武汉理工期末微机接口复习Word下载.docx
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outport,al
CPU与外设
同步工作
是同步方式
较少使用
查询传送方式
在程序控制下先查询状态
外设准备好
传送数据
否则CPU等待
输入数据准备好
发选通ready
CPU读到ready
到数据口读数据
状态仅一位
数据传送
不易出错
要查询
需等待
废时间
Inal,sta-p
Testal,60h
Jereturn
Inal,data-p
应答式传送
状态信息位
联络信息
Handshake
CPU有空闲
中断传送方式
外设准备好数据
向CPU发请求
CPU暂停原程序
转中断读数据
完成返原程序
外设输入数据
发选通请求信号
数据存入锁存器
D=1,发中断请求
CPU得请求,转向
执行中断,读数据
完成清中断,返回
提高效率
可多外设
靠程序
保护断点
保护现场
多用指令
CALLxxxx
Jnexxxx
RET
CPU不用等
执行指令
服务中断
随时执行
CPU无空闲
使用较多
直接数据通道传送方式DMA
为提高速度
CPU出让总线
DMA控制器接管总线,数据
在外设内存间
直接传送,
完成归还总线
外设发选通到DMA
DMA发HOLD到CPU
CPU返HLDA给DMA
DMA接管总线
DMA控制ABDBCB
外数据直发内存
修改地址,计数器
检查传送结束返回
实现数据
高速传送
降低CPU利用率
电路复杂
传送方式
单字节方式
多字节方式
源目的同步
收发请求
改地址指针改记数器值
三种方法
周期挪用
周期扩展
CP停机;
使用多
●接口功能(命、状、数、转、选):
1.执行CPU命令的功能
2.返回外设状态的功能
3.数据锁存/缓冲的功能
4.信号转换功能
5.设备选择功能
●接口分类(并、串)
并行接口:
所谓“并行”,是指8位数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,数据也就容易出错。
串行接口:
计算机的标准接口叫做串行接口,简称为“串口”。
●接口作用(协、同、效、扩)
需要协调、同步、效率、扩展
第6章存储器
●内存的作用
其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据,以及与硬盘等外部存储器交换的数据
●内存的特点
存储容量小,但读取速度快;
不能长期保存数据信息,断电后数据即丢失。
●半导体存储器分类
随机存取存储器(简称RAM)和只读存储器(只读ROM)
RAM包括DRAM(动态随机存取存储器)和SRAM(静态随机存取存储器),当关机或断电时,其中的信息都会随之丢失。
DRAM主要用于主存(内存的主体部分),SRAM主要用于高速缓存存储器。
ROM主要用于BIOS存储器。
●字扩展、位扩展、字位扩展
字扩展:
当使用的存储器芯片位数符合要求,但单元数目较少时,需要进行这种扩充。
原则:
每个芯片的地址线、数据线、控制线并联,仅片选端分别引出,以实现每个芯片占据不同的地址范围。
两片32K*8芯片连接成64K*8的存储系统。
采用字扩充,其连接要点是:
两芯片的低位地址线分别并接在一起,接至系统地址总线的低位;
两芯片的数据线分别并接在一起,接至系统数据总线;
系统高位地址线,进行译码,译码的输出分别接至两芯片的片选端CS1,CS2。
位扩展:
当使用的存储器芯片单元数目符合要求,但每单元的位数较少时,需要进行这种扩充。
地址线、片选线和读写信号线并联,数据线单独引出。
两片64K*4芯片连接成64K*8的存储系统。
采用位扩充,其连接要点是:
两芯片的地址线分别并接在一起(即A0与A0并接,A1与A1并接,A15与A15并接等等),接至系统地址总线;
两芯片的数据线各自提供数据总线的一部分(此例为高4位和低4位),共同组成8位的数据总线
字位扩展:
根据内存容量及芯片容量确定所需存储芯片数
进行位扩展以满足字长要求
进行字扩展以满足容量要求
若已有存储芯片的容量为L×
K,要构成容量为M×
