接口与总线技术.pptVIP

介绍输入输出I/O端口的编址；数据传送的基本方式（无条件、查询、中断、DMA）；介绍总线的分级结构，总线的仲裁和传输方式；概述微型计算机系统的三代总线标准，重点分析PCI总线；描述显示卡使用的AGP图形接口和系统常用的外部总线、串行的USB总线的电气特性及数据交换格式等。 输入/输出接口电路是微机系统的重要组成部分，微机通过它们与外部设备进行数据交换。各种外部设备通过输入输出接口（Input/Output Interface）与系统连接，并在接口电路的支持下实现数据的传送和操作控制。 常用的外部设备有键盘、鼠标、显示器、打印机、绘图仪、网卡、软硬盘驱动器、数模转换器、模数转换器、扫描仪等，它们通过挂接在总线上的接口电路与微处理器相连。 接口电路以其功能可分为两类：一是微处理器所需的辅助/控制电路，利用这些电路，微处理器可获得时钟信号或接收外部的中断请求等；二是输入/输出接口电路，它们使微处理器可接收外部设备送来的信息或将信息发送给外部设备。 微机系统的输入/输出信息是通过I/O接口电路进行的。I/O接口电路是计算机与外部设备间传送信息的部件，它是把外部设备连接到总线上的一组逻辑电路的总称，从而实现外部设备与CPU之间的信息交换。接口技术专门研究CPU与外部设备间的数据传送方式、接口电路的工作原理和使用方法等。 I/O接口的典型结构 1.数据信息 （1）数字量：数字量是使用二进制形式表示的数据、图形、文字等信息。 （2）模拟量：连续变化的物理量，如温度、压力等。由传感器先将其变为电压或电流信号，通过模/数转换器变成数字量，送入计算机处理。 （3）开关量：用开关量可表示两种状态，如开关的闭与合、电机的转与停、三极管的通与断等，这样的量用一位二进制数表示即可。 2.状态信息 状态信息反映了外部设备当前所处的工作状态，是外部设备发送给CPU的，用来协调CPU和外部设备间的操作。对于输入设备通常用准备好（READY）信号表示输入数据是否准备好；对于输出设备常用忙（BUSY）信号表示输出设备是否处于空闲状态。若有空闲，则可接收CPU送来的信息，否则CPU将等待。 3.控制信息 控制信息是CPU发送给外部设备的，以控制外部设备的工作。如对外部设备的初始化、外部设备的启动和停止等控制信息。 1．对输入/输出数据进行缓冲与暂存 在微机中CPU通过接口与外部设备交换信息。因输入接口连接在数据总线上，所以只有当CPU从该接口输入数据时才允许选通的输入接口将数据送到总线上，由CPU读取，其他时间不得占用总线。因此一般使用三态缓冲器作输入接口，当CPU未选中此接口时三态缓冲器的输出为高阻状态。 输出时CPU通过总线将数据传送到输出接口内的数据寄存器中，再由外部设备读取。在CPU向它写入新的数据前此数据将保持不变。数据寄存器一般有锁存器实现，如74LS273。输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节。 2．实现信号形式和数据类型的转换 计算机直接处理的信号一般是二进制的形式，外部设备不能直接使用；而外部设备所送的信号可能为一定范围的数字量、脉冲量或开关量，不能由计算机直接处理。输入/输出口必须进行信号电平与类型的转换，如信号形式匹配(A/D、D/A)、信息格式(字节流、块、数据包、帧)、电平、功率、码制等需解决的问题，将它们转变成适合对方的形式才可。 3．缓解外部设备与CPU工作速度的差异 I/O接口既向CPU进行联络，又向外部设备进行联络，从而实现了两者的速度匹配。同时可对外部设备进行监测、控制与管理、中断处理、时序匹配(定时关系)、总线隔离(三态门)、提供信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器)、地址译码与设备选择。 4．实现I/O端口的寻址 微机系统中会有许多外部设备，一个外部设备的接口电路中又可能占用多个I/O端口（PORT），每个端口用来保存和交换不同的信息。每个端口必须有各自的端口地址供CPU访问。所以接口电路中包含有地址译码电路使CPU能够寻址到每个端口。 在微机控制外部设备期间，最基本的操作是传送数据。但外部设备的速度慢，如何使CPU与外部设备的速度匹配，确保数据传送的正确和高效是很重要的问题。一般情况下微机系统与外部设备间的数据传送，即CPU与I/O接口间的信息传送，称为信息交换。 无条件传送方式用于低速外设，在这种情况下，外设始终处于准备就绪状态，可与CPU无条件的进行信息交换； 查询传送方式也用于低速外设，在一定的条件下与CPU进行信息交换；