接口技术概述

1、第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 计算机接口技术计算机接口技术 庄琴生庄琴生 编著编著 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社Name:唐启见Tel-mail:第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 简单回顾简单回顾1、汇编程序的作用、汇编程序的作用2、由汇编源程序到执行文件的处理过程、由汇编源程序到执行文件的处理过程3、数制转换、数制转换 将十进制数将十进制数0.625分别转换成二、八、十六进制数。分别转换成二、八、十六进制数。4、8088支持的数据类型及其有效范围支持的数据类型及其有效范围5、系统总线、系统总线6、内存与物理

2、地址、内存与物理地址7、8086微处理器的组成及寄存器结构微处理器的组成及寄存器结构第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 内部暂存器内部暂存器 IP ES SS DS CS输入输入/输出输出控制电路控制电路外部总线外部总线执行部分执行部分控制电路控制电路1 2 3 4 5 6ALU标志寄存器标志寄存器 AH AL BH BLCH CL DH DL SP BP SI DI通用寄存器通用寄存器地址加法器地址加法器指令队列缓冲器指令队列缓冲器执行部件执行部件 （EU)总线接口部件总线接口部件 （BIU)16位位20位位16位位8位位8086CPU8086CPU结构示意图结构示意图第第

3、1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 相关科目相关科目计算机文化基础C语言程序设计汇编语言程序设计单片机原理及应用DSP原理及应用PLC原理及应用ARM嵌入式开发第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 本书的主要内容本书的主要内容一、计算机接口技术概述二、总线技术三、中断接口技术四、定时器/计数器接口电路五、并行接口六、串行通信接口七、模/数（A/D）与数/模（D/A）转换八、DMA技术九、人机交互接口与常用标准接口第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 第第1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1 接口技术的基本概念接口技术的基本概念 1.

4、2 计算机与外设之间的数据传送方式计算机与外设之间的数据传送方式 1.3 无条件传送接口实验无条件传送接口实验 习题习题1 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.理解微机接口的基本概念、接口的功能、接口信息及接口的编址方式。2.熟练掌握四种计算机与外设之间的数据传送方式；本章主要教学目的及要求1.1 接口技术的基本概念 1.2 计算机与外设之间的数据传送方式 1.3 无条件传送接口实验本章主要教学内容第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1 接口技术的基本概念接口技术的基本概念 在计算机系统中除了在计算机系统中除了CPU以及基本硬件之外，还有以及基本硬件

5、之外，还有各种外部设备，比如显示器、键盘、打印机、磁盘驱各种外部设备，比如显示器、键盘、打印机、磁盘驱动器、光盘驱动器等。这些外部设备需要与动器、光盘驱动器等。这些外部设备需要与CPU进行进行大量的信息交换，根据大量的信息交换，根据CPU的要求进行各种操作。进的要求进行各种操作。进行信息交换时，由于各种原因行信息交换时，由于各种原因(比如电平、时序等的不比如电平、时序等的不同同)，这些外部设备不能与，这些外部设备不能与CPU直接相连，它们之间的直接相连，它们之间的信息交换必须经过一个中间电路，也就是接口电路。信息交换必须经过一个中间电路，也就是接口电路。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机

6、接口技术概述 外部设备多种多样，可以是机械式、电子式或其它外部设备多种多样，可以是机械式、电子式或其它形式的；输入形式的；输入/输出的信息不相同，可以是数字量、模输出的信息不相同，可以是数字量、模拟量或开关量；信息传输的速度也不相同，键盘输入拟量或开关量；信息传输的速度也不相同，键盘输入的速度是的速度是秒数量级秒数量级，而磁盘输入的速度最高可达，而磁盘输入的速度最高可达百兆百兆位位/秒秒以上。以上。 另外，与另外，与CPU进行交换的信息的来源也不相同，进行交换的信息的来源也不相同，它们可以来自于计算机的系统硬件它们可以来自于计算机的系统硬件(比如键盘、显示器、比如键盘、显示器、磁盘机等磁盘机等

7、)，也可以来自于外部控制系统或现场采集到，也可以来自于外部控制系统或现场采集到的信息。的信息。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1.1 接口的功能与基本结构接口的功能与基本结构 接口接口(Interface)是两个部件之间的连接点或界面。是两个部件之间的连接点或界面。计算机接口技术就是研究计算机接口技术就是研究CPU如何与外部设备进行连如何与外部设备进行连接、耦合、匹配，以便实现接、耦合、匹配，以便实现CPU与外部设备之间高速、与外部设备之间高速、可靠地进行信息交换的一门技术，是计算机系统应用可靠地进行信息交换的一门技术，是计算机系统应用的关键课题之一。的关键课题之一

