微型计算机接口技术及应用课后习题答案刘乐善.pdf

习题一习题一 1. 什么是接口？什么是接口？ 接口就是微处理器接口就是微处理器 CPU 与外部世界的连接部件，是与外部世界的连接部件，是 CPU 与外界进行信息与外界进行信息 交换的中转站。交换的中转站。 2. 为什么要在为什么要在 CPU 与外设之间设置接口？与外设之间设置接口？ 在在 CPU 与外设之间设置接口主要有与外设之间设置接口主要有 4 个原因：个原因： （1） CPU 与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义 和时序关系和时序关系 （2） CPU 与外设的速度不匹配，与外设的速度不匹配，CPU 的速度快，外设的速度慢的速度快，外设的速度慢 （3） 若不通过接口，而由若不通过接口，而由 CPU 直接对外设的操作实施控制，会使直接对外设的操作实施控制，会使 CPU 处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低 CPU 的效率的效率 （4） 若外设直接由若外设直接由 CPU 控制，会使外设的硬件结构依赖于控制，会使外设的硬件结构依赖于 CPU，对外，对外 设本身的发展不利。设本身的发展不利。 3. 微微型计算机的接口一般应具备那些功能？型计算机的接口一般应具备那些功能？ 微机的接口一般有如下的几个功能：微机的接口一般有如下的几个功能： （1） 执行执行 CPU 命令的功能：命令的功能：CPU 将对外设的控制命令发到接口电路中将对外设的控制命令发到接口电路中 的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设 （2） 返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常 工作状态和故障状态工作状态和故障状态 （3） 数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对 CPU 于外于外 设间传送的数据进行中转设间传送的数据进行中转 （4） 设备寻址的功能：设备寻址的功能：CPU 某个时刻只能和一台外设交换数据，某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU 发发 出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中 I/O 设备设备 （5） 信号转换的功能：当信号转换的功能：当 CPU 与外设的信号功能定义、逻辑关系与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平、电平 高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能 （6） 数据宽度与数据格式转换的功能：由于数据宽度与数据格式转换的功能：由于 CPU 处理的数据都是并行处理的数据都是并行 的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换，的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换， 并进行数据格式的转换。并进行数据格式的转换。 4. 接口技术在微机应用中起的作用？接口技术在微机应用中起的作用？ 随着计算机技术的高速发展，计算机的应用越来越广泛。然而，在微机系随着计算机技术的高速发展，计算机的应用越来越广泛。然而，在微机系 统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之 间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口技术成为了一门关键技间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口技术成为了一门关键技 术，它直接影响微机系统的功能和微机的推广应用。术，它直接影响微机系统的功能和微机的推广应用。 5. 接口电路的硬件一般由哪几部分接口电路的硬件一般由哪几部分组成？组成？ 接口电路的硬件一般由以下几部分组成：接口电路的硬件一般由以下几部分组成： （1） 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器，基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器， 是接口电路中的核心是接口电路中的核心 （2） 端口地址译码电路：实现设备的选择功能端口地址译码电路：实现设备的选择功能 （3） 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电路。供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电路。 6. 接口电路的软件控制程序一般包括哪几部分？接口电路的软件控制程序一般包括哪几部分？ 