N的存储器,需要的芯片数为:
(M/L)×
(N/K)
第7章DMA控制器
●基本概念和原理
存储器直接存取方式,数据不通过CPU而直接写入或从存储器读出。
传输过程分为:
申请阶段、响应阶段、数据传输阶段、传输结束阶段。
●DMA方式的中文意义
意义:
用于需要高速大批量的数据传输的系统中,以提高数据的吞吐量。
●DMA控制器的用途
工作方式:
单字节传送方式:
每次DMA操作只传送一个字节
块传送方式(组传输方式):
每次DMA操作连续传送一组数据
请求传送方式:
类似于块传送方式,只是当外设发来的,DREQ无效时,暂停DMA操作,有效时继续
级联传送方式:
这种方式可以扩展系统中的DMA通道数量
有两种工作状态,分为主动态(取代CPU,获取系统总线的控制权,向存储器和外设发号施令)和被动态(接受CPU的控制)。
第8章中断技术
●中断方式下数据I/O的过程
●中断类型
●中断号、中断向量与中断向量表
⏹大小、概念、原理、计算
中断号:
微处理器为每个不同类型的中断与异常分配一个中断号,以便识别和处理。
16位微处理器支持256个中断号。
编号为0~255号。
CPU识别中断源的方法有两种:
向量中断,查询中断。
向量中断是由中断向量来指示中断服务程序的入口地址。
查询中断是采用软件或硬件查询技术来确定发出中断请求的中断源。
中断向量——中断服务程序的入口地址,每一个中断服务程序都有一个唯一确定的入口地址。
CS:
IP(共占4个字节地址)
中断向量表——系统中所有的中断向量集中起来放到存储器的某一区域内。
中断类型号----0~255
中断向量指针----中断向量的地址。
这个指针在PC系列中断系统中是由中断类型号提供的:
步骤:
a.由中断向量号计算中断向量地址,方法为中断向量地址(首地址)=中断类型号×
4。
b.将中断向量中的偏移地址装入中断向量地址起始的两个低字节中。
c.将中断向量中的段基址装入中断向量地址起始的两个高字节中。
例题:
软磁盘“INT13H”,它的
中断类型号为13H
中断向量指针为13H×
4=004CH
中断向量为0070H(CS):
0FC9H(IP)
中断向量表是8088系统内存中最低端1K字节空间,它的作用就是按照中断类型号从小到大的顺序存储对应的中断向量,总共存储256个中断向量。
在中断响应过程中,CPU通过从接口电路获取的中断类型号(中断向量号)计算对应中断向量在表中的位置,并从中断向量表中获取中断向量,将程序流程转向中断服务程序的入口地址。
采用DOS功能调用INT21H的25号功能
INT21H中的25号功能用于设置中断向量
入口参数:
AL=中断向量号
DS:
DX=中断程序入口地址
例:
假设中断服务程序名为INTERP,中断向量号为60H,装填中断向量。
……………MOVDX,OFFSETINTERP
PUSHDSMOVAH,25H
PUSHDXINT21H
MOVAL,60HPOPDX
MOVDS,SEGINTERPPOPDS
中断优先级:
优先级分两个层次:
在微处理器中,优先级排列顺序是:
异常>
软件中断>
非屏蔽中断>
外部可屏蔽中断。
其次:
在各类中断/异常中,又有优先级的区别。
如0号就比13号级别高。
中断排队的方式一般有两种:
1.按优先级排队
2.循环轮流排队
判别和确定各个中断源的中断优先权可以用(软件)和(硬件)两种方法。
●8259
8259A的中断操作功能及其命令
⏹每片有8级优先级控制权
具有8级优先权控制,通过级连可扩展至64级优先权控
⏹级联
普通全嵌套方式:
同一级的中断请求不能中断同级中断。
并且IR7~IR0的优先级顺序是IR0最高,IR7最低。
特殊全嵌套方式:
与全嵌套方式基本相同,不同之处在于该方式不但响应比本级高的中断申请,而且响应同级的中断申请。
在级连方式中,往往有一个主片,其他为从片。
从片的INT端接到主片的IRi端。
因而当前正在执行的某一中断服务程序是由某一从片IRi端。
这时该从片上比IRi级别高的中断提出请求,从片予以响应,向主片发INT信号,但主片分不出来,只将它们视为同一级别。