8、。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1接口应具有的功能接口应具有的功能 1) 对外部设备的寻址功能对外部设备的寻址功能 计算机系统中往往有多种类型的外部设备，相同计算机系统中往往有多种类型的外部设备，相同类型的外部设备也可能不止一台。类型的外部设备也可能不止一台。CPU在同一时刻只在同一时刻只能与一台外设通信能与一台外设通信(当然可以通过分时、轮询等，实现当然可以通过分时、轮询等，实现逻辑上的并行操作逻辑上的并行操作)。 2) 信号转换功能信号转换功能 外部设备的信号电平可能不是外部设备的信号电平可能不是TTL电平或电平或CMOS电平，因此需要由接口电路来完成信号电平的转

9、换。电平，因此需要由接口电路来完成信号电平的转换。 TTL与与CMOS相比，电平不同，相比，电平不同，需要有转换电路才能连接。区需要有转换电路才能连接。区别是别是TTL电流大，速度快，功电流大，速度快，功耗大，耗大，CMOS电流小，速度稍电流小，速度稍慢，功耗小，对称性好，在慢，功耗小，对称性好，在CMOS里也没有悬空表示高电里也没有悬空表示高电平的说法，而是不定态，在应平的说法，而是不定态，在应用中输入信号要避免悬空用中输入信号要避免悬空 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 3) 数据缓冲功能数据缓冲功能 外部设备的工作速率远远低于外部设备的工作速率远远低于CPU的速率，为

10、了提的速率，为了提高高CPU的工作效率并避免丢失数据，接口中必须有数据的工作效率并避免丢失数据，接口中必须有数据缓冲器。缓冲器。 4) 联络功能联络功能 接口应当具备握手信号或者能够提供状态信息。接口应当具备握手信号或者能够提供状态信息。CPU送来的控制信号、外部设备的工作状况以及应答信送来的控制信号、外部设备的工作状况以及应答信号都要通过接口与号都要通过接口与CPU以以“握手联络握手联络”的方式进行交互。的方式进行交互。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 5) 中断管理功能中断管理功能 CPU与外设之间的通信采用中断方式，有利于提与外设之间的通信采用中断方式，有利于提高高

11、CPU的利用率。的利用率。 6) 可编程功能可编程功能 为了使接口具有较强的灵活性、可扩充性以适应为了使接口具有较强的灵活性、可扩充性以适应多种工作方式或工作状态，接口应具有可编程的特性。多种工作方式或工作状态，接口应具有可编程的特性。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2接口电路的基本结构接口电路的基本结构 接口电路的基本结构如图接口电路的基本结构如图1-1所示。在与所示。在与CPU相连相连的一侧，接口电路通过地址总线的一侧，接口电路通过地址总线AB、数据总线、数据总线DB以以及控制总线及控制总线CB与与CPU连接。连接。 地址总线（地址总线（AB）用来提供访问接口电路的

12、地址信息。）用来提供访问接口电路的地址信息。 数据总线（数据总线（DB）用来与接口电路交换数据信息、状态）用来与接口电路交换数据信息、状态信息和命令信息。信息和命令信息。 控制总线（控制总线（CB）包括）包括IO/M、 、 、INTR等信号线。等信号线。RDWR第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 在与在与I/O设备连接的一侧，接口电路通过数据线设备连接的一侧，接口电路通过数据线DATA、状态线、状态线STATUS、控制线、控制线CONTROL与与I/O设设备相连。备相连。 接口电路处于接口电路处于CPU与外部设备之间，是与外部设备之间，是CPU与外部与外部设备之间进行通信的桥

13、梁。接口电路内部一般包括数设备之间进行通信的桥梁。接口电路内部一般包括数据据I/O缓冲器、状态寄存器、命令控制寄存器和中断控缓冲器、状态寄存器、命令控制寄存器和中断控制逻辑等部分。制逻辑等部分。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 数据I/O缓冲器状态寄存器命令控制寄存器中断控制逻辑CPUINTRWRRDMIO/(端口地址)接口电路ABDBDATAI/O设备STATUSCONTROL图图1-1 接口电路的基本结构接口电路的基本结构第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.1.2 接口信息与端口的编址方式接口信息与端口的编址方式 1CPU与外设之间的接口信息与外设

14、之间的接口信息 CPU与外设之间传送的信息通常包括数据信息、状与外设之间传送的信息通常包括数据信息、状态信息和控制信息。态信息和控制信息。 1) 数据信息数据信息 数据信息是最基本，也是最重要的一种信息，它包数据信息是最基本，也是最重要的一种信息，它包括数字量、模拟量和开关量。括数字量、模拟量和开关量。 数字量：通常为数字量：通常为8位、位、16位或位或32位的二进制数据或位的二进制数据或ASCII码数据。码数据。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 模拟量：当计算机用于控制系统或数据采集系统模拟量：当计算机用于控制系统或数据采集系统时，大量的现场信息时，大量的现场信息(比如温

15、度、压力、流量和速度等比如温度、压力、流量和速度等)是连续变化的物理量。这些物理量经过传感器被转换是连续变化的物理量。这些物理量经过传感器被转换成电信号，再经过放大、整形等处理后得到电流或电成电信号，再经过放大、整形等处理后得到电流或电压，这些电流或电压仍旧是模拟量。压，这些电流或电压仍旧是模拟量。 开关量：是一些只有两个状态的量，如开关的闭开关量：是一些只有两个状态的量，如开关的闭合与断开、继电器触点的打开与吸合等，用一位二进合与断开、继电器触点的打开与吸合等，用一位二进制数制数“0”或或“l”表示。表示。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2) 状态信息状态信息 状态信

