哈工大接口技术课件

其他微型机厂商 AMD VIA PC外的微型机 单片机 单板机 嵌入式系统 摩尔定律 存储上的摩尔定律
计算机软件发展
机器指令 汇编语言与工具 控制程序 操作系统 高级语言 面向对象的分析与开发技术和工具 组件技术 平台技术
计算机接口技术的发展
外围设备的发展
– – – – – – – – – – – – 纸带、键盘、鼠标、扫描仪 打印机、显示器 网络设备 。。。。。。。。。
内存
CPU
内存接口
数据总线
地址总线 控制总线 智能仪器接口 通讯接口 过程控制接口 数字量输入输出接 口
数字仪表： 终端： 传感器驱动器： 数字外设： 如：数字式波 如：传真机 如：测力仪 如：打印机、磁 器,数字万用表 Modem 电机驱动电源 盘记录仪、显示 器等
软件接口及发展
– 模块化程序设计 – 结构、记录、抽象数据型、控件、类 – 通讯协议 – 组件/群件：
COM COM+ .NET CORBA J2EE
– 软件平台：Webshpere WebLogic – T/S C/S B/S B/A/S
二、接口的基本概念
接口的定义
接口就是连接CPU与外设之间的部件，它完成CPU与外界的 信息传送。还包括辅助CPU工作的外围电路，如中断控制器、 DMA控制器、定时器、高速CACHE
为什么要使用接口？
1. 2. 3. 4. 外设品种繁多 工作速度慢 信号类型和电平种类不同 信息结构格式复杂
三、接口的功能
接口的十大功能
1. 输入输出功能 2. 数据缓冲功能 3. 联络功能 4. 数据转换功能 5. 中断管理功能 6. 提供时序控制功能 7. 寻址功能 8. 可编程功能 9. 电器特征的匹配功能 10.错误监测功能
3种状态：逻辑1、逻 辑0、高阻抗（断开 或隔离） 双向数据总线的实现 任一时刻，CPU只能 与其中的一个部件交 换信息，其他电路必 须与总线断开或隔离
输入
输出
ห้องสมุดไป่ตู้控制端
锁存器：功能是把来自设备的输入信息锁存起来， 并一直稳定地保持它，直到微处理器取走信息。或 相反。
EN 如图： CP D D 1 .………. 8
– 输入输出指令(IN,OUT)：只限于使用AX或AL与外部设备的端口 传送信息.
IN (INput)输入指令：信息从I/O通过累加器传送到CPU
– IN AL , PORT //直接的字节输入,PORT是外设端口编 号(即端口地址),只能取 00H ~ 0FFH共256个端口地址. – IN AX , PORT //直接的字输入,AX存储连续两个端口地 址PORT+1,PORT – IN AL , DX //间接的字节输入,端口地址范围可通过 DX设置为0000H ~ 0FFFFH共65536个端口地址 – IN AX , DX //间接的字输入
第一章 绪论
史先俊
计算机硬件教研室
要点
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
微型机发展概况 接口基本概念 接口的功能 接口的组成 端口 基本输入输出接口与应用 微型机的接口资源 接口的分类 接口应用 作业
一、微型机的发展概况
产生
辅助计算工具：算盘等 布尔代数：二进制计算机的理论基础 现代计算机的理论模型：图灵机-产生式 第一台计算产生：1946.2.14 ENIAC
四、接口的组成
简单的I/O接口框图
C P U
DB AB
I/O 接口 数据口 状态口
数据 状态信号 控制信号
CB
控制口
外 部 设 备
接口组成 – 若干端口及相应的控制逻辑组成 锁存器、缓冲器（模电、数电） – 基本I/O接口图 所有的端口都是通过端口地址译码来选中的。 所有的端口都是通过数据总线和CPU读写命令来操作的 – 接口体现：IO接口芯片，IO接口卡
对I/O芯片操作的信号线：
– 地址信号线：A0-A9(8086/80286/80386 000-3FF共1K) – A0-A15(80486/奔腾,0000-FFFF,64K)
与非门译码：
– 给出基址，给出芯片端口数，要能够画译码电路图
译码器译码：74LS138 PLD 可编程译码器：
– PLA(programmable Logic array,可编程逻辑阵列) – PAL (progrommable array logic,可编程阵列逻辑) – GAL(gated array logic,门阵列逻辑)译码
硬件接口发展
简单的系统总线 局部总线 AGP 北桥、南桥、MCH、ICH CPU集成的MCH 嵌入式微处理器、嵌入式微控制器.（单片机） 高速缓存L1-L2-L3 外设接口发展：USB、1394、SCSI、EPP/ECP、硬盘CACHE、SATA、I2C、RS232C、 RS485、LVDS、CAN、 Profibus、 – PnP – APU、GPU （NVidia） – 。。。。。。。。。。。
OUT( OUTput)输出指令 ：信息从CPU通过累加器传 送到I/O
