑功能74LS0074LS002 2输入端四与非门输入端四与非门74LS2774LS273 3输入端三或非门输入端三或非门74LS0474LS04六反相器六反相器74LS20 74LS20

20、4 4输入端双与非门输入端双与非门74LS0874LS082 2输入端四与门输入端四与门74LS2174LS214 4输入端双与门输入端双与门74LS1074LS103 3输入端三与非门输入端三与非门74LS3074LS308 8输入端与非门输入端与非门74LS1174LS113 3输入端三与门输入端三与门74LS3274LS322 2输入端四或门输入端四或门计算机接口与通信74系列芯片的管脚编号方法系列芯片的管脚编号方法计算机接口与通信74LS00 、 74LS20 内部电路和管脚排列内部电路和管脚排列1211109814133456712&VCC2D 3C 2B NC2A 2Y 1

21、B1ANC1D 1C 1Y GND(b)74LS20&11109814133456712&VCC4B 4A 4Y 3B 3A 3Y 1B 1A1Y 2B 2A2Y GND(a)74LS0012计算机接口与通信固定地址译码固定地址译码固定地址译码是指外部设备的对应固定地址译码是指外部设备的对应I/O地址为一个固地址为一个固定不变的地址时的译码形式。定不变的地址时的译码形式。在在I/O接口芯片中，没有专门的片选信号，只要根据接口芯片中，没有专门的片选信号，只要根据外部设备的特定地址，产生该外部设备接口芯片的外部设备的特定地址，产生该外部设备接口芯片的片选信号，从而选中其接口芯片，就

22、完成了正确的片选信号，从而选中其接口芯片，就完成了正确的I/O地址译码。地址译码。计算机接口与通信AEN74LS04A10A9A6A7A8A4A5A374LS3074LS13974LS04A1123A1A0S17654Y0Y1Y2Y3异步通信接口COM1 软磁盘接口0011111111101“”表示低电平有效表示低电平有效计算机接口与通信2-4线译码器线译码器 74LS139输入输入控制端控制端输出输出&1Y0Y2Y3YA1A0S A1 A0 1 X X 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 S0

23、Y1Y2Y3Y74LS13974LS139的功能表的功能表“”表示低电平有效表示低电平有效计算机接口与通信手动设置译码手动设置译码AEN74LS04A9A6A7A8A4A5A374LS308251CSJ1122计算机接口与通信+5VA9A8A4 A7A0 A3B0 B3A=B74LS1174LS8574LS85A0 A3B0 B3A=BDIPA0 A3DIP74LS11V Voutout计算机接口与通信集成数字比较器集成数字比较器74LS85集成数字比较器集成数字比较器74LS85是是四位数字比较器，四位数字比较器，其管脚排列图如图其管脚排列图如图所示。所示。12345678161514131

24、21110974LS85GNDVCCA3A BA0A1B3B2A2B1B0A BA BFA BFA BFA B计算机接口与通信 输 入 输 出 A3B3 A2B2 A1B1 A0B0 IAB IAB IAB FAB FAB FAB A3B3 1 0 0 A3B3 0 1 0 A3=B3 A2B2 1 0 0 A3=B3 A2B2 0 1 0 A3=B3 A2B2 A1B1 1 0 0 A3=B3 A2B2 A1B1 0 1 0 A3=B3 A2B2 A1=B1 A0B0 1 0 0A3=B3 A2B2 A1=B1 A0B0 0 1 0A3=B3 A2B2 A1=B1 A0=B0 1 0 0 1

25、 0 0A3=B3 A2B2 A1=B1 A0=B0 0 1 0 0 1 0A3=B3 A2B2 A1=B1 A0=B0 0 0 1 0 0 1 计算机接口与通信软件编程译码软件编程译码软件编程译码采用两类器件，门阵列器件和软件编程译码采用两类器件，门阵列器件和ROM器件。在器件。在ROM中的每一个存中的每一个存储单元中存储一个特定的地址，对其不同存储单元寻址就可以得出不同的地储单元中存储一个特定的地址，对其不同存储单元寻址就可以得出不同的地址，这个地址输出之后，通过译码器译码就可对应于不同的外部设备。址，这个地址输出之后，通过译码器译码就可对应于不同的外部设备。A7A3A4A5A6A7A0A

26、1A2A6A5A4A3A2A1A0Q0Q3Q2Q1ABCy0y4y5y6y7y2y1y374LS3274LS138(4b 256)ROM计算机接口与通信计算机的软接口1.5.1计算机的典型程序1.键盘驱动程序2.显示驱动程序3.打印机驱动程序4.软磁盘驱动程序5.扫描仪驱动程序6.光盘驱动程序计算机接口与通信虚拟设备驱动程序虚拟设备驱动程序简称虚拟设备驱动程序简称VxD；这是把计算机中的各种硬件设备；这是把计算机中的各种硬件设备及其支持软件进行虚拟化，以实现对设备无关的驱动过程。及其支持软件进行虚拟化，以实现对设备无关的驱动过程。虚拟设备驱动程序和一些内核服务程序组成了虚拟机管理器，虚拟设备驱

