微型计算机接口技术第一章接口的基本概念.ppt

**第一章接口基本知识§1微机接口中的基本概念一、微机接口1、微机接口中的基本概念①接口：所谓的接口就是微处理器（MPU或CPU）与外部设备连接的部件，是MPU（CPU）与外设进行信息交换的中转站。②微机接口技术：是采用硬件与软件相结合的方法，使微处理器与外部设备进行最佳的匹配，实现MPU（CPU）与外部设备之间的高效、可靠的信息交换的一门技术。③端口：其实就是接口芯片中的寄存器。④外设：在本教材中，大多数时候所谓的外设，指的是除CPU之外的计算机设备，统称为外部设备，简称外设。（包括内存等）第一章接口基本知识§1微机接口中的基本概念2、接口的功能①数据缓冲功能：②设备选择功能：③信号转换功能：为了实现MPU（CPU）与外设之间的高效、可靠的信息交换，微机接口应具备以下功能：④提供信息交换的握手信号：⑤中断管理功能：⑥可编程功能：为了解决高速的MPU（CPU）与低速的外设之间速度匹配的问题。MPU（CPU）在同一时刻只能与一个外设交换信息，而如何在众多的外设中找到需要操作的外设？这就需要通过接口中的地址译码电路对外设进行寻址。由于外设的功能、用途不同，因此各外设所提供的数据、状态和控制信号的电平往往与微机的总线电平不兼容，所以接口电路中对电平（信号）的转换是不可避免的。为了使CPU能够与外设之间联络，因此必须在接口电路中提供“空”、“满”、“准备好”、“忙”等状态信号，以便程序可以了解是否能够发送数据到外设或从外设读取数据。在一些外设需要及时得到CPU的响应的情况下，通过在接口芯片中设置中断控制器，为CPU提供中断事务。这样既增加了微机系统对外设随机事件的处理能力，又使CPU可以与外设并行工作，从而提高了CPU的利用率。即工作方式的可选择性。通过向外设的接口芯片中写入不同的命令，选择外设工作于不同的方式之下，大大增加了接口的灵活性和可扩充性。第一章接口基本知识§1微机接口中的基本概念二、接口中的信息计算机系统与IO外设之间的信息通常有以下几种：①数据信息：大致可以分为以下三种：数字量（如发送到打印机的、从键盘接收的）数据、模拟量（如温度、电流、压力、声音等）数据及开关量（如开关的断开与闭合）数据。②状态信息：计算机在与外设通信的过程中，外设的数据是否准备好、或外设是否已准备好接收数据等，都需要用到一些信号来表示，以实现计算机与外设之间的正确的“握手”。常见的状态信息有READY（准备好）、BUSY（忙）、EMPTY（空）、ACK（应答）等。③控制信息：其主要作用是用以启动、停止外设的工作。其实就是我们在对接口编程时，写入各个端口的命令。第一章接口基本知识§1微机接口中的基本概念三、数据传送的方式计算机与外设之间的数据传送主要有以下四种基本方式：①无条件传送方式：又被称为同步传送方式。主要适用于外设和各种动作时间是固定的，并且条件是已知的、或者计算机与外设是完全同步的情况。②条件传送方式（查询方式）：大多数情况下，计算机与外设的速度并不同步。因此，在CPU对外设发送数据或从外设读取数据时，先查询外设的状态信息。只有在外设已经准备好时才进行数据传送。③中断方式：对于查询方式，当外设没有准备好时，CPU就必须等待而不能进行其它的操作。为此，采用中断传送方式：当外设准备好数据或准备好接收数据时，由外设向CPU发出一个中断请求；而如果CPU可以响应这个中断请求，则暂停原来程序的执行，转入执行相应的中断操作（中断服务程序），当输入/输出完成之后，再返回原程序处继续执行（中断返回）。④DMA方式（直接存储器存取）：让外设与计算机内存直接进行数据交换（直接存储器存取），交换数据的过程中无须CPU的干预。第一章接口基本知识§1微机接口中的基本概念四、I/O的寻址方式在计算机中有两种主要的外设寻址方式：与存储器对应的I/O寻址方式和端口I/O寻址方式①与存储器对应的I/O寻址方式：又称为统一寻址方式。在这种方式中，外设的端口地址占用一个或几个存储器地址。当欲对这些I/O端口进行操作时，使用与操作存储器相同的指令。优点：操作I/O端口与操作存储器使用相同的命令，从而减少了指令；缺点：对I/O端口操作速度慢；占用了计算机的有效内存。采用这种方式的有摩托罗拉的6800系列及部分小型机。②端口I/O寻址方式：又称为独立寻址方式。在这种方式中，处理器访问端口时使用专门的IO指令，而计算机存储器地址与外设的端口地址可以相同。缺点：使用专门的I/O指令，增加了指令数；优点：访问I