接口电路的软件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互渗透、接口电路的软件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互渗透、 融为一体的：融为一体的： （1） 初始化程序段：对可编程接口芯片进行初始化编程初始化程序段：对可编程接口芯片进行初始化编程 （2） 传送方式处理程序段：不同的传送方式（查询、中断、传送方式处理程序段：不同的传送方式（查询、中断、DMA 方式）方式） 程序段不同程序段不同 （3） 主控程序段：完成接口任务的程序段主控程序段：完成接口任务的程序段 （4） 程序终止与退出程序段程序终止与退出程序段：程序退出前对接口电路中硬件进行保护的：程序退出前对接口电路中硬件进行保护的 程序段程序段 （5） 辅助程序段：人机对话、菜单等辅助程序段：人机对话、菜单等 7. 接口电路的结构有哪几种形式？接口电路的结构有哪几种形式？ 接口电路的结构主要有四种：接口电路的结构主要有四种： （1） 固定式结构：不可编程的接口电路，结构简单、功能单一、固定固定式结构：不可编程的接口电路，结构简单、功能单一、固定 （2） 半固定式结构：由半固定式结构：由 PAL 或或 GAL 器件构成的接口电路，功能和工作器件构成的接口电路，功能和工作 方式可以通过改写内部的逻辑表达式来改变，但逻辑表达式一旦烧入芯方式可以通过改写内部的逻辑表达式来改变，但逻辑表达式一旦烧入芯 片，其功能和工作方式就固定下来了片，其功能和工作方式就固定下来了 （3） 可编程结构：其功能和工作方式可由编程指定，使用灵活、适应面可编程结构：其功能和工作方式可由编程指定，使用灵活、适应面 广，且种类繁多广，且种类繁多 （4） 智能型结构：芯片本身就是一个微处理器，外设的全部管理都由智智能型结构：芯片本身就是一个微处理器，外设的全部管理都由智 能接口完成，如能接口完成，如 I/O 处理器处理器 I0809 或通用单片机或通用单片机 8. CPU 与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？ CPU 与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和 DMA 方式：方式： （1） 查询方式：主要用于查询方式：主要用于 CPU 不太忙且传送速度不高的情况下。无条件不太忙且传送速度不高的情况下。无条件 传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单 I/O 设备的控制或设备的控制或 CPU 明确知道外设所处状态的情况下。明确知道外设所处状态的情况下。 （2） 中断方式：主要用于中断方式：主要用于 CPU 的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控 制和紧急事件的处理制和紧急事件的处理 （3） DMA 方式（直接存储器存取方式） ：主要用于高速外设进行大批量方式（直接存储器存取方式） ：主要用于高速外设进行大批量 数据传送的场合。数据传送的场合。 9. 分析和设计接口电路的基本方法是什么？分析和设计接口电路的基本方法是什么？ 分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合：分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合： （1） 两侧分析法：两侧分析法：CPU 一侧，主要是了解一侧，主要是了解 CPU 的类型、它提供的数据的类型、它提供的数据 线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设 一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程 （2） 硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性 地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低 层硬件编程，也可以采用层硬件编程，也可以采用 DOS 系统功能调用和系统功能调用和 BIOS 调用编程。调用编程。 10. 外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何？你所知道的外围接口芯片有外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何？你所知道的外围接口芯片有 那些？那些？ 略。略。 你认为学习接你认为学习接口技术的难点在哪几个方面？应如何对付？口技术的难点在哪几个方面？应如何对付？ 略。略。 习题二习题二 1 什么是端口？什么是端口？ 端口是接口电路中能被端口是接口电路中能被 CPU 直接访问的寄存器。直接访问的寄存器。 2I/O 端口的编址方式有几种？各有何特点？端口的编址方式有几种？各有何特点？ I/O 端口的编址方式有两种端口的编址方式有两种统一编址方式（存储器映象方式）和独立编统一编址方式（存储器映象方式）和独立编 址方式（址方式（I/O 映象方式、专用映象方式、专用 I/O 指令方式）指令方式） （1） 统一编址方式：从整个寻址空间中划出一部分给统一编址方式：从整个寻址空间中划出一部分给 I/O 设备，其余的设备，其余的 给存储器，通过地址码区分操作对象是存储器还是给存储器，通过地址码区分操作对象是存储器还是 I/O，二者的地址码，二者的地址码 不重叠。这种方式的优点是不重叠。这种方式的优点是I/O 端口的编址空间大，且易于扩展端口的编址空间大，且易于扩展I/O 指令丰富、功能齐全指令丰富、功能齐全；缺点是存储器的地址空间减；缺点是存储器的地址空间减少，达不到系统最少，达不到系统最 大的寻址空间大的寻址空间I/O 指令比独立编址方式的专用指令比独立编址方式的专用 I/O 指令长，译码时间指令长，译码时间 长，执行速度慢长，执行速度慢 （2） 独立编址方式：存储单元与独立编址方式：存储单元与 I/O 端口分别编址，地址码重叠，通过端口分别编址，地址码重叠，通过 操作码区分操作对象是存储器还是操作码区分操作对象是存储器还是 I/O。 