16、息反映当前外部设备所处的工作状态。输状态信息反映当前外部设备所处的工作状态。输入时，入时，CPU常要先查询输入设备是否准备好常要先查询输入设备是否准备好(Ready1？)，准备好了才可以输入；输出时，准备好了才可以输入；输出时，CPU常要查询常要查询输出设备是否空闲输出设备是否空闲(Busy0 ?)，如果输出设备不忙，如果输出设备不忙(Busy0)，则，则CPU向该外部设备输出数据。向该外部设备输出数据。CPU根据根据接口电路提供的输入接口电路提供的输入/输出设备的状态信息，决定是否输出设备的状态信息，决定是否进行数据的输入或输出。进行数据的输入或输出。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机

17、接口技术概述 3) 控制信息控制信息 控制信息是控制输入控制信息是控制输入/输出设备启动、停止或执行某输出设备启动、停止或执行某种特定操作的信息。种特定操作的信息。 综上所述，接口电路传送三种不同类型的信息，综上所述，接口电路传送三种不同类型的信息，即数据信息、状态信息和控制信息。三种信息的性质即数据信息、状态信息和控制信息。三种信息的性质不同，要通过不同的端口分别传送。不同，要通过不同的端口分别传送。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2端口的编址方式端口的编址方式 输入输入/输出端口输出端口(即即I/O端口端口)的编址方式主要有两种：的编址方式主要有两种：内存和内存和I

18、/O端口统一编址端口统一编址及及I/O端口单独编址端口单独编址。 1) 内存和内存和I/O端口统一编址端口统一编址 I/O端口和存储单元统一编址是在整个存储空间中端口和存储单元统一编址是在整个存储空间中划分出一部分地址空间给外设端口使用。划分出一部分地址空间给外设端口使用。 I/O端口和存储单元统一编址方式的优点在于端口和存储单元统一编址方式的优点在于I/O端口的地址空间较大，对端口进行操作的指令功能较端口的地址空间较大，对端口进行操作的指令功能较强，使用时灵活方便。强，使用时灵活方便。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2) I/O端口单独编址端口单独编址 I/O端口的地

19、址空间单独编址，与内存单元的地址端口的地址空间单独编址，与内存单元的地址空间相互分开，各自独立。空间相互分开，各自独立。8086/8088系统中就采用这系统中就采用这种编址方式。种编址方式。 8086/8088系统的系统的8位位I/O端口地址空间是端口地址空间是064 KB，地址总线中地址总线中A15A0就可提供寻址就可提供寻址64 KB I/O端口地址端口地址空间的能力。空间的能力。 I/O端口单独编址方式的端口单独编址方式的优点优点是：不占用内存单元是：不占用内存单元的有效地址空间，地址译码器较简单，端口操作指令的有效地址空间，地址译码器较简单，端口操作指令长度较短，执行速度较快。长度较短

20、，执行速度较快。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2 计算机与外设之间的数据传送方式计算机与外设之间的数据传送方式 1.2.1 无条件传送方式无条件传送方式 无条件传送方式是最简单的数据传送方式。在这无条件传送方式是最简单的数据传送方式。在这种传送方式中，假设外设已处于就绪状态。种传送方式中，假设外设已处于就绪状态。 图图1-2 为无条件传送方式输入为无条件传送方式输入/输出接口示意图。输出接口示意图。图中经地址总线把选中外设的地址信息送往端口译码图中经地址总线把选中外设的地址信息送往端口译码器，当器，当IO/M为高电平时可以进行输入为高电平时可以进行输入/输出操作。

21、输出操作。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 输出锁存器输入缓冲器输出设备输入设备端口译码器RDWR数据总线地址总线M/IO图图1-2 无条件传送方式输入无条件传送方式输入/输出接口示意图输出接口示意图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.1 一个无条件传送输入和输出的具体实例如一个无条件传送输入和输出的具体实例如图图1-3所示。图中八个开关可以看成是输入设备，八个所示。图中八个开关可以看成是输入设备，八个发光二极管发光二极管(LED)可以看成是输出设备，用集成电路可以看成是输出设备，用集成电路芯片和与非门等组成接口电路。输入设备和输出设备芯片和与非

22、门等组成接口电路。输入设备和输出设备具有相同的端口地址，通过具有相同的端口地址，通过 和和 来区别是进行来区别是进行输入还是输出操作。假设输入设备和输出设备的端口输入还是输出操作。假设输入设备和输出设备的端口地址为地址为218H。要求根据八个开关的通断状态点亮或熄。要求根据八个开关的通断状态点亮或熄灭对应的发光二极管，开关可以根据需要随时拨动。灭对应的发光二极管，开关可以根据需要随时拨动。RDWR第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 RDWR74LS244GI1I2三态缓冲器O8O1I8K0K1K75 V74LS3738D三态锁存器D8D1G端口译码器M/IOOE地址总线D7D

