微机原理和接口课件 第一章概述

1、计算机接口技术,讲授者：黄应红,本章内容提要: 什么叫接口技术? 接口具有哪些功能? 接口的组成 接口电路的结构形式 接口与CPU如何交换数据? 分析与设计接口电路的基本方法 接口技术的发展趋势,第一章 概 述,1.1 微机接口技术,一、接口（Interface）,外部世界: 除CPU本身以外的所有设备或电路，包括存储器、I/O设备、控制设备、测量设备、通讯设备、多媒体设备等。,微机接口是微处理器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。,举例:,二、什么叫接口技术？,接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“

2、外部世界”之间高效可靠的信息交换的一门技术。 涉及课程：微机原理、汇编语言程序设计、电子技术、数字逻辑设计等。,一、接口信息 数据信号 如：8位、16位、32位数据； 状态信号 表示外设是否准备好信号。 如：READY、BUSY、ACK 控制信号 表示启动、停止外设之类的信号。,1.2 接口功能,二、接口的功能,执行CPU命令的功能 返回外设状态的功能 数据缓冲功能 设备选择功能 信号转换功能 数据宽度与数据格式转换的功能,1.3 接口的组成,基本逻辑电路 端口地址译码电路 供选电路,一、硬件电路支撑作用,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。

3、,二、软件编程驱动控制,一个完整的接口程序通常包括如下一些程序段：,1.4 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,接口电路的结构形式一般有以下几种：,1.5 数据传送方式,查询方式 中断方式 DMA方式,在微机中，CPU与接口之间传送数据一般有三种方式：,先查询外设的状态信息是否准备好； 未准备好,继续查询； 准备好, 传送数据; 无条件传送方式可看作查询方式的一种特例。,一、查询方式,优点：不需要额外的硬件电路，易于实现。 缺点：CPU的工作效率很低。 适用于：CPU不太忙且传送速度不高的场合。,二、中断方式,由外设向CPU发出中断请求； CPU暂停原程序的执

4、行，转入中断服务； 完成后返回原程序继续执行。,优点：CPU与外设可并行工作， 提高CPU的利用率。 缺点：需设置中断控制器， 增加了硬件开销。 适用于：实时控制和紧急事件的处理。,三、DMA方式,数据的传送不经过CPU，由DMA控制器来实现内存和外设，或外设和外设之间的直接快速传送。 在DMA传送期间，DMA控制器接管了总线控制权，而CPU处于等待状态；DMA传送完成后，CPU恢复对总线的控制权，进入工作状态。,优点：简化了CPU对输入/输出的控制，传送速率很高。 缺点：需要设置DMA控制器，硬件开销大。 适用于：高速大批量数据传送。,1.6 分析与设计接口电路的基本方法,一、两侧分析法 二

5、、软硬结合法,1.7 接口技术的发展趋势,解决微机系统输入/输出瓶颈问题的新型外设、先进的总线技术及接口标准及芯片组，成为一种发展方向。,1.8 总线概述,一、总线结构 计算机系统的结构有以处理器为中心面向总线的结构。总线结构是将需要交换信息的模块通过总线建立点到点的连接。 总线就是计算机之间、模块与模块之间传递信息的一束束信号线的集合，为各部件间提供标准信息。,面向总线的结构有如下优点： 优点: 便于采用模块结构设计; 标准总线可得到多个厂商的广泛支持; 模块结构便于扩充和升级; 便于故障诊断和维修; 降低了成本,二、为什么要采用总线技术?,三、 总线的分类,按总线的功能划分为: 1.地址总

6、线 2.数据总线 3. 控制总线 按总线的层次结构可划分为: 1. CPU总线 2. 存贮总线 3. 系统总线 4. 外部总线 说明: 1. 系统总线是用来与扩充插槽上的各扩充板卡相连接的总线,也称I/O通道总线; 2. 系统总线必须有统一准,以便按照这些标准设计各类板卡.,四、总线的数据传输,总线完成一次数据的传输时间称为一个总线周期，一个总线周期可分为四个阶段： 申请分配阶段 寻址阶段 传输阶段 结束阶段,五、总线传输出方式,同步传输、异步式传输、半同步式传输和分离式传输。 1、同步式传输 特点： 传输周期是固定的，在传输周期内严格地按规定的时间发出信号和进行相应的动作。 如：在微机中CP

7、U与存储器之间的数据传输就是典型的同步式传输。,8088/386 CPU存储器读写时序,2、异步式传输 为了实现不同速度的模块和设备的连接，主模块和属模块之间需要增加请求（RQ)和应答（ACK）两状态线来进行连接的沟通。异步传输方式其实质上就是查询传输方式。 3、半同步式传输 是同步传输和异步传输的折中方式，其特点是：地址、命令和数据的发出时间都严格按照系统时钟脉冲前沿时刻，接收判断采用系统时钟脉冲的后沿来识别。,六、ISA总线（ Industry Standard Architecture）,1、问题的提问： 最早的PC总线是IBM公司于1981年推出的基于8位机PC/XT的总线，称为PC总

8、线。 1984年IBM推出了16位PC机PC/AT，其总线称为AT总线。然而，IBM从未公布过他们的AT总线规格。 由Intel公司IEEE和EISA集团联合开发了与IBM/AT原装机总线意义接近的ISA总线，即8/16位的“工业标准结构”总线。,2、主要性能指标,（1）I/O地址空间0100H03FFH （2）24位地址线可直接寻址的内存空间为16MB （3）8/16位数据线 （4）引脚数：62+36=98线 （5）最大任意16位（bit） （6）最高时钟频率8MHz （7）最大传输率16MB/s （8）中断功能 （9）DMA通道功能 （10）开放式总线结构，允许多个CPU共享系统资源。,3

9、、ISA总线结构,4、ISA扩展I/O插槽,8位ISA扩展I/O插槽由62个引脚组成，用于8位的插卡。 8/16位ISA扩展槽 8位62线插槽 附加高8位36线插槽 .ISA总线扩展槽引脚及定义,七、EISA总线,1.EISA产生的背景 ISA总线对286以下的PC机是方便的，但对于386DX以上的提及具有32位地址线和数据宽度的PC机来说，不能满足要求。影响了32位微处理器的发挥。 IBM推出了32位，采用MCA微通道总线技术，但由于IBM对MCA技术采用了严格的许可证制度，使得其他厂商不能采用。同时，MCA与PC/AT总线也不兼容，所以除了在PS/2计算机中采用，任其之兼容机中没有得到一定

10、推广。因此，MCA技术是失败的。,3、为了与MCA总线技术抗衡，Compaq、HP、AST、Epson、NEC等9家公司联合起来在ISA的基础上于1988年推出了32位PC机扩展工业标准结构（Extended Industry Standard Architecture ）即EISA总线。 总结： EISA在结构上与ISA有良好的兼容性，保护了 厂商和用户巨大的软硬件投资。 同时又充分发挥和利用32位机的功能。 EISA的推出打破了IBM MAC结构对PC机发展的垄断。,2、EISA主要特点：,结构与ISA卡完全兼容。 开放式结构，与ISA卡完全兼容。 全兼容ISA总线，（ISA卡可插入EISA槽中） 32位数据线D0-D31 32位地址直接寻址范围为4GB. 最大时钟频率8.3MHz 最大传输率33MHz,2、PCI总线结构连接方式,结构 1、 PCI总线是一种PCI是一种先进的局部总线，已成为局部总线新标准。不依附于某个具体处理器的局部总线。 2、从结构上，PCI是在CPU与原来的系统之间插入的一级总线，并由桥接电路实现管理，协调数据传送。 3