这种方式的优点是。 这种方式的优点是I/O 端口不端口不 占存储器的编址空间，使存储器的容量可达系统的最大寻址能力占存储器的编址空间，使存储器的容量可达系统的最大寻址能力I/O 指令短、执行速度快；指令清晰、可读性强指令短、执行速度快；指令清晰、可读性强；缺点是；缺点是I/O 端口地址范端口地址范 围一旦确定，不易扩展围一旦确定，不易扩展I/O 指令种类有限，操作单一指令种类有限，操作单一 3 设计设计 I/O 设备接口卡时，为防止地址冲突，选用设备接口卡时，为防止地址冲突，选用 I/O 端口地址的原则是什么？端口地址的原则是什么？ 为了避免端口地址发生冲突，在选为了避免端口地址发生冲突，在选择择 I/O 端口地址时一般要遵循以下的原端口地址时一般要遵循以下的原 则：则： （3） 凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用 （4） 原则上讲，未被占用的地址，用户可以使用，但对计算机厂家申明原则上讲，未被占用的地址，用户可以使用，但对计算机厂家申明 保留的地址，不要使用，否则会发生保留的地址，不要使用，否则会发生 I/O 端口地址重叠和冲突端口地址重叠和冲突 （5） 一般，用户可使用一般，用户可使用 300H31FH 地址，这是地址，这是 IBMPC 微机留作实微机留作实 验卡的，用户可以使用。为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲验卡的，用户可以使用。为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲 突，最好采用地址开关。突，最好采用地址开关。 4I/O 端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么？端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么？ I/O 端口地址译码电路的作用就是把地址和控制信号进行逻辑组合， 从而产端口地址译码电路的作用就是把地址和控制信号进行逻辑组合， 从而产 生对接口芯片的选择信号。生对接口芯片的选择信号。 5 在在 I/O 端口端口地址译码电路中常常设置地址译码电路中常常设置 AEN0，这有何意义？，这有何意义？ AEN1，表示正在进行，表示正在进行 DMA 操作，在操作，在 I/O 端口地址译码电路中，常常令端口地址译码电路中，常常令 AEN0 时，译码输出才有效，这样做的目的是为了避免在时，译码输出才有效，这样做的目的是为了避免在 DMA 操作周期中，操作周期中， 由由 DMA 控制器对这些以非控制器对这些以非 DMA 方式传送的方式传送的 I/O 端口执行端口执行 DMA 方式的传送。方式的传送。 6 若要求若要求 I/O 端口地址为端口地址为 374H， 则在图， 则在图 2.1 （b） 中的输入地址线要作哪些改动？） 中的输入地址线要作哪些改动？ 为了使为了使 I/O 端口的地址为端口的地址为 374H，图，图 2.1（b）中地址线）中地址线 A2、A8后的非门去后的非门去 掉，而在地址线掉，而在地址线 A3、A7后面加上非门。即修改后地址线后面加上非门。即修改后地址线 A0、A1、A3、A7后有后有 非门，其余地非门，其余地址线后无非门。如图所示：址线后无非门。如图所示： & A9 A8 A7 A2 1 A3 A1 A0 & 1 1 1 1 1 AEN IOR 1 Y 7 图图 2.2 是是 PC 机系统板的机系统板的 I/O 端口地址译码电路，它有何特点？试根据图中地端口地址译码电路，它有何特点？试根据图中地 址线的分配，写出址线的分配，写出 DMAC、INTR、T/C 以及以及 PPI 的地址范围？的地址范围？ 在图在图 2.2 的译码电路中，不管芯片本身需要多少个端口地址，一律分配一个的译码电路中，不管芯片本身需要多少个端口地址，一律分配一个 含有含有 32 个地址的地址范围。其中个地址的地址范围。其中 DMAC、INTR、T/C 和和 PPI 的地址范围分别的地址范围分别 是：是： DMAC：00H1FH；INTR：20H3FH；T/C：40H5FH；PPI：60H 7FH 8 在图在图 2.4 译码电路中，若要改变译码电路中，若要改变 I/O 端口地址，使其地址范围为端口地址，使其地址范围为 300H307H， 则开关则开关 S0S9应如何设置？应如何设置？ 由于由于AEN必须为必须为0， 所以， 所以S9一定是闭合的， 若使译码输出地址范围为一定是闭合的， 若使译码输出地址范围为300H 307307H，则有如下的分析：，则有如下的分析： A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 开开 开开 合合 合合 开开 开开 开开 开开 开开 所以，所以，S0S9中中 S5、S6和和 S9是闭合的，其余的开关全部断开。是闭合的，其余的开关全部断开。 9GAL 器件有那些特点？采用器件有那些特点？采用 GAL 器件进行器件进行 I/O 地址译码有何优点？地址译码有何优点？ 略。略。 10 采用采用 GAL 器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何？