微型计算机接口技术及应用课后习题答案(刘乐善)

（2） 传送方式处理程序段：不同的传送方式（查询、中断、DMA 方式） 程序段不同 （3） 主控程序段：完成接口任务的程序段 （4） 程序终止与退出程序段：程序退出前对接口电路中硬件进行保护的 程序段 （5） 辅助程序段：人－机对话、菜单等 7. 接口电路的结构有哪几种形式？ 接口电路的结构主要有四种： （1） 固定式结构：不可编程的接口电路，结构简单、功能单一、固定 （2） 半固定式结构：由 PAL 或 GAL 器件构成的接口电路，功能和工作 方式可以通过改写内部的逻辑表达式来改变，但逻辑表达式一旦烧入芯 片，其功能和工作方式就固定下来了 （3） 可编程结构：其功能和工作方式可由编程指定，使用灵活、适应面 广，且种类繁多 （4） 智能型结构：芯片本身就是一个微处理器，外设的全部管理都由智 能接口完成，如 I/O 处理器 I0809 或通用单片机 8. CPU 与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？ CPU 与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和 DMA 方式： （1） 查询方式：主要用于 CPU 不太忙且传送速度不高的情况下。无条件 传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单 I/O 设备的控制或 CPU 明确知道外设所处状态的情况下。 （2） 中断方式：主要用于 CPU 的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控 制和紧急事件的处理 （3） DMA 方式（直接存储器存取方式） ：主要用于高速外设进行大批量 数据传送的场合。 9. 分析和设计接口电路的基本方法是什么？ 分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合： （1） 两侧分析法：CPU 一侧，主要是了解 CPU 的类型、它提供的数据 线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设 一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程 （2） 硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性 地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低 层硬件编程，也可以采用 DOS 系统功能调用和 BIOS 调用编程。 10. 外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何？你所知道的外围接口芯片有 那些？ 略。 你认为学习接口技术的难点在哪几个方面？应如何对付？ 略。 习题二 1 什么是端口？ 端口是接口电路中能被 CPU 直接访问的寄存器。 2I/O 端口的编址方式有几种？各有何特点？ I/O 端口的编址方式有两种——统一编址方式（存储器映象方式）和独立编 址方式（I/O 映象方式、专用 I/O 指令方式）
A9 A8 A7 & 1
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A3 A2 A1 A0 AEN IOR 1 ≥1 1 1 1 1 & Y
7 图 2.2 是 PC 机系统板的 I/O 端口地址译码电路，它有何特点？试根据图中地 址线的分配，写出 DMAC、INTR、T/C 以及 PPI 的地址范围？
在图 2.2 的译码电路中，不管芯片本身需要多少个端口地址，一律分配一个 含有 32 个地址的地址范围。其中 DMAC、INTR、T/C 和 PPI 的地址范围分别 是： DMAC：00H～1FH；INTR：20H～3FH；T/C：40H～5FH；PPI：60H～ 7FH 8 在图 2.4 译码电路中，若要改变 I/O 端口地址，使其地址范围为 300H～307H， 则开关 S0～S9 应如何设置？ 由于 AEN 必须为 0， 所以 S9 一定是闭合的， 若使译码输出地址范围为 300H～ 307H，则有如下的分析： A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 …… 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 开 开 合 合 开 开 开 开 开 所以，S0～S9 中 S5、S6 和 S9 是闭合的，其余的开关全部断开。 9GAL 器件有那些特点？采用 GAL 器件进行 I/O 地址译码有何优点？ 略。 10 采用 GAL 器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何？ 略。 11. 通常所说的 I/O 操作是指 CPU 直接对 I/O 设备进行操作，这话对吗？ 这话不对，I/O 操作是指 I/O 端口操作，即访问与 I/O 设备相关的端口，而 不是对 I/O 设备直接操作。 12. 在独立编址方式下，CPU 采用什么指令来访问端口？ 独立编址方式下，采用专用的 I/O 指令——输入/输出指令（如 PC 系列微 机中的 IN、OUT）来访问端口。 13. 在 I/O 指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种？ PC 系列微机中，I/O 指令对端口的寻址方式有两种：直接寻址和间接寻址 （必须由 DX 间址） 。 直接寻址方式中，端口地址的宽度为 8 位，即地址范围是 00H～FFH； 间接寻址方式中， 端口地址的宽度为 16 位， 即地址范围是 0000H～FFFFH。 14. CPU 从端口读数据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道？ 通常所说的 CPU 从端口读数据或向端口写数据， 仅仅是指 I/O 端口与 CPU 的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器。由于累加器只能 保存一个数据，所以在实际中通常是 I/O 与存储器交换数据。 15. I/O 端口地址译码电路一般有哪几种结构形式？ I/O 端口地址译码电路一般有两种结构形式： 固定式端口地址译码——硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不 变 可选式端口地址译码——电路中有若干个 DIP 开关，硬件电路不改动，只 改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。 16. I/O 地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各作何用途？如何决 定低位地址线的根数？ 一般情况下，高位地址线与控制信号线进行逻辑组合，经译码电路产生 I/O
