计算机通信接口技术ch1

1、第一节第一节 PC的总线结构和的总线结构和I/O接口方框图接口方框图 CPU地址总线（地址总线（AB）RAMI/O接口接口I/O设备设备ROM数据总线（数据总线（DB）控制总线（控制总线（CB）1.1.计算机系统的组成：计算机系统的组成： 中央处理器（中央处理器（CPUCPU）、存储器、输入输出系统）、存储器、输入输出系统2.2.计算机系统的标准结构：总线结构计算机系统的标准结构：总线结构3.3.计算机的三总线结构：地址总线、数据总线、控制总线计算机的三总线结构：地址总线、数据总线、控制总线8255、8250、82518253、8259键盘、打印机键盘、打印机显示器、软硬盘显示器、软硬盘A/D

2、、D/A等等4.总线结构的优点：总线结构的优点：（1）简化了软、硬件的设计）简化了软、硬件的设计（2）简化了系统结构）简化了系统结构（3）便于系统的扩展和更新）便于系统的扩展和更新5. I/O接口接口（1）定义：）定义：（2）组成：总线连接逻辑、）组成：总线连接逻辑、I/O端口端口（3）总线连接逻辑包括：）总线连接逻辑包括：I/O端口寻址逻辑、信号（如读、写）转换逻辑、端口寻址逻辑、信号（如读、写）转换逻辑、缓冲逻辑缓冲逻辑（4）I/O端口信号类型：数据、输入状态、输出控制端口信号类型：数据、输入状态、输出控制（5）I/O端口方向：输入端口、输出端口、双向端口端口方向：输入端口、输出端口、双向

3、端口CPU接口电路接口电路I/O设备设备数据数据DB控制信号控制信号CB状态信号状态信号可能是单向的可能是单向的AB总线连接逻辑I/O端口PS2鼠标鼠标PS2键盘键盘千兆网千兆网10/100M网卡网卡USB并行口并行口MIDI/游戏接口游戏接口显示器接口显示器接口13941394a麦克风麦克风/音箱音箱/线入接口线入接口串行口串行口1.输入口：输入口：CPU 接口电路接口电路 外设外设（1）逻辑电路：）逻辑电路：DB07（数据总线）、（数据总线）、PSn(由地址总线译码产生由地址总线译码产生)、IOR（控制总线、相同的）（控制总线、相同的）（2）对输入口电路的要求：执行输入指令时，才把数据送到

4、总线上，平时不能）对输入口电路的要求：执行输入指令时，才把数据送到总线上，平时不能对总线有任何影响，所以通过对总线有任何影响，所以通过三态门（三态缓冲器）三态门（三态缓冲器）接在总线上。接在总线上。（3）工作过程分析：）工作过程分析：A.说明电路连接情况说明电路连接情况B.不交换数据时，不交换数据时，PS和和IOR均为高电平，三态门呈高阻态，端口数据对均为高电平，三态门呈高阻态，端口数据对总线无影响总线无影响C.输入数据时输入数据时PS和和IOR有效，三态门被使能，数据送到总线上有效，三态门被使能，数据送到总线上第二节第二节 输入口和输出口输入口和输出口（与图与图1-2-1一致一致）2.输出口

5、输出口:CPU 接口电路接口电路 外设外设（1）对输出口电路的要求：由于）对输出口电路的要求：由于CPU向总线输出数据的时间很短向总线输出数据的时间很短（少于（少于1us），而外设需要数据的持续时间比较长，所以输出口要），而外设需要数据的持续时间比较长，所以输出口要有保持数据的功能，用锁存器即可。有保持数据的功能，用锁存器即可。（2）逻辑电路：）逻辑电路：DB07、PSn(由地址总线译码产生由地址总线译码产生)、IOW（相同（相同的）的）（3）工作过程分析：）工作过程分析：A.说明电路连接情况说明电路连接情况B.执行输出指令时，执行输出指令时，PS和和IOW由无效变为有效，在由无效变为有效，在

6、CLK引脚引脚产生上升沿，总线数据被锁存到锁存器的输出端产生上升沿，总线数据被锁存到锁存器的输出端1.概念：概念： 时钟周期、总线周期和指令周期时钟周期、总线周期和指令周期 每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称每两个时钟脉冲上升（下降）沿之间的时间间隔称为为T状态，也称为状态，也称为 TCPU与存储器或输入与存储器或输入/输出端口进行一次数据交换所输出端口进行一次数据交换所花费的时间称为一个花费的时间称为一个 对于对于8088CPU, 它的总线周期是其与存储器或输入它的总线周期是其与存储器或输入/输出端口存取一个字节所花费的时间。输出端口存取一个字节所花费的时间。执行一条指令所需要的时

7、间称为执行一条指令所需要的时间称为第三节第三节 I/O端口操作时序端口操作时序2.I/O端口读周期时序（端口读周期时序（PC/XT机）机）（1）包含）包含5个时钟周期个时钟周期（2）指令：）指令：IN（3）解释工作过程）解释工作过程3.I/O端口写周期时序（端口写周期时序（PC/XT机）机）（1）包含）包含5个时钟周期个时钟周期（2）指令：）指令：OUT（3）解释工作过程）解释工作过程4.结论：接口设计必须满足工作时序的要求。结论：接口设计必须满足工作时序的要求。第四节第四节 I/O编址与访问编址与访问是供是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或直接存取访问的接口中的寄存器或电路。电路。接口中