23、0数据总线5 VLED7LED1LED0810 k8300 图图1-3 开关状态读取与开关状态读取与LED显示接口电路显示接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 解解 作为输入设备的八个开关连接由三态缓冲器作为输入设备的八个开关连接由三态缓冲器(三态门三态门)74LS244构成的输入口。八个开关的另一端都构成的输入口。八个开关的另一端都接地，同时接地，同时74LS244的输入端的输入端I1I8通过电阻接到高电通过电阻接到高电平。平。 8D三态锁存器三态锁存器74LS373构成输出口，连接到作为构成输出口，连接到作为输出设备的八个发光二极管输出设备的八个发光二极管(LED)

24、。八个发光二极管的。八个发光二极管的另一端都经电阻连接到高电平。另一端都经电阻连接到高电平。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 程序的执行过程是：程序的执行过程是：CPU读取各开关的状态数据，然读取各开关的状态数据，然后把读入的开关状态数据输出到后把读入的开关状态数据输出到74LS373；重复执行上述；重复执行上述过程以满足八个开关可以随时拨动的需要。程序如下：过程以满足八个开关可以随时拨动的需要。程序如下：LOP：MOV DX, 218H；DX指向端口地址指向端口地址 IN AL， DX；从输入口读取开关状态；从输入口读取开关状态 OUT DX， AL ；把读入的开关状态

25、数据送到输出口显示；把读入的开关状态数据送到输出口显示 CALL DELAY ；延时；延时10 ms的子程序的子程序 JMP LOP 程序中程序中DELAY是延时是延时10 ms的子程序，未单独列出。的子程序，未单独列出。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.2 查询传送方式查询传送方式 无条件传送方式中程序不查询外设的状态，直接无条件传送方式中程序不查询外设的状态，直接用输入用输入/输出指令进行数据传送，在外设不处于就绪状输出指令进行数据传送，在外设不处于就绪状态或外设发生故障时就会产生数据错误或数据丢失。态或外设发生故障时就会产生数据错误或数据丢失。为了解决这一问

26、题，人们考虑采用查询传送方式。为了解决这一问题，人们考虑采用查询传送方式。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1查询输入查询输入 查询输入的工作流程如图查询输入的工作流程如图1-4所示。所示。CPU读入输入设读入输入设备的状态信息，判断输入设备是否准备好，如果输入备的状态信息，判断输入设备是否准备好，如果输入设备没有准备好，则继续查询输入设备的状态，直至设备没有准备好，则继续查询输入设备的状态，直至输入设备准备好后才输入数据。输入设备准备好后才输入数据。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 输入状态信息READY？输入数据NY图图1-4 查询传送输入流程图查

27、询传送输入流程图第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 查询输入的接口电路如图查询输入的接口电路如图1-5所示。查询输入的具体所示。查询输入的具体工作过程如下：工作过程如下： (1) 当输入设备准备好输入数据时，发出选通信号，当输入设备准备好输入数据时，发出选通信号，使输入数据锁存入使输入数据锁存入8位锁存器；并使位锁存器；并使D触发器置触发器置1，作，作为输入设备的为输入设备的READY信号，送到三态缓冲器信号，送到三态缓冲器8位中的位中的某一位上。某一位上。 (2) 当当CPU准备输入数据时，从地址总线发出该设备准备输入数据时，从地址总线发出该设备的状态端口地址，使的状态端口

28、地址，使IO/ 为有效高电平，使为有效高电平，使 为有为有效低电平，读出三态缓冲器中的效低电平，读出三态缓冲器中的8位信息并检测状态位位信息并检测状态位(1位位)的的READY信息。信息。MRD第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3) 如果如果READY1，则表示输入设备准备好，执行，则表示输入设备准备好，执行(4)，否则继续执行，否则继续执行(2)。 (4) CPU从地址总线发出该设备的数据端口地址，使从地址总线发出该设备的数据端口地址，使IO/ 为有效高电平，使为有效高电平，使 为有效低电平，经数据总为有效低电平，经数据总线读出线读出8位数据缓冲器中的信息，并使位数据缓

29、冲器中的信息，并使D触发器清触发器清0，READY信号回到未准备好状态。信号回到未准备好状态。 IO/ 和和 的有效电平，会在的有效电平，会在CPU执行执行IN指令时自指令时自动发出。动发出。MRDMRD第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 8位数据缓冲器8位锁存器数据R选通输入设备DQ(1位)三态缓冲器数据总线READY5 V端口译码地址总线RDM/IO图图1-5 查询输入的接口电路查询输入的接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.2 设输入设备的状态端口设输入设备的状态端口(8位位)地址为地址为S_PORT，状态端口的状态端口的D7位为位为1，