器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何？ 略。略。 11. 通常所说的通常所说的 I/O 操作是指操作是指 CPU 直接对直接对 I/O 设备进行操作，这话对吗？设备进行操作，这话对吗？ 这话不对，这话不对，I/O 操作是指操作是指 I/O 端口操作，即访问与端口操作，即访问与 I/O 设备相关的端口，而设备相关的端口，而 不是对不是对 I/O 设备直接操作。设备直接操作。 12. 在独立编址方式下，在独立编址方式下，CPU 采用什么指令来访问端口？采用什么指令来访问端口？ 独立编址方式下，采用专用的独立编址方式下，采用专用的 I/O 指令指令输入输入/输出指令（如输出指令（如 PC 系列微系列微 机中的机中的 IN、OUT）来访问端口。）来访问端口。 13. 在在 I/O 指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种？指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种？ PC 系列微机中，系列微机中，I/O 指令对端指令对端口的寻址方式有两种：直接寻址和间接寻址口的寻址方式有两种：直接寻址和间接寻址 （必须由（必须由 DX 间址） 。间址） 。 直接寻址方式中，端口地址的宽度为直接寻址方式中，端口地址的宽度为 8 位，即地址范围是位，即地址范围是 00HFFH； 间接寻址方式中， 端口地址的宽度为间接寻址方式中， 端口地址的宽度为 16 位， 即地址范围是位， 即地址范围是 0000HFFFFH。 14. CPU 从端口读数据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道？从端口读数据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道？ 通常所说的通常所说的 CPU 从端口读数据或向端口写数据， 仅仅是指从端口读数据或向端口写数据， 仅仅是指 I/O 端口与端口与 CPU 的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器。由于累加器只能的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器。由于累加器只能 保存一个数据，所以在实际中通常是保存一个数据，所以在实际中通常是 I/O 与存储器交换数据。与存储器交换数据。 15. I/O 端口地址译码电路一般有哪几种结构形式？端口地址译码电路一般有哪几种结构形式？ I/O 端口地址译码电路一般有两种结构形式：端口地址译码电路一般有两种结构形式： 固定式端口地址译码固定式端口地址译码硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不 变变 可选式端口地址译码可选式端口地址译码电路中有若干个电路中有若干个 DIP 开关，硬件电路不改动，只开关，硬件电路不改动，只 改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。 16. I/O 地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各作何用途？如何决地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各作何用途？如何决 定低位地址线的根数？定低位地址线的根数？ 一般情况下，高位地址线与控制信号线进行逻辑组合，经译码电路产生一般情况下，高位地址线与控制信号线进行逻辑组合，经译码电路产生 I/O CS 接口芯片的片选信号接口芯片的片选信号 实现片间选择；低位地址线不参与译码，直接与实现片间选择；低位地址线不参与译码，直接与 I/O 接口芯片的地址线相连接口芯片的地址线相连实现实现 I/O 接口芯片的片内端口选择。接口芯片的片内端口选择。 低位地址线的根数由低位地址线的根数由 I/O 接口芯片内部的端口数量决定， 如果接口芯片内部的端口数量决定， 如果 I/O 接口芯片接口芯片 内部有内部有 2n个端口（其引脚上一定有个端口（其引脚上一定有 n 根地址线） ，那么，寻址端口时，低位地址根地址线） ，那么，寻址端口时，低位地址 线的根数就是线的根数就是 n。 17. 可选式可选式 I/O 端口地址译码电路一般由哪几部分组成？端口地址译码电路一般由哪几部分组成？ 可选式可选式 I/O 端口地址译码电路一般由地址开关（端口地址译码电路一般由地址开关（DIP 开关） 、译码器、比较开关） 、译码器、比较 器或异或门组成。器或异或门组成。 18. 采用采用 GAL 器件设计地址译码电路时，其核心是编写器件设计地址译码电路时，其核心是编写 GAL 器件输入源文件器件输入源文件 （即（即 GAL 设计说明书） 。 现利用设计说明书） 。 现利用 GAL16V8 设计一个扩展系统的地址译码电设计一个扩展系统的地址译码电 路，要求该系统的路，要求该系统的 I/O 端口地址范围分别为端口地址范围分别为 300H31FH 和和 340H35FH； 存储器地址范围为存储器地址范围为 D0000HEFFFFH。试编写。试编写 GAL16V8 的编程输入源文的编程输入源文 件。件。 略。略。 19. 