若普通全嵌套方式,则主片不响应,只有特殊全嵌套方式,主片才响应。
系统中若只有单片8259A时,通常采用普通全嵌套方式。
系统中有多片8259A级联时,主片必须采用特殊全嵌套方式,从片可采用全嵌套方式。
SP/EN接高电平为主控,接低电平为从控,主控和从控的CAS0-2相互连接。
例:
主控8259第IR3、IR6上联了从控。
主控:
ICW3=01001000B,
从控A:
ICW3=00000011B;
从控B:
ICW3=00000110B
⏹提供中断类型码
ICW2(中断类型号命令字)
设置中断向量号
T7~T3为中断向量号的高5位
低3位由8259A自动确定:
IR0为000、IR1为001、……、IR7为111
中断类型号8位,其中高5位由ICW2提供,低3位由中断请求线的IRi的二进制编码决定。
在PC微机中断系统中,硬盘中断类型号的高5位是08H,他的中断请求线连接到8259的IR5上,在初始化8259写入ICW2时只写其高5位,而低3位取零。
MOVAL,08H
OUT21H,AL
当CPU响应硬盘中断时,8259把IR5的编码“101”填写到ICW2的低3位上,组成硬盘的中断类型号:
00001101=ODH
⏹三个重要寄存器的意义
1.中断请求寄存器(IRR)
该寄存器8位(D0~D7)对应于连接在IR0~IR7线上的外设所产生的中断请求,哪一根输入线有请求,哪位就置"
1"
。
它具有锁存功能,其内容可用OCW3命令读出。
2.中断屏蔽寄存器(IMR)
寄存器8位(D0~D7)对应8级中断屏蔽。
哪一级中断被屏蔽,哪位就写1。
屏蔽操作由屏蔽命令OCW1执行。
IMR可很方便地读和写。
3.ISR寄存器
寄存了正在服务的IRi中断源和被挂起的(尚未服务完)所有IRi中断源。
第10章I/O端口译码技术
●端口的概念
I/O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。
特征:
CPU可以通过这些端口发送命令、读取状态和传送数据。
用地址标示不同端口。
一个I/O接口对应多个连续I/O端口。
●8086系统的编址方式
统一编址(存储器映射方式):
从存储空间中划出一部分地址空间分配给I/O设备,把I/O接口中的端口作为存储器单元一样进行访问,不设置专门的I/O指令。
优点:
I/O编址空间大
指令直接“拿来”。
类型多,功能全。
简化了指令系统。
不需要专门的I/O指令。
缺点:
降低了存储器容量。
指令长度比专用I/O指令长,执行速度慢。
运用:
Apple机、微型机(6800、6502等68系列和65系列微机)
独立编址(8086中采用):
内存地址空间和I/O端口地址是相对独立的,设置了专门的IN、OUT等I/O指令。
1不占存储器空间。
2I/O指令短,执行速度快。
3程序可读性强。
1指令功能较弱。
仅能进行数据传送,不能进行算逻运算。
Intel系列、Z80系列微机及大型计算机
8086CPU中:
00000H~FFFFFH,0000H~FFFFH
●I/o端口地址分配
PC系列微机系统支持(实模式)
端口数目:
1024个
端口地址空间:
000~3FFH
有效的译码地址:
A0~A9这10根地址线
保护模式下:
⏹系统板上的I/O接口芯片。
可编程的大规模集成电路
定时器/计数器、中断控制器、并行接口
端口地址:
前256个端口(000~0FFH)8位地址
⏹扩展槽上的I/O接口控制卡。
由若干个集成电路按一定的逻辑功能组成的接口部件
图形卡、声卡、网卡
后768个端口(100~3FFH)16位地址
●接口控制语言
⏹In/OUT
CPU端口输入(读出)/输出(写入)指令:
IN/OUT
端口地址为单字节地址(00H~0FFH)时
INAL,PORTPORT为端口地址,8位
INAL,60H
;
将地址为60H端口的8位数据读入AL中
OUTPORT,ALPORT为端口地址,8位
OUT61H,AL
将AL内容写到地址为61H端口中
端口数据为一个字节
端口地址为双字节地址(100~3FFH)时