30、表示输入设备准备好。数据端口，表示输入设备准备好。数据端口(8位位)的地址为的地址为D_PORT，以查询传送方式从该外设输，以查询传送方式从该外设输入入1个字节的数据并存入个字节的数据并存入D_BUF内存单元。程序如下：内存单元。程序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 MOV DX，S_PORTLOP：IN AL，DX TEST AL，80H JE LOP MOV DX，D_PORT IN AL，DX MOV D_BUF，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.3 设系统中有三个独立的输入设备，三个输入设系统中有三个独立的输入设备，三个输入设备

31、的状态端口设备的状态端口(8位位)地址分别为地址分别为STATUS1、STATUS2和和STATUS3。若状态端口。若状态端口STATUS1的的D7位为位为1，状态，状态端口端口STATUS2的的D6位为位为1，状态端口，状态端口STATUS3的的D5位位为为1，则分别表示各输入设备准备好。三个输入设备的，则分别表示各输入设备准备好。三个输入设备的数据端口数据端口(8位位)的地址分别为的地址分别为DATA_PORT1、DATA_PORT2和和DATA_PORT3，以轮流查询的传送，以轮流查询的传送方式从三个输入设备分别输入数据，并存入各自的内方式从三个输入设备分别输入数据，并存入各自的内存输入

32、缓冲区存输入缓冲区BUFFER1、BUFFER2和和BUFFER3。程。程序如下：序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 MOVSI，OFFSET BUFFER1；SI指向第一个设备的输入缓冲区指向第一个设备的输入缓冲区MOV DI，OFFSET BUFFER2；DI指向第二个设备的输入缓冲区指向第二个设备的输入缓冲区MOV BX，OFFSET BUFFER3；BX指向第三个设备的输入缓冲区指向第三个设备的输入缓冲区MOV CX, 255MOV AL, 0LOP：MOV SI，ALMOV DI，ALMOV BX，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 I

33、NC SIINC DIINC BXDEC CXJNZ LOP；以上程序使输入缓冲区清；以上程序使输入缓冲区清0MOV SI，OFFSET BUFFER1 ；SI指向第一个输入设备的输入缓冲区指向第一个输入设备的输入缓冲区MOV DI，OFFSET BUFFER2 ；DI指向第二个输入设备的输入缓冲区指向第二个输入设备的输入缓冲区MOV BX，OFFSET BUFFER3 ；BX指向第三个输入设备的输入缓冲区指向第三个输入设备的输入缓冲区第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 LOP1：IN AL，STATUS1 ；输入第一个输入设备的状态端口信息；输入第一个输入设备的状态端口信息

34、TEST AL，80HJE LOP2 ；未准备好则转；未准备好则转LOP2IN AL，DATA_PORT1 ；从第一个输入设备的数据口输入数据；从第一个输入设备的数据口输入数据MOV SI，AL ；存入第一个设备的输入缓冲区；存入第一个设备的输入缓冲区INC SI第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 LOP2：IN AL，STATUS2 ；输入第二个输入设备的状态端口信息；输入第二个输入设备的状态端口信息TEST AL，40HJE LOP3 ；未准备好则转；未准备好则转LOP3IN AL，DATA_PORT2 ；从第二个输入设备的数据口输入数据；从第二个输入设备的数据口输入数据

35、MOV DI，AL ；存入第二个设备的输入缓冲区；存入第二个设备的输入缓冲区INC DILOP3：IN AL，STATUS3 ；输入第三个输入设备的状态端口信息；输入第三个输入设备的状态端口信息TEST AL，20H第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 JE LOP4IN AL，DATA_PORT3 ；从第三个输入设备的数据口输入数据；从第三个输入设备的数据口输入数据MOV BX，AL ；存入第三个设备的输入缓冲区；存入第三个设备的输入缓冲区INC BXLOP4：INC CX CMP CX, 255 JNZ LOP1第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 该程序首

36、先使三个输入设备的输入缓冲区清该程序首先使三个输入设备的输入缓冲区清0，然后，然后依次查询每一个输入设备的状态端口，若输入设备准依次查询每一个输入设备的状态端口，若输入设备准备好，则执行输入操作；若没有准备好，则转向下一备好，则执行输入操作；若没有准备好，则转向下一个输入设备进行查询。对于每一个输入设备，无论是个输入设备进行查询。对于每一个输入设备，无论是输入了输入了255个数据或是查询了个数据或是查询了255次都会退出程序的执次都会退出程序的执行。循环次数由程序尾部的行。循环次数由程序尾部的CX中的值进行控制。中的值进行控制。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2查询输出查

37、询输出 查询输出的工作流程如图查询输出的工作流程如图1-6所示。首先所示。首先CPU准备好准备好要输出的数据，要输出的数据，CPU读入输出设备的状态信息，判断读入输出设备的状态信息，判断输出设备是否输出设备是否“忙忙”。如果输出设备。如果输出设备“忙忙”，则继续，则继续输入该设备的状态信息，直至输出设备输入该设备的状态信息，直至输出设备“不忙不忙”，CPU才向输出设备输出数据。查询输出的接口电路如才向输出设备输出数据。查询输出的接口电路如图图1-7所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 准备输出数据BUSY？输出数据YN读状态端口图图1-6 查询传送输出流程图查询传送

