第8章 微型计算机接口技术概述和直接存储器访问

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1、微型计算机原理与接口技术主编何超中国水利水电出版社掌握输入/输出接口电路、输入/输出端口的基本概念、分类。掌握CPU与外设数据传送的方式方法。掌握DMA的基本概念、可编程DMA控制器芯片8237A的结构、应用及编程方法。第8章微型计算机接口技术概述和直接存储器访问一微机接口的基础知识1、概念接口（Interface），是指微处理器（CPU）与存储器、I/O设备等外部世界通过总线进行连接的逻辑部件（或称电路），它是CPU与外界进行信息交换的中转站。源程序或原始数据要通过接口从输入设备（如键盘）进来，运算结果要通过接口向输出设备（如显示器、打印机）送出；控制命令通过接口发出，现场状态通过接口取

2、进，这些来往信息都要通过接口进行变换与中转。（一）微机接口概念、类型及功能2、类型微机接口的分类方法有多种，按功能分，有三种基本类型：运行辅助接口、用户交互接口和传感控制接口。（1）运行辅助接口运行辅助接口是和主机配套的，使微机实现最基本功能所需的接口。（2）用户交互接口用户交互接口，是把用户指定的数据发送给主机系统或从主机系统接收数据的接口电路。它主要指通用的输入/输出（I/O）控制接口。（3）传感和控制接口。微机控制系统通过传感接口接收检测对象、控制对象的状态和数据，在进行处理后通过控制接口执行。上面讨论的第二种，即用户交互接口中的主要部分“通用的输入/输出（I/O）控制接口”又可按如

3、下情况分类：按与外设数据的传送方式分：并行I/O和串行I/O接口等。按通用性分：有专用接口和通用接口。按时序控制方式划分，可分为同步接口与异步接口。本章主要讨论输入/输出（I/O）控制接口。3、功能CPU与外部设备（简称外设）之间的接口一般都具有如下功能：（1）输入输出功能接口被选中时，能将外设的数据或状态信息传送到数据总线上，或从数据总线上接收CPU发来的数据或控制信息，再转发给外设。系统中一般带有多种I/O设备，同一种I/O设备也可能有多台，而CPU在同一时间只能与一台I/O设备交换信息，这就要借助接口的地址译码以选定I/O设备。（2）数据寄存和缓冲功能CPU的速度很快，而外部设备的速

4、度相对较慢，为了解决这两者速度不匹配的问题，接口中一般会提供缓冲功能，设置数据寄存器或锁存器，将数据在输入/输出接口中缓存起来，从而起到缓冲、隔离和锁存的作用，避免因速度不一致而丢失数据。（3）信号转换功能I/O设备大都是复杂的机电设备，其电气信号电平也较复杂，需要用接口电路来完成信号电平与格式转换。（4）对I/O设备的控制与状态检测功能接口电路接收CPU送来的命令或控制信号，实施对I/O设备的控制与管理。I/O设备的工作状态以状态字或应答信号通过接口返回给CPU。很多情况下，系统还需要I/O接口能够检测和纠正信息传输过程中引入的错误。常见的有传输线路上噪声干扰导致的传输错误以及接收和发送

5、速率不匹配导致的覆盖错误。（5）中断或DMA管理功能为了满足实时性，以及主机与I/O设备并行工作的要求，需要采用中断传送的方式，为了提高传送的速率，有时又采用DMA（直接存储器访问）的传送方式，这就要求接口有产生中断请求和DMA请求的能力，以及中断和DMA管理的能力。（6）可编程功能现在的芯片大多数是可编程的，这样在不改变硬件的情况下，只需要修改程序就可以改变接口的工作方式，大大增加接口的灵活性和可扩充性，使接口向智能化方向发展。（7）复位功能接收复位信号，从而使接口本身以及所连接的外设进行重新启动。4、通用的输入/输出（I/O）接口电路的结构接口电路的内部通常是由数据寄存器、状态寄存器和

6、控制寄存器和相应的控制逻辑电路构成。外部设备数据寄存器状态寄存器控制寄存器CPUI/O接口是一以IC芯片或接口板形式出现电子电路,其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成。为了能让CPU能够对众多的端口进行正确的访问，就要求每个I/O端口都必须有确切的地址号，就是所谓的I/O接口的编址（寻址）问题。（二）输入/输出接口的编址方式1．输入/输出接口的编址方式（1）I/O端口与内存储器统一编址在这种方式下，把一个I/O端口看作存储器的一个单元，即I/O端口占用存储区中的一个或几个地址号。思考：优点？缺点？（2）I/O端口单独编址I/O端口地址区域和存储器地址区域分开单独编址。思考：优点？缺

7、点？外部设备与微机之间的信息传送，实际上是CPU与接口之间的信息传送。如前所述，当外设和存储器统一编址时，所有用于访问存储器的指令都可用来访问I/O端口；当外设单独编址时，访问I/O端口另有专门的I/O指令（IN或OUT指令）。CPU与外设接口之间的信息传送的同步控制方式有程序查询方式、中断传送方式、直接存储器访问（DMA）方式和I/O处理机方式。二CPU和外部设备的数据传输方式及汇编语言指令格式程序控制方式又可分为无