《微机原理与接口技术》
第 4 章 微机接口概述教 案作者：李芷
2003.5.10
第 4章 微机接口概述
4.1 微机接口
4.2 I/O接口的基本结构
4.3 接口数据传送的控制方式
4.1 微机接口微机系统,除了微处理器,存储器以外,还必须有各种 接口 （ Interface） 电路 。
微机接口技术是专门研究 CPU和外设之间的数据传输方式,接口电路工作原理和使用方法 。
4.1.1 微机接口与接口技术
4.1.2 接口的分类
4.1.3 接口的功能
4.1.1 微机接口与接口技术微机系统为了便于实现 CPU的控制处理,或者为了与各种复杂外设交换 I/O信息,往往是通过挂接在系统总线上的各种接口电路来实现的 。 因此,微机接口是一个特定的管理 /协调,信息变换 /缓冲部件,在硬件线路与软件实现上,保证完成微机和外设之间具有其特定要求和方法的数据传送 。
接口技术是专门研究 CPU和外设之间的数据传送方式,
接口电路工作原理和使用方法的一门软,硬件综合应用技术 。
4.1.2 接口的分类接口芯片的种类繁多,作用各异 。
接口按通用性分类：
◆ 专用接口
◆ 通用接口接口按功能分类：
◆ 辅助 /控制接口
◆ I/O接口 （ 通用 I/O接口,专用 I/O接口 ）
接口按数据传送格式分类：
◆ 并行接口
◆ 串行接口接口按硬件复杂程度分类：
◆ 接口芯片
◆ 接口卡 （ 适配器 ）
4.1.3 接口 的功能接口的基本功能就是要能够根据系统要求对外设进行管理与控制,实现信号逻辑和工作时序的转换,保证 CPU与外设之间能进行可靠而有效的信息传送 。 从广义角度,I/O接口电路功能可以概括为：
◆ 输入 /输出 数据缓冲 /锁存功能
◆ 设备选择和 寻址功能
◆ 数据格式转换功能
◆ 电平信号 转换功能
◆ 控制功能
◆ 可编程功能
◆ 错误检测 功能
4.2 I/O接口的基本结构微机接口的组成有两种方案：
◆ 由寄存器,缓冲器等通用集成电路搭建而成 。 这样组装的接口一旦完成,功能就固定不能改变了 。
◆ 用可编程的集成电路组成,接口的功能,工作参数等可以通过指令设定或选择 。 这样组成的接口有较大的灵活性 。
4.2.1 接口与外设之间的信息
4.2.2 I/O接口的基本组成
4.2.1 接口与外设之间的信息
CPU与 I/O设备之间传输的信息可分为：
1,数据信息
CPU和外设交换的最基本的信息就是数据信息 。
◆ 数字量
◆ 模拟量
◆ 开关量
2,状态信息状态信息反映外设的工作状态,是外设发给 CPU的,
用来协调 CPU和外设之间的操作 。
3,控制信息控制信息是 CPU发送给外设的控制命令 。
4.2.2 I/O接口的基本组成输入
/
输出设备输入 /输出寄存器 数据信息控制寄存器 控制信息状态寄存器 状态信息微处理器数据总线缓冲器地址总线缓冲器接口 /端口地址译码接口控制逻辑数据总线控制总线地址总线端口选择虽然构成微机接口不同功能的电路各不相同，但是在基本结构上都是由数据锁存 /缓冲器、状态寄存器、命令寄存器、地址译码和控制逻辑等各个电路组成。
4.2.2 I/O接口的基本组成
1,端口
◆ I/O接口通常设置有若干个寄存器,用来暂存 CPU和外设之间传输的数据,状态和控制信息 。 一般有三类寄存器,分别是 数据寄存器,
状态寄存器,控制寄存器 。 接口内的寄存器通常被称为端口 。
◆ CPU与外设之间的数据,状态和控制信息都是以,数据,形式,分别存放在接口不同的端口 /寄存器中,它们是通过系统数据总线与
CPU相互传送的 。 所以,CPU对外设的数据输入 /输出,以及联络,
控制等操作,都是通过对相应端口的读 /写操作来完成的 。
◆ 每个端口有一个独立的地址,CPU可以用端口地址代码来区别各个不同的端口 。 外设的地址,就是该设备接口中各端口的地址 。