若将图若将图 2.3 中中 DIP 开关状态设置为：开关状态设置为： S2和和 S1合上 （合上 （ON） ；） ； S3和和 S0断开 （断开 （OFF） ，） ， 试指出试指出 74LS138 输出端输出端 的地址范围，并与图中在的地址范围，并与图中在 DIP 开关原来的状态开关原来的状态 下下 输出端所产生的地址范围进行比较，有何变化？输出端所产生的地址范围进行比较，有何变化？ 如果如果 S2和和 S1合上（合上（ON） ；） ；S3和和 S0断开（断开（OFF） ，） ， 有效时，各位地址线的有效时，各位地址线的 状态如下：状态如下： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 1 0 0 1 0 1 0 1 S3 S2 S1 S0 开开 合合 合合 开开 所以，这种开关状态下，所以，这种开关状态下， 的地址范围是的地址范围是 254H257H；而；而 DIP 开关在开关在 原来的开关状态下，原来的开关状态下， 的地址范围是的地址范围是 314H317H。这两个地址范围。这两个地址范围 A9A A6 的状态不同，因为的状态不同，因为 A9A A6的状态是由开关的状态决定的；而二者的的状态是由开关的状态决定的；而二者的 A5A A2是相是相 同的，因为它们不受开关状态的影响。同的，因为它们不受开关状态的影响。 习题三习题三 1 计数、定时与频率、声音以及音乐之间有什么关系？计数、定时与频率、声音以及音乐之间有什么关系？ 定时和计数的本质是相同的，当计数的基本脉冲是标准的时间单元时，计定时和计数的本质是相同的，当计数的基本脉冲是标准的时间单元时，计 数就变成了定时。定时输出脉冲的周期的倒数就是频率数就变成了定时。定时输出脉冲的周期的倒数就是频率。由定时输出的脉冲可。由定时输出的脉冲可 以产生声音，脉冲的频率就决定了声音的频率。脉冲频率高，声音的音调高（听以产生声音，脉冲的频率就决定了声音的频率。脉冲频率高，声音的音调高（听 起来尖锐） ；脉冲频率低，声音的音调低（听起来低沉） 。而由频率不同、持续起来尖锐） ；脉冲频率低，声音的音调低（听起来低沉） 。而由频率不同、持续 时间不同的声音就可以产生动听的音乐。时间不同的声音就可以产生动听的音乐。 2 微机系统的定时有哪两类？何谓时序配合？微机系统的定时有哪两类？何谓时序配合？ 微机系统中的定时分为内部定时和外部定时两类。微机系统中的定时分为内部定时和外部定时两类。 内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系，是用户无法更改的。内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系，是用户无法更改的。 外部定时是指外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，需外部定时是指外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，需 要用户根据外设的要求进行安排。要用户根据外设的要求进行安排。 时序配合是指用户在考虑外设与时序配合是指用户在考虑外设与 CPU 连接时， 不能脱离计算机的定时连接时， 不能脱离计算机的定时要求，要求， 即以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求。即以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求。 3 微机系统中的外部定时有哪两种方法？其特点如何？微机系统中的外部定时有哪两种方法？其特点如何？ 微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。 软件定时：利用软件定时：利用 CPU 执行指令需要一定时间的特点产生延时。这种方法不执行指令需要一定时间的特点产生延时。这种方法不 Y5 Y5 Y5 Y5 Y5 需增加硬件设备，只需编制延时程序即可；但是它降低了需增加硬件设备，只需编制延时程序即可；但是它降低了 CPU 的效率，浪费了的效率，浪费了 CPU 的资源，而且由于同样的延时程序在不同计算机上运行的时间会不同，所的资源，而且由于同样的延时程序在不同计算机上运行的时间会不同，所 以通用性比较差。以通用性比较差。 4.8253 定时定时/计数器有那些特点？计数器有那些特点？ 8253 是一个减是一个减 1 的定时的定时/计数器（逆计数器） ，它内部有计数器（逆计数器） ，它内部有 3 个相互独立的个相互独立的 16 位减位减 1 计数通道，每个通道有自己独立的计数脉冲输入信号（计数通道，每个通道有自己独立的计数脉冲输入信号（CLK） 、门控信号） 、门控信号 （GATE）和计数）和计数/定时到的输出信号（定时到的输出信号（OUT） ，每个通道有） ，每个通道有 6 种工作方式，种工作方式，1 个个 通道最多可以计通道最多可以计 65536 个脉冲。个脉冲。 5.8253 初始化编程包括哪两项内容？初始化编程包括哪两项内容？ 在对在对 8253 进行始化编程时，首先向命令寄存器中写入方式字，选择计数通进行始化编程时，首先向命令寄存器中写入方式字，选择计数通 道、工作方式、计数初值的长度及写入顺序、计数码制。然后按方式字的要求道、工作方式、计数初值的长度及写入顺序、计数码制。然后按方式字的要求 向选定的计数通道中写入计数初值。向选定的计数通道中写入计数初值。 6.8253 有哪几种工作方式？区分不同工作方式的特点体现在哪几个方面？为什有哪几种工作方式？区分不同工作方式的特点体现在哪几个方面？为什 么么 3 方式使用最普遍？方式使用最普遍？ 