– OUT 相同. – OUT – OUT – OUT PORT , AL PORT , AX DX , AL DX , AX //直接的字节输出,PORT规定与IN指令 //间接的字节输出
MOV AL,05H 地址27H的端口 MOV DX,378H
智能机、神经网络计算机、光计算机、生物计算机
INTEL发展史
Intel公司是微处理器工业的龙头老大，它不仅开创了微处理器这一给计 算机业注入了强大的生命力的产品，而且一直为全球的绝大多数微型计算机 提供“芯脏”。 Intel公司是1968年7月18日哥登· 摩尔(Gordon Moore)和集 成电路的发明者鲍勃· 诺伊斯(Bob Noyce)共同创立的。俩人曾是当时集成电 路主要制造商——Fairchild半导体公司创始人中的两位成员。Intel公司创 立后不久，Fairchild公司的另一成员——安迪· 格鲁夫(Andy Grove)也加入 了创业者的行列。Intel公司开始只生产计算机存储芯片，这一新产品开始取 代当时普遍使用的由小磁线圈组成的体积较大的同类产品。但真正成就Intel 事业的产品开发始于1969年。当时，一家名叫Busicom的日本公司要求Intel 为它的一种新型计算器设计一种集2300只晶体管于单一硅片、具有通用性能 的芯片。1971年，Intel公司推出了第一个商品化的微处理器，含有2300个晶 体管的4004，时钟频率为 1 MHz，平均指令执行时间为20s。这是第一代4 位微处理器的标志 4040,8008,8080,8088,8086,80286,80386,80486,PENTIUM，PII,PIII,P4， ITANIUM1，2，XEON等
8个锁存器构成的输入接口或输出接口 锁存器和缓冲器共同组成带输出缓冲能力的寄存 器 很多芯片的输入或输出有锁存能力、缓冲能力或 都有，要注意区分和应用 如8255A
5. I/O端口的编址和寻址
独立编址：专用I/O指令寻址方式-----X86
– – – – 端口地址不占用内存空间，单独编址构成I/O地址空间。 CPU要设置专门的I/O指令来访问端口。 优点：I/O指令和访存指令区别明显，程序编制清晰，容易理解 缺点：I/O指令很少。只能传送。要求CPU提供两组控制信号。
特征位法：
– 通过数据的某一位或多位的不同特定值，确定多个物理端口。 – 如8255A的方式寄存器/位置位复位寄存器等 – 接口芯片内部的端口译码采用各特征位的线选或用译码器等进行译 码
特定顺序法：
– 在芯片操作（常是初始化操作）的特定顺序中，同一个地址， 对应两个或多个物理端口 – 如ICW2 / ICW3 / ICW4 – 采用特征位及时序节拍、计数器等进行译码选择。
五、端口
1.端口的概念
– 软件上：接口中程序员可编程读写的寄存器地址。 – 硬件上：接口电路中的寄存器（锁存器、缓冲器）等 2.端口的种类：
– 数据口：输入、输出的数据信息 – 状态口：接口的状态（包括设备的状态输入）。Cpu和外设引起 – 控制口：控制信号。 3.端口的读写操作=软件上
– 读 IN – 写 OUT
6. I/O接口的地址译码
大译码（外译码）：译码器在CPU与IO芯片之间， 其译码输出YX用来选择哪一个接口芯片，即译码IO 接口芯片的基地址（基址）。其译码输入的地址线 一般为A15-An 小译码（内译码）：译码器在IO芯片内部，是其相 应的选择控制逻辑。用以选择IO接口芯片内部具体 的端口。其译码输入的地址线一般为An-1 - A0 一个接口芯片都有一个CS-片选信号，同时有0-n个 地址信号线。那么此接口的基地址就是CS-的地址， 此接口最多有2n个可编程端口地址。端口地址为 CS-地址+1， CS-地址+2,……. CS-地址+ 2n -1
数 据 总 线
基本I/O接口电路举例（输入端口译码）
VCC
74LS244 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 1G 2G GND 片选 M/IO RD Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
74LS138 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A5 A6 A7 A B C A0 A1 A2
发展
–第一代计算机：以电子管为特征的逻辑元件所构成的第一代（1946 ~ 1958）计算机 –第二代计算机：1958 ~ 1964 晶体管 –第三代计算机：1964 ~ 1970 集成电路时代，用半导体代替磁芯存储器 –第四代计算机：1971~大规模集成电路时代
新发展与划分方法：SSI MSI LSI VLSI ULSI
OUT 27H, AL
//将字节05H传送到
IN AL,DX
4.端口的硬件构成==三态缓冲器和锁存器
三态缓冲器是微处理器并行总线接口中必须要使 用的一种接口部件。