2,数据总线和地址总线缓冲器数据总线缓冲器用于实现接口内部数据总线与系统数据总线相连接 。 地址总线缓冲器用于实现接口的地址选择线与系统地址总线的相应端连接 。
4.2.2 I/O接口的基本组成
3,接口 /端口地址译码电路
◆ 接口 /端口地址译码电路用于选择接口和接口内各寄存器 （ 端口 ）
的地址,保证端口寄存器与端口地址之间的一一对应关系,以使
CPU与外设之间能够准确无误地选择相应端口进行信息的传送 。
◆ CPU在执行输入 /输出指令时,向地址总线发送外设接口的端口地址 。 端口地址码分为两部分：高位地址码用作对接口的选择,通过接口外部的片选译码电路产生接口片选有效信号；低位地址码用作对端口的选择,通过接口内部的端口译码电路产生端口选通信号 。 一个接口的若干个 （ 一般是 2i个 ） 端口地址通常是连续地址 。
4,接口控制逻辑接口 内部控制逻辑实现系统控制总线与内部控制总线信号之间的变换 。 控制逻辑主要产生对接口内部的控制信号,以及接收 CPU
与外设之间数据传送过程的定时协调或联络应答信号 。 例如,接口复位,读 /写,端口选择等信号,CPU一端的中断请求和中断响应,总线请求和总线响应,外设一端的准备就绪和选通等控制与应答信号 。
4.3 接口数据传送的控制方式接口最基本的操作是实现微机和外设之间的数据传输 。
数据传输方式不同,CPU对外设的控制方式也不同,从而使接口的结构和功能也不同 。
微机系统与外设之间数据传输的控制方式有三种,程序方式,中断方式,DMA方式 。
4.3.1 程序方式
4.3.2 中断方式
4.3.3 直接存储器 存取 （ DMA） 方式
4.3.1 程序方式程序控制方式可分为无条件传输和条件传输 （ 查询 ） 两种方式 。
1,无条件传输方式无条件传输方式是指传输数据过程中，发送 /接收数据一方不管对方的状态，进行无条件的数据传输。这种传输方式的接口电路和程序设计较为简单。
2,条件（查询）传输方式条件传输方式是在外设状态条件许可的前提下,CPU与外设进行数据传输 。 这种传输方式的接口电路除了有数据端口之外,还必须有状态端口 。
条件（查询）方式接口电路和输入 /输出控制流程数据 输入输出设备状态状态触发器数据输入 /输出缓冲寄存器状态端口选通
Di
数据总线状态寄存器
(1位 )
数据端口选通传送完?
外设就绪?
Yes
No
读取外设状态输入 /输出数据
No
Yes
4.3.2 中断方式中断方式输入 /输出接口电路输入输出设备数据数据输入 /输出缓冲寄存器数据总线数据端口选通中断请求
（ 1）INTR 与门中断请求触发器中断允许触发器中断允许 /屏蔽
（ 1/0）
为了使 CPU能实时地有效管理多个外设,赋予外设具有主动请求
CPU配合的,权利,。 中断传输方式是仅当外设有,请求,才
,服务,的一种程序方式 。
4.3.3 直接存储器存取 (DMA)方式
CPU
存储器总线请求 (HLOD)
总线允许 (HLDA)
DMA
控制器
DMA请求 (DACK)
DMA允许 (DREQ)
I/O
接口
I/O
设备系统总线直接存储器存取 （ DMA,Direct Memory Access） 方式,
即外设在专用的接口电路 DMA控制器 （ DMAC） 的控制下直接和存储器进行数据传送的方式 。
4.3.3 直接存储器存取 (DMA)方式
1,DMA传送控制方式的特点,
◆ DMA方式可以响应随机 DMA请求,具有实时性 。
◆ DMA传送的插入不影响 CPU程序的执行,满足高速数据传送的速度要求,
从而提高整个系统的效率 。
◆ DMA方式只能处理简单的数据传送,无法识别和处理较复杂事务,往往需要综合应用 DMA方式与程序中断方式,二者互为补充 。
2,DMA传送过程：
◆ DMA方式初始化
◆ DMA请求
◆ DMA响应
◆ DMA传送
◆ DMA结束
3,DMA传送控制方式：
◆ 周期挪用方式
◆ 交替访问 方式