38、输出流程图 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 8位数据锁存器数据R应答输出设备DQ(1位)三态缓冲器数据总线5 V端口译码地址总线RDM/IO选通信号BUSYWR 图图1-7 查询输出的接口电路查询输出的接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 查询输出的具体工作过程如下：查询输出的具体工作过程如下： (1) 输出设备输出完数据后发出应答信号，清输出设备输出完数据后发出应答信号，清D触发触发器，使器，使BUSY线为线为0，表示输出设备处于，表示输出设备处于“空闲空闲”或或“不忙不忙”状态。状态。 (2) 当当CPU准备输出数据时，从地址总线发出该外准备输

39、出数据时，从地址总线发出该外部设备的状态端口地址，使部设备的状态端口地址，使IO/ 为有效高电平，为有效高电平，使使 为有效低电平，读出三态缓冲器中的为有效低电平，读出三态缓冲器中的8位信息，并位信息，并检测状态位检测状态位BUSY(1位位)的信息。的信息。MRD第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3) 如果如果BUSY0，则表示输出设备，则表示输出设备“不忙不忙”，执，执行行(4)，否则继续执行，否则继续执行(2)。 (4) CPU从地址总线发出该外设的数据端口地址，从地址总线发出该外设的数据端口地址，使使IO/ 为有效高电平，使为有效高电平，使 为有效低电平，经数为有效

40、低电平，经数据总线把据总线把8位数据送往位数据送往8位锁存器并输出到外设。同时，位锁存器并输出到外设。同时，使使D触发器置触发器置1，即，即BUSY1，表明外设又处于，表明外设又处于“忙忙”的状态。的状态。 IO/ 和的有效电平，会在和的有效电平，会在CPU执行执行IN或或OUT指令时自动发出。指令时自动发出。 MWRMRDWR第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 例例1.4 设输出设备的状态端口设输出设备的状态端口(8位位)地址为地址为SOUT_PORT，状态端口的，状态端口的D7位为位为0，表示输出设备，表示输出设备“不忙不忙”。数据端口。数据端口(8位位)的地址为的地址为

41、DOUT_PORT，以，以查询传送方式把内存单元查询传送方式把内存单元DATA_OUT中中1个字节的数个字节的数据向该外设输出。程序如下：据向该外设输出。程序如下：第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 OUT_PORTBUSY：IN AL，DX TEST AL，80H JNE BUSY MOV AL，DATA_OUT MOV DX，DOUT_PORT OUT DX，AL第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.3 中断传送方式中断传送方式 在查询传送方式中，在查询传送方式中，CPU需要不断地查询外设的需要不断地查询外设的状态，极大地降低了状态，极大地降低了C

42、PU的利用率。为了提高的利用率。为了提高CPU的的利用率，提高输入利用率，提高输入/输出系统的可靠性以及实时性，可输出系统的可靠性以及实时性，可以采用中断传送方式。在中断传送方式中，当外设就以采用中断传送方式。在中断传送方式中，当外设就绪时就向绪时就向CPU发出中断请求，请求发出中断请求，请求CPU处理输入或输处理输入或输出操作。出操作。 1中断处理过程中断处理过程 主程序与中断处理过程的关系如图主程序与中断处理过程的关系如图1-8所示，中断处所示，中断处理过程的流程如图理过程的流程如图1-9所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 主程序中断服务程序继续执行断点中断请

43、求中断返回中断处理图图1-8 主程序与中断处理过程主程序与中断处理过程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 CPU执行完当前一条指令有中断请求？NY中断响应保护现场，保护断点执行中断服务程序恢复现场，恢复断点返回CPU执行下一条指令图图1-9 中断处理过程中断处理过程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 中断处理过程的具体步骤如下中断处理过程的具体步骤如下: (1) CPU执行指令，当执行完一条指令后检测是否执行指令，当执行完一条指令后检测是否有中断请求。有中断请求。 来自于外部设备的中断请求。来自于外部设备的中断请求。 由硬件故障引起的中断请求。由硬件故障引起

44、的中断请求。 在在80 x86系统中，中断请求也可以由软件中断指系统中，中断请求也可以由软件中断指令令INT n或或CPU内部产生的某些运算错误引起，例如，内部产生的某些运算错误引起，例如，除法错误、运算溢出等。除法错误、运算溢出等。 程序调试时的单步中断、断点中断等也会产生中程序调试时的单步中断、断点中断等也会产生中断请求。断请求。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (2) CPU检测到有中断请求，如果检测到有中断请求，如果CPU可以响应中断，可以响应中断，就进行响应中断的准备工作，也就会进入中断响应周就进行响应中断的准备工作，也就会进入中断响应周期。期。CPU可响应中断请