8253 有有 6 种工作方式种工作方式方式方式 0方式方式 5。 区分不同工作方式的特点主要体。 区分不同工作方式的特点主要体 现在以下的现在以下的 4 个方面：个方面： （1） 启动计数器的触发方式不同启动计数器的触发方式不同 （2） 计数过程中门控信号计数过程中门控信号 GATE 对计数操作的控制作用不同对计数操作的控制作用不同 （3） 计数计数/定时到时输出端定时到时输出端 OUT 输出的波形不同输出的波形不同 （4） 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同 3 方式由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形，且输出波形的高方式由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形，且输出波形的高 低电平比为低电平比为 1:1 或近似或近似 1:1（方波或近似方波） ，所以在实际中应用最广泛。（方波或近似方波） ，所以在实际中应用最广泛。 7 何谓日时钟？何谓日时钟？ 日时钟是指对一天的时间进行统计，判断一天（日时钟是指对一天的时间进行统计，判断一天（24 小时）的时间是否已到。小时）的时间是否已到。 8 利用利用 8253 进行日时钟计时的计时单位是什么？进行日时钟计时的计时单位是什么？CPU 采用什么技术把这些计时采用什么技术把这些计时 单位进行累加？单位进行累加？ 利用利用 8253 进行日时钟计时的计时单位是进行日时钟计时的计时单位是 mss9254.54 101931816. 1 65536 6 在系统中，设置了两个对计时单位进行统计的字单元在系统中，设置了两个对计时单位进行统计的字单元 TIMER_HI（高字单（高字单 元）和元）和 TIMER_LO（低字单元） ，（低字单元） ，8253 产生的周期为产生的周期为 54.9254ms 的方波申请中的方波申请中 断，断，CPU 在中断服务程序中通过对两个字单元组成的双字单元进行加在中断服务程序中通过对两个字单元组成的双字单元进行加 1 操作来操作来 实现对计时单位的统计。实现对计时单位的统计。 9.8253 通道通道 0 的定时中断是硬中断（的定时中断是硬中断（8 号中断） ，它不能被用户调用，当用户对号中断） ，它不能被用户调用，当用户对 系统的时间进行修改时， 需采用软中断系统的时间进行修改时， 需采用软中断 INT 1AH。 试问这两种中断有何关系？。 试问这两种中断有何关系？ 8253 通道通道 0 定时中断的服定时中断的服务程序中实现对双字计时单元的加务程序中实现对双字计时单元的加 1 操作，而软操作，而软 中断中断 INT 1AH 完成的功能是将这双字单元的内容读出，保存在两个字寄存器完成的功能是将这双字单元的内容读出，保存在两个字寄存器 中， 其中，中， 其中， TIMR_HI 单元的内容送入单元的内容送入 CX， TIMER_LO 单元的内容送入单元的内容送入 DX 中。中。 10 利用利用 8253 作为波特率发生器，当作为波特率发生器，当 CLK1.1931816MHz，波特因子为，波特因子为 16 时，时， 要求产生要求产生 4800 波特的传输速率，试计算波特的传输速率，试计算 8253 的定时常数。的定时常数。 由 于由 于 波特因子波特率 收、发 f ， 所 以， 所 以8253输 出 的 频 率 应 该 是输 出 的 频 率 应 该 是 Hz76800164800 OUT f ，由此可计算出，由此可计算出 8253 的定时常数：的定时常数： 165 .15 76800 101931816. 1 N 6 OUT CLK f f 习题四习题四 1 采用采用 DMA 方式为什么能实现高速传送？方式为什么能实现高速传送？ DMA 传送方式能够实现高速数据传送主要传送方式能够实现高速数据传送主要有两个原因：有两个原因： （5） 它为两个存储介质提供了直接传输通道， 不象它为两个存储介质提供了直接传输通道， 不象 CPU 控制的传送那样控制的传送那样 要通过内部寄存器中转。要通过内部寄存器中转。 （6） 用硬件取代了软件，它直接发出对两个介质的选中信号及其读写控用硬件取代了软件，它直接发出对两个介质的选中信号及其读写控 制信号，而不是通过执行指令来控制传送制信号，而不是通过执行指令来控制传送 2.DMA 方式传送的一般过程如何？方式传送的一般过程如何？ DMA 方式在传送之前，要对方式在传送之前，要对 DMA 控制器进行初始化编程，设置诸如传送控制器进行初始化编程，设置诸如传送 方向、内存首址、数据块大小等信息，而传送过程一般可分为方向、内存首址、数据块大小等信息，而传送过程一般可分为 4 个阶段：个阶段： （7） 申请阶段：外设向申请阶段：外设向 DMA 控制器发出控制器发出 DREQ 信号请求信号请求 DMA 服务，服务， DMA 控制器向控制器向 CPU 发出发出 HRQ 信号，请求占用总线信号，请求占用总线 （8） 响应阶段：响应阶段：CPU 向向 DMA 控制器发出控制器发出 HLDA 信号，将总线控制权让信号，将总线控制权让 给给 DMA 控制器，控制器，DMA 控制器接管总线控制器接管总线 （9） 数据传送阶段：数据传送阶段：DMA 控制器发出控制器发出 DACK 信号，选中信号，选中 I/O 设备；发设备；发 出内存地址，选中存储单元，并根据初始化时设定的传送方向给出内存地址，选中存储单元，并根据初始化时设定的传送方向给 I/O 设设 备和存储器发出读写控制信号，数据由源介质直接传送到目的介质备和存储器发出读写控制信号，数据由源介质直接传送到目的介质 （10） 传送结束阶段：传送了指定长度的数据块后，或收到外部强制结束传送结束阶段：传送了指定长度的数据块后，或收到外部强制结束 的控制信号（的控制信号（EOP）时，外设、）时，外设、DMA 控制器相继撤除控制器相继撤除 DREQ、HRQ 信信 号，号，CPU 撤除撤除 HLDA 信号，总线控制权归还信号，总线控制权归还 CPU。 