不能使用直接地址,地址总放在DX中
MOVDX,300H;
端口地址300H。
INAL,DX
将AL的值送入地址为300H的端口中。
MOVDX,301H;
端口地址301H。
OUTDX,AL
;
将AL的值送入地址为301H的端口中。
第11章定时/计数技术
●定时与计数的原理
定时:
确定时间间隔。
计数:
统计个数
计数和定时本质上是相同的。
如果输入脉冲的频率一定,那么记录脉冲的个数与所需的时间是一一对应的。
●可编程计数器/定时器的基本工作原理
工作原理:
对CLK信号进行减1计数
首先,CPU将控制字写入控制寄存器,将计数初始值写入初值寄存器。
计数从初值开始,,在GATE控制下,每当CLK信号出现一次,计数值减1。
当计数值减到0,从OUT端输出规定的信号。
CLK信号出现时,计数器是否减1,由门控信号GATE控制。
(1)数据总线缓冲器
8位,双向,三态。
用于暂存数据。
①CPU初始化编程时向其写入控制字;
②CPU向某一通道写入计数初值;
③CPU从某一通道读计数初值。
(2)读/写控制逻辑电路
接收CPU发来的RD、WR、CS、A1、A0信号,经过逻辑控制电路产生出对8253要执行的操作。
*A1A0选择片内各端口
000#通道
111#通道
202#通道
113#通道
(3)控制字寄存器
接收8位的方式命令字(控制字)。
(4)3个计数器。
3个16位计数器,可以独立按各自方式工作。
每个计数器对应一个工作方式寄存器(控制字寄存器),只写,接受写入的控制字。
各个接线:
◆CLK0~CLK2计数器0、1、2的时钟输入
◆OUT0~OUT2计数器0、1、2的输出
◆GATE0~GATE2计数器0、1、2的门控输入
◆D7~D0双向,8位三态数据线
◆CS输入,片选信号
◆RD输入,读信号
◆WR输入,写信号
◆A1、A0输入,2位地址选择
●8254有3个计数器
分别是:
计数器0,计数器1,计数器2。
A.3个16位计数器,可以独立按各自方式工作。
B.每个计数器对应一个工作方式寄存器(控制字寄存器),只写,接受写入的控制字。
●8254有6种工作方式(特点,如输出波形)
1.6种工作方式。
不同之处:
A.启动计数的触发方式不同(软件和硬件方式)。
B.门控信号GATE对计数操作控制不同(gate变化有区别)。
C.初值重装功能。
D.OUT引脚输出波形不同。
2.六种工作方式都遵循以下规则:
①控制字写入控制寄存器后,控制逻辑电路复位,输出信号OUT进入初始状态(高电平或低电平)。
②计数初始值写入初值寄存器CR后,经过一个时钟周期(也就是第一个时钟脉冲CLK下降沿出现时),送入计数执行单元CE。
(方式0在此多一个时钟周期,为N+1)
③通常在时钟脉冲CLK的上升沿对门控信号GATE采样。
在不同工作方式下,对门控信号的触发方式有不同的要求。
4在时钟脉冲CLK的下降沿,计数器减“1”计数。
一、方式0——计数结束产生中断
用途:
事件计数,计数器只计数一遍;
OUT信号(跳变)作为中断请求信号。
特点:
(1)计数过程由软件启动(立即启动)。
每写入一次计数初值,就启动一次计数过程,OUT变低。
(2)GATE=“L”,计数器暂停,
GATE=“H”,计数器工作或继续。
(3)不具备初值重装功能。
只有重新写入计数初值后,OUT才变低,开始新的计数。
OUT波形:
计数初值写入CR后,OUT由0到1跳变出现在(n+1)*Tclk之后。
如图:
二、方式1——可重复触发的单稳态触发器
单脉冲发生器,宽度由程序设置N决定。
(1)硬件启动。
由GATE的上升沿触发。
当设定工作方式和写入计数器值后,输出端OUT输出高电平;
在GATE的上升沿变为高电平后,OUT输出端变为低电平,并开始计数。
直到当计数器减到0时才输出高电平。
(2)可重复触发。
(3)不具备初值重装功能。
负脉冲,宽度=n×
TCLK的周期。
三、方式2——分频器
频率发生器,常用来为实时控制提供时钟信号。
(1)启动计数方式是硬启动或软启动。
写入控制字后,OUT立即变高;
写入计数初值后,如果GATE为高,则计数器立即开始计数。
