接口及地址译码技术().pdf

第4章 接口及地址译码技术　 主要内容 ﹙1﹚接口的基本概念、功能和组成； ﹙2﹚CPU 与接口交换数据的方式；　 ﹙3﹚I/O 端口的概念及其编址方式；　 ﹙4﹚I/O 地址译码电路工作原理及作用、I/O 地址译码方法及译码电路设计。　 学习重点及教学要求 掌握接口的概念、功能、组成、I/O 端口及其编址方式，熟悉 I/O 端口地址译码方法， 了解 CPU 与接口交换数据的方式。 4.1 接口技术概述 计算机系统由运算器、控制器、存储器及输入和输出设备组成，运算器和控制器合称 CPU， 它们通过总线相连。　 输入和输出设备是计算机系统的重要组成部分。程序、原始数据和各种现场采集到的资 料和信息，要通过输入装置输入至计算机。计算结果或各种控制信号要输出给各种输出设备， 以便显示、打印和实现各种控制动作。常用的输入装置有键盘、卡片输入机或经过 A/D 转换 的现场信息等。常用的输出装置有 CRT、各种行打印机以及经过 D/A 转换的各种控制信号。 此外，在计算机系统中用半导体存储器作为内存储器，以磁盘和磁带(机)作为外存储器。微 型机中常用软磁盘、硬磁盘,也把它们作为外部设备，因此，CPU 与外部设备交换信息也是计 算机系统中十分重要和十分频繁的操作。 CPU 与外部设备交换信息的过程，和它与存储器交换数据相似，也是在控制信号的作用 下通过数据总线来完成的。但后者要简单得多，因为存储器芯片的存取速度与微处理器的时 钟频率在同一数量级，而且存储器本身又具有数据缓冲的能力，因此，CPU 可以通过数据总 线很方便地与存储器进行数据交换。而外部设备种类繁多，从工作原理来讲，可分为机械式、 电动式、电子式和其它形式等几类，它们对所传输信息的要求也各不相同，这就给计算机和 外设之间的信息交换带来以下一些问题： (1)速度不匹配　 CPU 的速度很高，而外设的速度要低得多，而且不同的外设速度差异很大，它们之中既 有每秒钟能传送兆位数量级的硬磁盘，也有每秒钟只能打印百位字符的串行打印机或速度更 慢的键盘。 (2)信号电平不匹配 CPU 所使用的信号都是 TTL 电平，而外设大多是复杂的机电设备，往往不能用 TTL 电平 驱动，必须有自己的电源系统和信号电平。 (3)信号格式不匹配 CPU 系统总线上传送的通常是 8 位、16 位或32 位的并行数据，而各种外设使用的信息格 式各不相同。有些设备上用的是模拟量，而有些是数字量或开关量；有些设备上的信息是电 流量，而有些却是电压量；有些设备采用串行方式传送数据，而有些则采用并行方式。 (4)时序不匹配 各种外设都有自己的定时和控制逻辑，与计算机的 CPU 时序不尽相同。因此输入输出设 备不能直接与 CPU 的系统总线相连，必须在 CPU 与外设之间设置专门的接口电路来解决这些 问题。 通常把介于主机和外设之间的一种缓冲 电路称为 I/O 接口电路，简称 I/O 接口，如图 4-1 所示。对于主机，I/O 接口提供了外部设 备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O 接 口记忆了主机送给外设的一切命令和数据，从而 图 4-1 主机与外设的连接 使主机与外设之间协调一致地工作。 4.1.1 CPU与外设交换的信息 输入输出设备与 CPU 相连必须要经过接口。接口电路的基本结构同它传送的信息种类有 关。CPU 与外设交换的信息可分为 3类： 1 数据信息　 数据信息是最基本的一种信息，它包括： ①数字量：通常为 8 位二进制数或 ASCII 代码。 ②模拟量：当计算机用于检测、数据采集或控制时，大量的现场信息是连续变化的物理 量(如温度、压力、流量、位移、速度等)，经传感器把非电量转换成电量并经放大即得到模 拟电流或电压，计算机不能直接接收和处理这些模拟量，必须经过 A/D(模/数)转换，才能输 入计算机；而计算机输出的数字量也必须经过 D/A(数/模)转换后才能去控制执行机构。 ③开关量：是一些“0”或“1”两个状态的量，用一位“0”或“1”二进制数表示。一 台字长为 8位的微机一次输入或输出可检测或控制 8 个这类物理量。数据是通过数据通道传 送的。 2.状态信