45、求的条件如下：可响应中断请求的条件如下： 现行指令周期内无其他主设备的总线请求。现行指令周期内无其他主设备的总线请求。 中断源的中断请求没有被屏蔽中断源的中断请求没有被屏蔽(即被禁止即被禁止)或者中或者中断源为非屏蔽中断断源为非屏蔽中断(不可禁止的中断请求不可禁止的中断请求)。 在在80 x86系统中，对于外部可屏蔽中断，要求中系统中，对于外部可屏蔽中断，要求中断允许标志断允许标志IF1(即允许中断即允许中断)。 如果如果CPU可响应中断源提出的中断请求，且中断请可响应中断源提出的中断请求，且中断请求不是外部可屏蔽中断，而是其他类型的中断，则直求不是外部可屏蔽中断，而是其他类型的中断，则直接执

46、行接执行(3)。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 对于外部可屏蔽中断，对于外部可屏蔽中断，CPU在当前指令执行结束时，在当前指令执行结束时，就进入中断响应周期，并自动执行如下操作。就进入中断响应周期，并自动执行如下操作。 发出一个中断应答信号发出一个中断应答信号( )，表明，表明CPU已经允已经允许了该中断请求，并准备进行进一步的处理。许了该中断请求，并准备进行进一步的处理。 关中断，在关中断，在80 x86系统中使中断允许标志系统中使中断允许标志IF0，以便使中断响应周期中必须进行的一些操作不会受到以便使中断响应周期中必须进行的一些操作不会受到其它中断源提出的新的中断请求

47、的干扰，能够正确地其它中断源提出的新的中断请求的干扰，能够正确地转入相应的中断服务程序。转入相应的中断服务程序。 把提出中断请求的中断源的中断类型号把提出中断请求的中断源的中断类型号(也被称为也被称为中断矢量中断矢量)送到数据总线，以便送到数据总线，以便CPU据此能找到中断服据此能找到中断服务程序的入口地址。务程序的入口地址。INTA第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3) 保护现场，保护断点。即把当前的机器状态保护现场，保护断点。即把当前的机器状态(也也就是响应中断时的标志寄存器的内容就是响应中断时的标志寄存器的内容)压入堆栈，实现压入堆栈，实现现场的保护。现场的保护。

48、(4) 形成中断服务程序的入口地址。在形成中断服务程序的入口地址。在80 x86系统中，系统中，根据中断矢量将中断服务程序入口地址的段地址送入根据中断矢量将中断服务程序入口地址的段地址送入CS，中断服务程序入口地址的偏移量送入，中断服务程序入口地址的偏移量送入IP后，就转后，就转入中断服务程序并开始执行。入中断服务程序并开始执行。 (5) 在中断服务程序中，在中断服务程序中，CPU执行中断源所要求的执行中断源所要求的具体的输入具体的输入/输出或控制操作。输出或控制操作。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (6) 执行完中断服务程序中的中断处理工作后，如执行完中断服务程序中的

49、中断处理工作后，如果在中断服务程序中还未曾执行过开中断指令，在中果在中断服务程序中还未曾执行过开中断指令，在中断返回前必须开中断，以便使其它中断源可以提出中断返回前必须开中断，以便使其它中断源可以提出中断申请。断申请。 (7) 中断返回。中断服务程序的最后一条指令是中中断返回。中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令断返回指令IRET，当中断处理结束时，当中断处理结束时，CPU执行这条执行这条中断返回指令，中断返回指令，CPU自动将保护在堆栈中的标志寄存自动将保护在堆栈中的标志寄存器的内容和断点地址弹回到相应的寄存器中，也就是器的内容和断点地址弹回到相应的寄存器中，也就是所谓的恢复现场，恢复断

50、点。所谓的恢复现场，恢复断点。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2中断接口电路中断接口电路 中断输入方式的接口电路如图中断输入方式的接口电路如图1-10所示，该电路所示，该电路的工作过程如下：的工作过程如下： 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 地址译码器输入设备8D锁存器DQ数据三态缓冲器STB5 VU1中断允许触发器U2三态缓冲器中断矢量GINTRINTAIORD7D0A15A0GR图图1-10 中断输入接口电路中断输入接口电路第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (1) 当输入设备准备好输入数据，输入设备就发出当输入设备准备好输入数

51、据，输入设备就发出STB选通信号。选通信号。 (2) 如果中断允许触发器为如果中断允许触发器为0，则禁止该中断请求；，则禁止该中断请求；如果中断允许触发器为如果中断允许触发器为1，则处于中断允许状态。，则处于中断允许状态。 (3) CPU收到来自收到来自INTR线上的中断请求，如果允许线上的中断请求，如果允许响应中断，就发出中断响应信号，响应中断，就发出中断响应信号， 表示表示CPU可可以处理该输入设备的中断请求，并暂停原来执行的程以处理该输入设备的中断请求，并暂停原来执行的程序。序。INTA第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (4) 信号使与输入设备相对应的中断矢量送往信号