计数过程中,GATE上升沿可触发计数。
(2)GATE=“L”,计数器暂停,GATE=“H”,计数器工作或继续。
(3)在计数过程中,OUT维持高电平,对每个计数脉冲作减1计数直至计到1时,OUT由高变低,经过一个CLK周期,OUT恢复为高,若GATE仍为高,计数器又开始重新计数。
(4)具备初值重装功能。
(5)在计数过程中若重新写入计数初值,对正在进行的计数过程没有影响,但在计到1输出一个CLK宽度的负脉冲后,计数器将按新的计数初值开始计数。
产生连续的负脉冲,宽度=TCLK,周期=n×
TCLK。
四、方式3——方波发生器
方波脉冲发生器,宽度由程序设置N决定。
用在串行通信中决定传输速率。
与方式2基本相同,也具有自动装入计数初值的能力,OUT输出波形也是周期性的,减2计数,唯一不同的是OUT输出波形占空比不同:
当计数值N为偶数时,OUT输出对称方波。
当计数值N为奇数时,OUT输出不对称方波,前(N+1)/2个计数期间,OUT输出高电平;
后(N-1)/2个计数期间,OUT输出低电平。
方波信号,宽度=N/2×
TCLK(偶)。
五、方式4——软件触发的选通信号发生器
类似方式0:
不具备初值重装功能、软件启动
(1)GATE=“L”,停止计数,GATE=“H”,计数器不是继续计数,而是恢复计数初值重新计数,GATE不影响OUT。
(2)当写入控制字后,OUT立即变为高电平,启动计数后则计数器开始减1计数,当计到0时,OUT变低,经过一个CLK周期,OUT输出一个宽度为一个CLK周期的负脉冲。
(3)计数过程中可重新写入计数初值。
对本次计数过程无影响,而是等到计数过程结束,新初值才装入到减法计数器,使下一次计数按新的初值进行。
六、方式5——硬件触发的选通信号发生器
类似方式1:
由GATE的上升沿触发、不具备初值重装功能
(1)当写入控制字后,OUT立即变为高电平,启动计数为硬启动,启动计数后,作减1计数,当计到0时,OUT变低,经过一个CLK周期,OUT又变高,停止计数,待到下一次GATE触发,才能再次从初值开始计数。
(2)在计数过程中,若有GATE触发,则计数器重新从初值开始计数,但不影响OUT;
(3)在计数过程中若重新写入计数初值,只要没有GATE触发,不影响计数过程。
现行计数计到0后,若有GATE触发,则按新的计数初值开始计数。
但在计数过程中,若写入一个新的计数初值后,有GATE触发,则立即按新的计数初值重新开始计数。
●8254编程应用(重点是方式2、3,见后面习题)
⏹初值的计算
方式2:
方式3:
已知fCLK,输出波形频率fOUT:
n=fCLK/fOUT
已知TCLK,定时时间t:
n=t/TCLK
⏹控制字的设置
⏹端口地址的范围和规律
⏹编程
(见后面习题)
第13章并行接口
●并行接口与串行接口的区别
并口多用于传送距离短,数据量大,速度高的实时传输场合;
在多条传输线上同时传输多位数据
利用单条传输线,将多位数据按照先后顺序逐位进行传输
串口:
协议简单,可靠,成本低,速度高。
并口:
多线干扰,速度高时难同步,错误率高。
●8255有3个端口,每个端口的特点
⏹什么类型的端口
有三个输入输出端口:
端口A,端口B,端口C
⏹可以工作在什么方式下
每个端口可编程设定为输入端口或输出端口,并可设定为不同的工作方式。
端口C可作为一个独立的端口使用,但常常是配合A口和B口工作,为这两个端口的输入输出操作提供联络信号。
●8255读写控制部件几个信号与操作的关系
1、数据总线缓冲器
8位双向三态,数据口,互相交换信息的必经之路。
2、并行输入输出端口(A口、B口、C口)
三个端口分为两组进行控制:
A组—A口(PA7~PA0)、C口高4位(PC7~PC4)
B组—C口低4位(PC3~PC0)、B口(PB7~PB0)
3、A组控制和B组控制
接收来自读写控制部件的命令;
CPU通过DB送来的控制字。
4、读写控制部件
CPU要求8255
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