8、的命令口、状态口和数据口均为接口中的命令口、状态口和数据口均为I/O端口。端口。是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加上该接口的基地址称为该端口的上该接口的基地址称为该端口的CPU通过向命令端口发命令来对接口，最终对设备进通过向命令端口发命令来对接口，最终对设备进行控制。访问设备实际上是访问相关的端口。行控制。访问设备实际上是访问相关的端口。一个接口中有多个一个接口中有多个I/O端口；端口；一个一个I/O端口可接受多种命令，对应多个寄存器。端口可接受多种命令，对应多个寄存器。一个一个I/O端口等同于一个存储器单元。端口等同于一个存储器单元。存储

9、单元和存储单元和I/O端口统一编址。端口统一编址。 对对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，端口的访问命令与对存储器单元访问相同，不必使用专用不必使用专用I/O指令；指令； 外设数目或外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。寄存器数几乎不受限制。 系统读写控制逻辑较简单。系统读写控制逻辑较简单。 I/O端口占用部分端口占用部分MEM空间，可用空间，可用MEM空间减小；空间减小； 对对MEM访问指令较长，执行速度较慢；访问指令较长，执行速度较慢； I/O端口地址译码时间较长。端口地址译码时间较长。MEMMEM空间空间I/OI/O空间空间N-1N-1K KK-1K-10 0存储类指令存储类指

10、令Motorola系列和系列和Apple 系列均采用此方式系列均采用此方式 I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。端口地址空间与存储器地址空间相互独立。Z-80系列和系列和x86系列均采用此方式。系列均采用此方式。 MEM地址空间不受地址空间不受I/O端口地址空间影响；端口地址空间影响； I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快，使得此类指令执行速度快单，速度较快，使得此类指令执行速度快； 使用专用使用专用I/O命令命令(IN/OUT)，与，与MEM访问命令访问命令(LOAD/STORE、MOV)有明显区别有明显区别,便于理解和便于理

11、解和检查。检查。MEMMEMI/OI/O设备设备N-1N-10 0存储类指令存储类指令I/OI/O类指令类指令K-1K-10 0 专用专用I/O指令增加指令系统复杂性，且指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型指令类型少，寻址方式也少，程序设计灵活性较差；少，寻址方式也少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供要求处理器提供MEMR/MEMW和和IOR/IOW两组控两组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。制信号，增加了控制逻辑的复杂性。I/O端口支持直接寻址和间接寻址方式。端口支持直接寻址和间接寻址方式。是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围为是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围为00HFFH共共2

12、56个。个。是使用是使用DX寄存器间接给出寄存器间接给出I/O端口地址，可端口地址，可寻址的范围是寻址的范围是0000HFFFFH共共64K个端口。个端口。理论上有理论上有64K个独立编址的个独立编址的8位端位端口空间。两个连续口空间。两个连续8位端口可作为位端口可作为16位端口，位端口，4个连续个连续的的8位端口可作为位端口可作为32位端口处理。注意端口地址对齐。位端口处理。注意端口地址对齐。借用借用和和以及以及组成。组成。INSB/W/D、OUTSB/W/D。用用DX指定指定I/O端口地址，输入端口地址，输入/输出时的目的输出时的目的/源源RAM地址用地址用ES:DI(EDI)/DS:SI

13、(ESI)指定。指定。EFLAG寄存器中寄存器中DF位来决定地址加和减。位来决定地址加和减。通过前缀通过前缀REP在在I/O端口和连续的存储器空间端口和连续的存储器空间之间传送数据之间传送数据IN、OUT。完成完成I/O端口和端口和EAX、AX、AL之间的数据传之间的数据传送，可使用直接寻址和间接寻址方式。送，可使用直接寻址和间接寻址方式。 举例：举例：mov dx, 3fdhmov al, 36h in al, dxout 43h, al第五节第五节 输入输出控制方式输入输出控制方式I时假设外设已准备好，时假设外设已准备好，O时假设外设空闲。时假设外设空闲。接口接口I时加缓冲器，时加缓冲器，

14、O时加锁存器。时加锁存器。对简单外设的操作。对简单外设的操作。CPU与外设可同时工作。与外设可同时工作。接口中需要中断控制逻辑支持。接口中需要中断控制逻辑支持。适用与非高速度大量数据传送时。适用与非高速度大量数据传送时。数据的传送不经过数据的传送不经过CPU而由而由DMA负责，但负责，但I/O设备设备管理由管理由CPU控制，简化控制，简化CPU对对I/O的控制。的控制。（见（见P9.图图1-5-4）需要需要DMA控制器及相关逻辑支持。控制器及相关逻辑支持。适用与高速度大量数据传送时。适用与高速度大量数据传送时。 (如：软盘、硬盘数据传输如：软盘、硬盘数据传输)1.根据通信的方向，通信分为：根据通信的方向，通信分为：（1）单工通信：单向通信）单工通信：单向通信（2）半双工通信：交替双向通信）半双工通信：交替双向通信（3）全双工通信：同时双向通信）全双工通信：同时双向通信2.根据能同时传输的数据位数，通信分为：根据能同时传输的数据位数，通信分为：（1）并行通信）并行通信（2）串行通信）串行通信第七节第七节 （了解）（了解）第六节第六节 计算机通信的基本概念计算机通信的基本概念补充：汇编语言程序设计基础补充：汇编语言程序设计基础6. 8086/8088微处理器微处理器 AH ALBH BLCH CLDH DLS