3.什么是什么是 DMA 方式的操作类型和操作方式？方式的操作类型和操作方式？DMA 方式一般有哪几种操作类型方式一般有哪几种操作类型 和操作方式？和操作方式？ DMA 方式的操作类型是指进行方式的操作类型是指进行 DMA 操作的种类，一般有操作的种类，一般有 3 种：种： （11） 数据传送：将源介质中的数据传送到目的介质中，包括数据传送：将源介质中的数据传送到目的介质中，包括 DMA 读读 （MI/O）和）和 DMA 写（写（I/OM） （12） 数据校验：对数据块内部的每个字节进行某种校验，而不进行数据数据校验：对数据块内部的每个字节进行某种校验，而不进行数据 传送（不发出读写控制信号）传送（不发出读写控制信号） （13） 数据检索：也不进行数据传送，而是在指定的内存区内查找某个关数据检索：也不进行数据传送，而是在指定的内存区内查找某个关 键字节或某几个关键数据位是否存在键字节或某几个关键数据位是否存在 DMA 方式的操作方式是指在进行方式的操作方式是指在进行 DMA 操作时，每次所操作的字节数，不操作时，每次所操作的字节数，不 同的操作方式释放总线的条件不同。操作方式一般有以下同的操作方式释放总线的条件不同。操作方式一般有以下 3 种：种： （1） 单字节方式（单一方式） ：每次取得总线控制权只操作一个字节单字节方式（单一方式） ：每次取得总线控制权只操作一个字节就释就释 放总线，下个字节的操作要重新申请放总线，下个字节的操作要重新申请 （2） 连续方式 （块字节方式） ：只要连续方式 （块字节方式） ：只要 DMA 操作一开始， 就一直占用总线，操作一开始， 就一直占用总线， 直到全部操作完毕。在操作过程中，即使直到全部操作完毕。在操作过程中，即使 DMA 请求信号无效，也只是请求信号无效，也只是 暂停操作，将总线暂时挂起，而不释放，待暂停操作，将总线暂时挂起，而不释放，待 DREQ 有效后再继续操作有效后再继续操作 （3） 请求方式（询问方式） ：这种方式是否释放总线取决于请求方式（询问方式） ：这种方式是否释放总线取决于 DREQ 信号，信号， 若若 DREQ 保持有效，则占用总线，进行保持有效，则占用总线，进行 DMA 操作；若操作；若 DREQ 变为无变为无 效，就释放总线效，就释放总线 4.DMA 控制器在微机系统中有哪两种工作状态？其工作特点如何？控制器在微机系统中有哪两种工作状态？其工作特点如何？ DMA 控制器在微机系统中有主动工作状态和被动工作状态。控制器在微机系统中有主动工作状态和被动工作状态。 主动工作状态：在主动工作状态：在 DMA 操操作期间，作期间，DMAC 控制总线，控制数据在两个存控制总线，控制数据在两个存 储介质之间直接传送储介质之间直接传送 被动工作状态：非被动工作状态：非 DMA 操作期间，操作期间，DMAC 受受 CPU 的控制，此时它主要有的控制，此时它主要有 两个工作， 一是检测片选信号， 看两个工作， 一是检测片选信号， 看 CPU 是否对它进行读写控制； 二是检测是否对它进行读写控制； 二是检测 DMA 请求信号，看外设是否有请求信号，看外设是否有 DMA 操作请求。操作请求。 5.DMA 控制器的地址线和读写控制线与一般的接口控制芯片的相应信号线有什控制器的地址线和读写控制线与一般的接口控制芯片的相应信号线有什 么不同？么不同？ 由于由于 DMA 可以作为系统的主控器， 所以在地址线和读写控制线的设置上与可以作为系统的主控器， 所以在地址线和读写控制线的设置上与 一般的接口控制芯片有所不同，主要体现在以下几个方面：一般的接口控制芯片有所不同，主要体现在以下几个方面： （1） 地址线中的端口选择信号线是双向的， 被动态时接收地址线中的端口选择信号线是双向的， 被动态时接收 CPU 发出的低发出的低 位地址，位地址， 实现片内端口选择； 主动态时发出内存地址的低位。 如：实现片内端口选择； 主动态时发出内存地址的低位。 如： 8237A-5 的的 A0A3 （2） 除了端口选择信号线，还有其他的地址线，输出方向，用于主动态除了端口选择信号线，还有其他的地址线，输出方向，用于主动态 发出内存地址。如：发出内存地址。如：8237A-5 的的 A4A7（发出内存地址的（发出内存地址的 A4 7） ，） ，DB0 7（送出内存地址的 （送出内存地址的 A8 15） （3） 读写控制信号中的读写控制信号中的 、 是双向的，被动态时接收是双向的，被动态时接收 CPU 的的 读写信号；主动态时向读写信号；主动态时向 I/O 发出读写控制信号发出读写控制信号 （4） 除了除了 和和 以外，读写控制信号还设置了以外，读写控制信号还设置了 和和 ， 输出方向，用于在主动态时向存储器发出读写控制信号输出方向，用于在主动态时向存储器发出读写控制信号 6.可可编程编程 DMA 控制器控制器 8237A-5 的操作功能由它的寄存器内容来体现，请指出它的操作功能由它的寄存器内容来体现，请指出它 有哪些寄存器，其功能如何？有哪些寄存器，其功能如何？ 8237A-5 的内部寄存器有以下几种：的内部寄存器有以下几种： （14） 基地址寄存器：基地址寄存器：16 位，每个通道都有。