27、动程序和一些内核服务程序组成了虚拟机管理器，虚拟机管理器是虚拟机管理器是Windows9x操作系统的底层。操作系统的底层。一般情况下，虚拟设备驱动程序在一般情况下，虚拟设备驱动程序在Windows9x启动时装启动时装入，或者动态装入。入，或者动态装入。有些虚拟设备驱动程序则由用户自行开发，以用于特殊的有些虚拟设备驱动程序则由用户自行开发，以用于特殊的硬件或软件，去执行某种专门的功能。硬件或软件，去执行某种专门的功能。Windows操作系统为了方便用户，故而不采用以用户程操作系统为了方便用户，故而不采用以用户程序直接对计算机底层硬件进行控制的办法，而是利用虚拟设序直接对计算机底层硬件进行控制的办

28、法，而是利用虚拟设备驱动程序间接进行控制。这种接口有利于用户开发，因为备驱动程序间接进行控制。这种接口有利于用户开发，因为这样可以不需要对硬件特性作很详细的描述。这样可以不需要对硬件特性作很详细的描述。计算机接口与通信WDM设备驱动程序设备驱动程序Windows驱动程序模块简称驱动程序模块简称WDM(Windows Driver Model),它是一个跨平台的驱动程序模块，在它是一个跨平台的驱动程序模块，在Windows98/Me/2000/XP中都可以运行。中都可以运行。Microsoft公司大公司大力推广这个新型的驱动程序，并且宣布在日后开发的操作系力推广这个新型的驱动程序，并且宣布在日后

29、开发的操作系统中，也会支持统中，也会支持Windows驱动程序模块驱动程序模块WDM。WDM能响应即插即用方式，故而对驱动程序进行分层定能响应即插即用方式，故而对驱动程序进行分层定义。义。WDM基本上包括总线驱动程序基本上包括总线驱动程序BD（Bus Driver),功能功能驱动程序驱动程序FD（Function Driver)和滤波驱动程序和滤波驱动程序FRD（Filter Driver)。在。在WDM中，还定义了两个新的概念以描中，还定义了两个新的概念以描述硬件，一个是功能设备对象述硬件，一个是功能设备对象FDO（Functional Device Object),另一个是物理设备对象另一

30、个是物理设备对象PDO（Physical Device Object).一个真正的硬件设备和一个物理设备对象一个真正的硬件设备和一个物理设备对象PDO，但，但是可以对多个功能设备对象。在驱动程序运行中，真正直接是可以对多个功能设备对象。在驱动程序运行中，真正直接操作的不是硬件而是与之相关的操作的不是硬件而是与之相关的PDO和和FDO。计算机接口与通信网络接口网络接口是计算机和网络之间进行信息交换的接口部网络接口是计算机和网络之间进行信息交换的接口部件，网络接口也称为网卡。网络接口由网络接口控件，网络接口也称为网卡。网络接口由网络接口控制器和相关部件组成，其中网络接口控制器是核心制器和相关部件组

31、成，其中网络接口控制器是核心部件。部件。计算机接口与通信网卡的基本结构收发器接口隔离网络接口芯片网络接口控制器计算机总线网络卡网络电缆电缆图1-22网卡结构框图计算机接口与通信网络接口控制器如下3种不同的类型：（1）基于以太网的网络接口控制器（2）基于令牌总线网的网络接口控制器（3）基于令牌环形网的网络接口控制器计算机接口与通信网络接口控制器内部结构所含的模块和功能如下：（1）接收、串并转换模块（2）发送、并串转换模块（3）CRC校验模块（4）地址识别逻辑（5）FIFO及其控制逻辑（6）协议逻辑阵列计算机接口与通信网络接口控制器的一般性能1、兼容性2.支持多种处理器3.支持多种寻址方式4.支持

32、Loopback5.缓冲管理功能6.独立时钟7.低功耗性能8、单一电源9、系列性计算机接口与通信计算机通信串行通信的基本通信方式1、异步通信指每一个数据的传送是独立的，各数据的传送在时间上相互隔开，并且没有特定的时间联系。异步串行通信为了完整发送一个数据，规定每个数据用相同的帧格式发送，每一帧数据由起始位、数据、奇偶校验位和停止位组成。(1）起始位：用于表示数据传送的开始，起始位是一个逻辑“0”信号。(2）数据：在起始位后，紧接的是数据。数据可以是5、6、7或8位二进制数据。（3）奇偶校验位用于测错，奇偶校验位反映的是数据中“1”信号的奇偶性。 。（4）停止位：奇偶校验位之后，停止位为高，即逻辑“1”，停止位一般为1位或2位。计算机接口与通信同步通信 同步通信：是数据块传送方式，传送的数据是一个接一个同步发送的。同步依靠同步字符完成，同步字符安排在数据块的首部，它用于发送和接收双方在数据块开始传送时进行同步。（1）用同步字符标志数据传送的开始，使发送和接收双方进行同步。（2）数据的每一位所占用的时间都相等，一般由时钟信号衡量。（3）数据之间不能有空隙；当线路空闲或没有数据传送时，发送同步字符。计算机接口与通信无论是同步通信还是异步通信，通信的格式对于发送和接收双方都必须是一致的。在异步通信中，发送和接收双方