[信息与通信]微机原理 第5章.ppt

第5章 微型计算机和外设的数据传输 本章重点: 接口电路的功能 接口部件和I/O端口 CPU和外设之间的三种数据传输方式、各自优缺点和使用场合 中断传输方式的原理和可屏蔽中断的响应过程 DMA方式的原理和DMA控制器的功能 5.1 为什么要用接口电路 外设需要通过接口电路连接到CPU。 （1）接口电路按功能可分为两类: 它是使微处理器正常工作所需的辅助电路。 通过这些电路，使CPU得到时钟信号或者接收外部多个中断请求等； 输入输出接口电路 利用这些接口，CPU可以接受外部设备送来的信息，或将信息发送给外部设备。 （2）为什么要用接口电路 为何外设要通过接口与CPU的总线相连？能不能将外设和CPU的数据总线、地址总线、控制总线直接相连？ 存储器芯片可以直接相连，原因是它的设计就考虑了与CPU总线相连，或者说存储器芯片内部具有与CPU总线连接的接口。 存储器的功能比较单一，在速度上也基本能与CPU的速度匹配。 外设呢？ 外设总类多、包括速度、信号电平、信号类型、格式等都不相同，有多个外设，需要选择与不同的外设进行数据传送。 CPU只能从总线上接受并行数据。 这就需要有一个电路，将不同形式、类别、不同电评等各种各样的信号转换成满足数据总线要求的数据；通过一个电路来适应不同速度外设的要求；通过一个电路来选择特定的外设进行数据传送。 5.2 CPU和输入输出设备之间的信号 CPU和输入输出设备之间有以下几类信号 : 5.2.1 数据信息 大致可以分为： 1. 数字量 从键盘、磁盘驱动器、U盘、扫描仪、数码相机……输入的信息，向磁盘、打印机、U盘、显示器……输出的数据，它们就是数字信号。 2.模拟量 声卡麦克风输入的信号，温度、压力、流量、电压、电流等测量信号，它们都是模拟输入信号。计算机送到耳机、扬声器（喇叭）的信号是输出模拟信号 3.开关量 只有两个状态，例如开关的闭合或断开，阀门的开与关等 5.2.2 状态信息 用于反映外设的工作状态，它是外设通过接口送到CPU的信号。 例如打印机接口的准备好信号READY，忙信号BUSY。 CPU通过读取状态信号来判断外设当前出于何种工作状态 5.2.3 控制信息 CPU输出信号，CPU利用这些输出信号来控制外设的工作。 5.3 接口部件的I/O端口 CPU实际上是通过端口来与外设间传送信息的。 端口——具有一个特定I/O地址的寄存器。 包括： 数据端口 状态端口 控制端口或命令端口 在X86系统中，端口是独立编制的，利用IN 和 OUT 指令来访问I/O端口 外设通过接口和系统的连接 5.4 接口的功能及在系统中的连接 5.4.1 接口功能 1. 寻址功能 能够识别是寻址存储器还是I/O接口，能够决定是接口中的哪个寄存器被访问。 2. 输入输出功能 能够依据读/写控制信号决定是输入操作还是输出操作，并能接收CPU输出的数据或命令，或将外部数据或状态信息送到CPU的数据总线上。 3. 数据转换功能 将CPU输出的数据转换成外设所需要的数据格式，或者将外设的数据格式转换成CPU数据总线所需要的格式。 4. 联络功能 能够通知外设CPU已发送一个数据，或通知CPU外设已送入一个数据。 5. 中断管理功能 能够向CPU发出中断请求信号和处理CPU的中断响应信号。 6. 复位功能 能够接受复位信号，使接口和外设重新启动。 7. 可编程功能 通过编程改变接口的功能 8. 错误检测功能 例如传输错误（例如奇偶校验） 覆盖错误（例如原来的数据还没取走，新的数据又装入） 5.4.2 接口与系统的连接 见教材182页图5.2。 它通常由两大部分组成 第一部分：与I/O设备相连接 与I/O总线相连接的部分与外设种类有关，不同的外设相差很大。 第二部分：与系统总线连接 与总线连接的部分结构基本相似，它通过具有三态输出功能的锁存器接到系统总线上。 有多个端口寄存器，一些为读（输入），一些为写（输出），可能还有些是双向的（可读可写） 例如上图中的数据输入A/输出C，状态输入B，控制输出D。 A、B是可读寄存器，C、D是可写寄存器 用读信号、写信号和地址A0区分4个寄存器 5.5 CPU和外设之间的数据传送方式 主要有三种 程序方式 中断