寄存内存首址，写入后不变，位，每个通道都有。寄存内存首址，写入后不变， 自动预置方式中用于为当前地址寄存器重新装入初值自动预置方式中用于为当前地址寄存器重新装入初值 （15） 当前地址寄存器：当前地址寄存器：16 位，提供当前操作的内存单元的地址，具有自位，提供当前操作的内存单元的地址，具有自 动修改的功能动修改的功能 （16） 基字节计数器：基字节计数器： 16 位， 每个通道都有。 寄存操作数据块的大小 （位， 每个通道都有。 寄存操作数据块的大小 （N-1） ，） ， 写入后不变，自动预置方式中用于为当前字节计数器重新装入初值写入后不变，自动预置方式中用于为当前字节计数器重新装入初值 （17） 当前字节计数器：当前字节计数器：16 位，指示当前还有多少字节没有操作，具有自位，指示当前还有多少字节没有操作，具有自 动减动减 1 的功能的功能 （18） 命令寄存器：用于设置该片命令寄存器：用于设置该片 8237A-5 的工作条件及相关信息的工作条件及相关信息 （19） 状态寄存器：寄存各通道是否已完成状态寄存器：寄存各通道是否已完成 DMA 操作及是否有未处理的操作及是否有未处理的 DMA 请求请求 （20） 请求寄存器：用于软件发出请求寄存器：用于软件发出 DMA 请求请求 （21） 屏蔽寄存器：用于控制各通道是否允许屏蔽寄存器：用于控制各通道是否允许 DMA 请求请求 （22） 方式寄存器：用于设置各通道具体的工作方式方式寄存器：用于设置各通道具体的工作方式 （23） 暂存寄存器：在存储器到存储器的数据传送方式中，用于暂存由源暂存寄存器：在存储器到存储器的数据传送方式中，用于暂存由源 单元中读出的数据单元中读出的数据 7.什么叫软命令？什么叫软命令？8237A-5 有几个软命令？有几个软命令？ 所谓软命令就是只要对特定的地址进行一次写操作（即所谓软命令就是只要对特定的地址进行一次写操作（即 、 及内部及内部 寄存器地址同时有效） ，命令就生效，与写入的寄存器地址同时有效） ，命令就生效，与写入的具体数据无关。具体数据无关。 8237A-5 有有 3 条软命令：清先条软命令：清先/后触发器软命令、总清除软命令、清屏蔽寄后触发器软命令、总清除软命令、清屏蔽寄 存器软命令。存器软命令。 8.什么是什么是 DMA 页面地址寄存器？它的作用如何？页面地址寄存器？它的作用如何？ 由于由于 DMAC8237A-5 只能提供内存地址的低只能提供内存地址的低 16 位，而实际中内存地址可能位，而实际中内存地址可能 是是 20 位、位、24 位或位或 32 位的，等等，这样就要在位的，等等，这样就要在 DMA 系统中配置寄存器组，由系统中配置寄存器组，由 这些寄存器组提供存储器的高位地址，这些寄存器组就是页面地址寄存器。它这些寄存器组提供存储器的高位地址，这些寄存器组就是页面地址寄存器。它 IOW IOR MEMR MEMW IOW IOR CS IOW 的作用是提供存储单元的页面地址，即高位地址。的作用是提供存储单元的页面地址，即高位地址。 9.采用采用 DMA 方式在内存与方式在内存与 I/O 设备之间传送数据时，设备之间传送数据时，DMA 控制器控制器 8237A-5 怎怎 样实现对样实现对 I/O 设备的寻设备的寻址？址？ DMA 控制器控制器 8237A-5 提供提供 DACK 信号给信号给 I/O 设备，取代其地址选择信号，设备，取代其地址选择信号， 使申请使申请 DMA 传送并被允许的设备在传送并被允许的设备在 DMA 传送过程中一直是有效设备。即：用传送过程中一直是有效设备。即：用 DACK 信号取代了芯片选择和片内端口选择信号。信号取代了芯片选择和片内端口选择信号。 10.DMA 控制器控制器 8237A-5 在系统中如何生成访问内存的有效地址？在系统中如何生成访问内存的有效地址？ 内存地址是通过地址线传送的，如在内存地址是通过地址线传送的，如在 PC 机系统中，机系统中，20 位物理地址由几部位物理地址由几部 分构成：分构成： A0 7：由：由 8237A-5 的的 A07引脚直接发出引脚直接发出 A8 15：由：由 8237A-5 的的 DB07引脚发出，然后由外部地址锁存器锁存后提供引脚发出，然后由外部地址锁存器锁存后提供 A16 19：由页面地址寄存器：由页面地址寄存器 74LS670 提供提供 A47 11.IBM-PC 系列微机中系列微机中 DMA 系统的配置情况有哪两种？系统的配置情况有哪两种？ 在在 IBM-PC 系列微机中系列微机中 DMA 系统有单片系统有单片 DMAC 和双片和双片 DMAC 两种配置。两种配置。 单片系统：支持单片系统：支持 4 个通道的个通道的 8 位数据传送。每个通道有位数据传送。每个通道有 64KB 的计数能力，的计数能力， 有一个能提供有一个能提供 4 位地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到位地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到 1MB 双片系统：支持双片系统：支持 7 个通道的数据传送，其中个通道的数据传送，其中 3 个通道支持个通道支持 8 位传送，位传送，4 个通个通 道支持道支持 16 位传送。每个通道有位传送。每个通道有 64KB 的计数能力，系统配置了一个能提供的计数能力，系统配置了一个能提供 8 位位 地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到 16MB。 12.用户利用用户利用 P