◆ CPU停机方式
第 4 章 微机接口概述教 案作者：李芷
2003.5.10
第 4章 微机接口概述
4.1 微机接口
4.2 I/O接口的基本结构
4.3 接口数据传送的控制方式
4.1 微机接口微机系统,除了微处理器,存储器以外,还必须有各种 接口 （ Interface） 电路 。
微机接口技术是专门研究 CPU和外设之间的数据传输方式,接口电路工作原理和使用方法 。
4.1.1 微机接口与接口技术
4.1.2 接口的分类
4.1.3 接口的功能
4.1.1 微机接口与接口技术微机系统为了便于实现 CPU的控制处理,或者为了与各种复杂外设交换 I/O信息,往往是通过挂接在系统总线上的各种接口电路来实现的 。 因此,微机接口是一个特定的管理 /协调,信息变换 /缓冲部件,在硬件线路与软件实现上,保证完成微机和外设之间具有其特定要求和方法的数据传送 。
接口技术是专门研究 CPU和外设之间的数据传送方式,
接口电路工作原理和使用方法的一门软,硬件综合应用技术 。
4.1.2 接口的分类接口芯片的种类繁多,作用各异 。
接口按通用性分类：
◆ 专用接口
◆ 通用接口接口按功能分类：
◆ 辅助 /控制接口
◆ I/O接口 （ 通用 I/O接口,专用 I/O接口 ）
接口按数据传送格式分类：
◆ 并行接口
◆ 串行接口接口按硬件复杂程度分类：
◆ 接口芯片
◆ 接口卡 （ 适配器 ）
4.1.3 接口 的功能接口的基本功能就是要能够根据系统要求对外设进行管理与控制,实现信号逻辑和工作时序的转换,保证 CPU与外设之间能进行可靠而有效的信息传送 。 从广义角度,I/O接口电路功能可以概括为：
◆ 输入 /输出 数据缓冲 /锁存功能
◆ 设备选择和 寻址功能
◆ 数据格式转换功能
◆ 电平信号 转换功能
◆ 控制功能
◆ 可编程功能
◆ 错误检测 功能
4.2 I/O接口的基本结构微机接口的组成有两种方案：
◆ 由寄存器,缓冲器等通用集成电路搭建而成 。 这样组装的接口一旦完成,功能就固定不能改变了 。
◆ 用可编程的集成电路组成,接口的功能,工作参数等可以通过指令设定或选择 。 这样组成的接口有较大的灵活性 。
4.2.1 接口与外设之间的信息
4.2.2 I/O接口的基本组成
4.2.1 接口与外设之间的信息
CPU与 I/O设备之间传输的信息可分为：
1,数据信息
CPU和外设交换的最基本的信息就是数据信息 。
◆ 数字量
◆ 模拟量
◆ 开关量
2,状态信息状态信息反映外设的工作状态,是外设发给 CPU的,
用来协调 CPU和外设之间的操作 。
3,控制信息控制信息是 CPU发送给外设的控制命令 。
4.2.2 I/O接口的基本组成输入
/
输出设备输入 /输出寄存器 数据信息控制寄存器 控制信息状态寄存器 状态信息微处理器数据总线缓冲器地址总线缓冲器接口 /端口地址译码接口控制逻辑数据总线控制总线地址总线端口选择虽然构成微机接口不同功能的电路各不相同，但是在基本结构上都是由数据锁存 /缓冲器、状态寄存器、命令寄存器、地址译码和控制逻辑等各个电路组成。
4.2.2 I/O接口的基本组成
1,端口
◆ I/O接口通常设置有若干个寄存器,用来暂存 CPU和外设之间传输的数据,状态和控制信息 。 一般有三类寄存器,分别是 数据寄存器,
状态寄存器,控制寄存器 。 接口内的寄存器通常被称为端口 。
◆ CPU与外设之间的数据,状态和控制信息都是以,数据,形式,分别存放在接口不同的端口 /寄存器中,它们是通过系统数据总线与
CPU相互传送的 。 所以,CPU对外设的数据输入 /输出,以及联络,
控制等操作,都是通过对相应端口的读 /写操作来完成的 。
◆ 每个端口有一个独立的地址,CPU可以用端口地址代码来区别各个不同的端口 。 外设的地址,就是该设备接口中各端口的地址 。