52、使与输入设备相对应的中断矢量送往数据总线，数据总线，CPU根据该中断矢量可以找到中断服务程根据该中断矢量可以找到中断服务程序的入口地址，从而转入中断服务程序，执行输入设序的入口地址，从而转入中断服务程序，执行输入设备所要求的输入操作。备所要求的输入操作。 (5) 在中断服务程序中，在中断服务程序中，CPU执行从输入设备输入执行从输入设备输入数据的操作。数据的操作。 INTA第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 采用中断传送方式进行数据传送，只有当外设处采用中断传送方式进行数据传送，只有当外设处于就绪状态时才向于就绪状态时才向CPU请求输入或输出服务，不需要请求输入或输出服务，不

53、需要CPU花费大量时间去主动查询外设的工作状态，减少花费大量时间去主动查询外设的工作状态，减少了大量的了大量的CPU等待时间。等待时间。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.2.4 DMA传送方式传送方式 采用中断传送方式进行数据传送，每次进行数据采用中断传送方式进行数据传送，每次进行数据传送时传送时CPU都要执行一些与数据传送没有直接关系的都要执行一些与数据传送没有直接关系的附加操作指令。在低速外设或数据传送量不大的情况附加操作指令。在低速外设或数据传送量不大的情况下，这些附加的操作指令对数据传送效率的影响不太下，这些附加的操作指令对数据传送效率的影响不太明显。明显。

54、第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 DMA传送方式与无条件传送方式、查询传送方式、传送方式与无条件传送方式、查询传送方式、中断传送方式都不相同，它不是在中断传送方式都不相同，它不是在CPU的控制之下与的控制之下与外设进行数据传送的，而是在专用的接口电路外设进行数据传送的，而是在专用的接口电路DMA控制器的控制之下直接进行外设与存储器之间的控制器的控制之下直接进行外设与存储器之间的高速数据传送的。高速数据传送的。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 DMA进行数据传送时不需要进行数据传送时不需要CPU干预，从而节省了干预，从而节省了中断传送方式中保护现场，保护断

55、点，恢复现场，恢中断传送方式中保护现场，保护断点，恢复现场，恢复断点的时间。复断点的时间。 DMA控制器必须具备以下功能：控制器必须具备以下功能： (1) 能向能向CPU发出要求掌握总线控制权的发出要求掌握总线控制权的DMA请求请求信号信号HRQ(Hold Request)。 (2) 当收到当收到CPU发出的允许出让总线的应答信号发出的允许出让总线的应答信号HLDA(Hold Acknowledge)后能接管总线控制权，进入后能接管总线控制权，进入DMA方式。方式。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (3) 能发出地址信息对存储器寻址，并能修改地址指能发出地址信息对存储器寻址

56、，并能修改地址指针。针。 (4) 能发出读能发出读/写控制等信号。写控制等信号。 (5) 能设定能设定DMA传送的数据字节个数，并能判断传送的数据字节个数，并能判断DMA传送是否结束。传送是否结束。 (6) 能发出能发出DMA结束信号，释放总线控制权，让结束信号，释放总线控制权，让CPU收回总线控制权。收回总线控制权。 DMA控制器掌握总线控制权后的工作过程如图控制器掌握总线控制权后的工作过程如图1-11所示。所示。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 收到HLDA接管总线控制权发存储器地址传送数据传送结束否？N修改地址指针YDMA结束释放总线控制权图图1-11 DMA控制器的

57、工作流程控制器的工作流程第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 1.3 无条件传送接口实验无条件传送接口实验 1. 实验目的实验目的 (1) 理解无条件传送方式。理解无条件传送方式。 (2) 掌握无条件传送简单并行接口的工作原理与使用掌握无条件传送简单并行接口的工作原理与使用方法。方法。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 2. 实验内容实验内容 详细的实验环境请参阅附录详细的实验环境请参阅附录A。 (1) 按图按图1-12简单并行输出接口电路图连接线路，简单并行输出接口电路图连接线路，74LS273插入通用插座插入通用插座, 74LS32用实验台上的或门。用实验

58、台上的或门。 (2) 编程从键盘输入一个字符或数字，将其编程从键盘输入一个字符或数字，将其ASCII码通过这个输出接口输出，根据八个发光二极管的发码通过这个输出接口输出，根据八个发光二极管的发光情况验证正确性。光情况验证正确性。 (3) 按图按图1-13简单并行输入接口电路图连接电路，简单并行输入接口电路图连接电路，74LS244插入通用插座，插入通用插座，74LS32用实验台上的或门。用实验台上的或门。 第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 (4) 用逻辑电平开关用逻辑电平开关K7K0预置某个字母的预置某个字母的ASCII码，编程输入这个码，编程输入这个ASCII码，并将对应字母在屏幕上码，并将对应字母在屏幕上显示出来。显示出来。第第1 1章章 计算机接口技术概述计算机接口技术概述 45D1L1VCCD1Q13274LS27320D0L0D2Q276D2L2D3Q389D3L3D4Q41312D4L4D5Q51415D5L5D6Q61716D6L6D7Q71819D