深圳大学微机原理与接口技术PPT第五章.ppt

5.1 为什么要用接口 接口按功能分为两类 使CPU正常工作所需要的辅助电路 输入/输出接口 外部设备为什么一定要通过接口和主机相连? 为什么存储器不需要接口？ 时序上的原因 外部设备功能多种多样的原因 外部设备的信息既有数字式，又有模拟式的原因 多个外设共享总线的原因 速度的原因 5.1.1.为什么要设置接口电路 CPU与外设两者的信号线不兼容，在信号线功能定义、逻辑定义和时序关系上都不一致 两者的工作速度不兼容，CPU速度高，外设速度低 若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，就会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率 若外部设备直接由CPU控制，也会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。 5.2 CPU和输入/输出设备之间的信号 数据信息 数字量 模拟量 开关量 状态信息 控制信息 1．数据信息 （1）数字量： 通常以8位或16位的二进制数以及ASCII码的形式传输，主要指由键盘、磁盘、光盘等输入的信息或主机送给打印机、显示器、绘图仪等的信息。 （2）模拟量： 模拟的电压、电流或者非电量。对模拟量输入而言，需先经过传感器转换成电信号，再经A/D转换器变成数字量；如果需要输出模拟控制量的话，就要进行上述过程的逆转换。 （3）开关量： 用“0”和“1”来表示两种状态，如开关的通/断、电机的转/停、阀门的开/关等。 2．状态信息 CPU在传送数据信息之前，经常需要先了解外设当前的状态。如输入设备的数据是否准备好、输出设备是否忙等。 用于表征外设工作状态的信息就叫做状态信息，它总是由外设通过接口输入给CPU的。 状态信息的长度不定，可以是1个二进制位或多个，含义也随外设的具体情况不同而不同。 3．控制信息 用来发布控制命令、控制外设工作的信息，例如A/D转换器的启停信号。 控制信息总是CPU通过接口发出的。 5.3 接口部件的I/O端口 5.2.1 I/0端口 端口（port）是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址。有了端口地址，CPU对外设的输入输出操作归结为对接口芯片各端口的读写操作。 计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个端口，因此,CPU在访问这些寄存器时，只需指明它们的端口，不需指出是什么寄存器。 端口分为数据端口、状态端口和控制端口。 CPU对数据端口进行一次读或写操作，也就是与该接口连接的外设进行一次数据传输 CPU对状态端口进行一次读操作，就可以获得外设或接口自身的状态代码 CPU把若干位控制代码写入控制端口，则意味着对该接口或外设发出一个控制命令，要求该接口或外设按规定的要求工作 I/O端口的编址方式 1 端口地址和存储器地址统一编址，也称存储器映射方式 2 I/O端口地址和存储器地址分开独立编址，也称I/O映射方式 1 统一编址方式 从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设备，把I/O接口中的端口当作存储器单元一样进行访问，不设置专门的I/O指令 优点： 访问I/O端口可实现输入/输出操作，还可以对端口内容进行算术逻辑运算、移位等等； 能给端口有较大的编址空间，这对大型控制系统 和数据通信系统是很有意义的； 缺点： 端口占用了存储器的地址空间，使存储器容量减小； 指令长度比专门I/O指令要长，因而执行速度较慢； 2 独立编址方式 I/O端口地址空间和存储器地址空间是独立的、分开的，即I/O端口地址不占用存储器地址空间。 优点 I/O端口地址不占用存储器空间； 使用专门的I/O指令对端口进行操作，I/O指令短、执行速度快； 并且由于专门I/O指令与存储器访问指令有明显的区别，使程序中I/O操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。 缺点 这种编址方式中，微处理器对存储器及I/O端口是采用不同的控制线进行选择的，因而接口电路比较复杂。 5.4.1 接口的功能 寻址功能 输入/输出功能 数据转换功能 联络功能 中断管理功能 复位功能 可编程功能 错误检测功能 1. 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。 2． 端口选择功能 微机系统中常有多个外设，而CPU在任一时刻只能与一个端口交换信息，因此需要通过接口的地址译码电路对端口进行寻址。 3. 信号转换功能 外设所提供的数据、状态和控制信号可能与微机的总线信号不兼容，所以接口电路应进行相应的信号转换。 4． 接收和执行CPU命令的功能 CPU对外设的控制命令一般以代码形式输出到接口电路的控制端口，接口电路对命令代码进行识别、分析，分解成若干控制信号，传送到I/O设备，并