2,数据总线和地址总线缓冲器数据总线缓冲器用于实现接口内部数据总线与系统数据总线相连接 。 地址总线缓冲器用于实现接口的地址选择线与系统地址总线的相应端连接 。
4.2.2 I/O接口的基本组成
3,接口 /端口地址译码电路
◆ 接口 /端口地址译码电路用于选择接口和接口内各寄存器 （ 端口 ）
的地址,保证端口寄存器与端口地址之间的一一对应关系,以使
CPU与外设之间能够准确无误地选择相应端口进行信息的传送 。
◆ CPU在执行输入 /输出指令时,向地址总线发送外设接口的端口地址 。 端口地址码分为两部分：高位地址码用作对接口的选择,通过接口外部的片选译码电路产生接口片选有效信号；低位地址码用作对端口的选择,通过接口内部的端口译码电路产生端口选通信号 。 一个接口的若干个 （ 一般是 2i个 ） 端口地址通常是连续地址 。
4,接口控制逻辑接口 内部控制逻辑实现系统控制总线与内部控制总线信号之间的变换 。 控制逻辑主要产生对接口内部的控制信号,以及接收 CPU
与外设之间数据传送过程的定时协调或联络应答信号 。 例如,接口复位,读 /写,端口选择等信号,CPU一端的中断请求和中断响应,总线请求和总线响应,外设一端的准备就绪和选通等控制与应答信号 。
4.3 接口数据传送的控制方式接口最基本的操作是实现微机和外设之间的数据传输 。
数据传输方式不同,CPU对外设的控制方式也不同,从而使接口的结构和功能也不同 。
微机系统与外设之间数据传输的控制方式有三种,程序方式,中断方式,DMA方式 。
4.3.1 程序方式
4.3.2 中断方式
4.3.3 直接存储器 存取 （ DMA） 方式
4.3.1 程序方式程序控制方式可分为无条件传输和条件传输 （ 查询 ） 两种方式 。
1,无条件传输方式无条件传输方式是指传输数据过程中，发送 /接收数据一方不管对方的状态，进行无条件的数据传输。这种传输方式的接口电路和程序设计较为简单。
2,条件（查询）传输方式条件传输方式是在外设状态条件许可的前提下,CPU与外设进行数据传输 。 这种传输方式的接口电路除了有数据端口之外,还必须有状态端口 。
条件（查询）方式接口电路和输入 /输出控制流程数据 输入输出设备状态状态触发器数据输入 /输出缓冲寄存器状态端口选通
Di
数据总线状态寄存器
(1位 )
数据端口选通传送完?
外设就绪?
Yes
No
读取外设状态输入 /输出数据
No
Yes
4.3.2 中断方式中断方式输入 /输出接口电路输入输出设备数据数据输入 /输出缓冲寄存器数据总线数据端口选通中断请求
（ 1）INTR 与门中断请求触发器中断允许触发器中断允许 /屏蔽
（ 1/0）
为了使 CPU能实时地有效管理多个外设,赋予外设具有主动请求
CPU配合的,权利,。 中断传输方式是仅当外设有,请求,才
,服务,的一种程序方式 。
4.3.3 直接存储器存取 (DMA)方式
CPU
存储器总线请求 (HLOD)
总线允许 (HLDA)
DMA
控制器
DMA请求 (DACK)
DMA允许 (DREQ)
I/O
接口
I/O
设备系统总线直接存储器存取 （ DMA,Direct Memory Access） 方式,
即外设在专用的接口电路 DMA控制器 （ DMAC） 的控制下直接和存储器进行数据传送的方式 。
4.3.3 直接存储器存取 (DMA)方式
1,DMA传送控制方式的特点,
◆ DMA方式可以响应随机 DMA请求,具有实时性 。
◆ DMA传送的插入不影响 CPU程序的执行,满足高速数据传送的速度要求,
从而提高整个系统的效率 。
◆ DMA方式只能处理简单的数据传送,无法识别和处理较复杂事务,往往需要综合应用 DMA方式与程序中断方式,二者互为补充 。
2,DMA传送过程：
◆ DMA方式初始化
◆ DMA请求
◆ DMA响应
◆ DMA传送
◆ DMA结束
3,DMA传送控制方式：
◆ 周期挪用方式
◆ 交替访问 方式
◆ CPU停机方式