（1） 统一编址方式：从整个寻址空间中划出一部分给 I/O 设备，其余的 给存储器，通过地址码区分操作对象是存储器还是 I/O，二者的地址码 不重叠。这种方式的优点是①I/O 端口的编址空间大，且易于扩展②I/O 指令丰富、功能齐全；缺点是①存储器的地址空间减少，达不到系统最 大的寻址空间②I/O 指令比独立编址方式的专用 I/O 指令长，译码时间 长，执行速度慢 （2） 独立编址方式：存储单元与 I/O 端口分别编址，地址码重叠，通过 操作码区分操作对象是存储器还是 I/O。 这种方式的优点是①I/O 端口不 占存储器的编址空间，使存储器的容量可达系统的最大寻址能力② I/O 指令短、执行速度快；指令清晰、可读性强；缺点是①I/O 端口地址范 围一旦确定，不易扩展②I/O 指令种类有限，操作单一 3 设计 I/O 设备接口卡时，为防止地址冲突，选用 I/O 端口地址的原则是什么？ 为了避免端口地址发生冲突，在选择 I/O 端口地址时一般要遵循以下的原 则： （3） 凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用 （4） 原则上讲，未被占用的地址，用户可以使用，但对计算机厂家申明 保留的地址，不要使用，否则会发生 I/O 端口地址重叠和冲突 （5） 一般，用户可使用 300H～31FH 地址，这是 IBM－PC 微机留作实 验卡的，用户可以使用。为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲 突，最好采用地址开关。 4I/O 端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么？ I/O 端口地址译码电路的作用就是把地址和控制信号进行逻辑组合， 从而产 生对接口芯片的选择信号。 5 在 I/O 端口地址译码电路中常常设置 AEN＝0，这有何意义？ AEN＝1，表示正在进行 DMA 操作，在 I/O 端口地址译码电路中，常常令 AEN＝0 时，译码输出才有效，这样做的目的是为了避免在 DMA 操作周期中， 由 DMA 控制器对这些以非 DMA 方式传送的 I/O 端口执行 DMA 方式的传送。 6 若要求 I/O 端口地址为 374H， 则在图 2.1 （b） 中的输入地址线要作哪些改动？ 为了使 I/O 端口的地址为 374H，图 2.1（b）中地址线 A2、A8 后的非门去 掉，而在地址线 A3、A7 后面加上非门。即修改后地址线 A0、A1、A3、A7 后有 非门，其余地址线后无非门。如图所示：
习题一
1. 什么是接口？ 接口就是微处理器 CPU 与外部世界的连接部件，是 CPU 与外界进行信息 交换的中转站。 2. 为什么要在 CPU 与外设之间设置接口？ 在 CPU 与外设之间设置接口主要有 4 个原因： （1） CPU 与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义 和时序关系 （2） CPU 与外设的速度不匹配，CPU 的速度快，外设的速度慢 （3） 若不通过接口，而由 CPU 直接对外设的操作实施控制，会使 CPU 处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低 CPU 的效率 （4） 若外设直接由 CPU 控制，会使外设的硬件结构依赖于 CPU，对外 设本身的发展不利。 3. 微型计算机的接口一般应具备那些功能？ 微机的接口一般有如下的几个功能： （1） 执行 CPU 命令的功能：CPU 将对外设的控制命令发到接口电路中 的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设 （2） 返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常 工作状态和故障状态 （3） 数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对 CPU 于外 设间传送的数据进行中转 （4） 设备寻址的功能：CPU 某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU 发 出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中 I/O 设备 （5） 信号转换的功能：当 CPU 与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平 高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能 （6） 数据宽度与数据格式转换的功能：由于 CPU 处理的数据都是并行 的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换， 并进行数据格式的转换。 4. 接口技术在微机应用中起的作用？ 随着计算机技术的高速发展，计算机的应用越来越广泛。然而，在微机系 统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之 间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口技术成为了一门关键技 术，它直接影响微机系统的功能和微机的推广应用。 5. 接口电路的硬件一般由哪几部分组成？ 接口电路的硬件一般由以下几部分组成： （1） 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器， 是接口电路中的核心 （2） 端口地址译码电路：实现设备的选择功能 （3） 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电路。 6. 接口电路的软件控制程序一般包括哪几部分？ 接口电路的软件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互渗透、 融为一体的： （1） 初始化程序段：对可编程接口芯片进行初始化编程
CS
接口芯片的片选信号 ——实现片间选择；低位地址线不参与译码，直接与 I/O 接口芯片的地址线相连——实现 I/O 接口芯片的片内端口选择。 低位地址线的根数由 I/O 接口芯片内部的端口数量决定， 如果 I/O 接口芯片 n 内部有 2 个端口（其引脚上一定有 n 根地址线） ，那么，寻址端口时，低位地址 线的根数就是 n。 17. 可选式 I/O 端口地址译码电路一般由哪几部分组成？ 可选式 I/O 端口地址译码电路一般由地址开关（DIP 开关） 、译码器、比较 器或异或门组成。 18. 采用 GAL 器件设计地址译码电路时，其核心是编写 GAL 器件输入源文件 （即 GAL 设计说明书） 。 现利用 GAL16V8 设计一个扩展系统的地址译码电 路，要求该系统的 I/O 端口地址范围分别为 300H～31FH 和 340H～35FH； 存储器地址范围为 D0000H～EFFFFH。试编写 GAL16V8 的编程输入源文 件。 略。 19. 若将图 2.3 中 DIP 开关状态设置为： S2 和 S1 合上 （ON） ； S3 和 S0 断开 （OFF） ， 试指出 74LS138 输出端 Y5 的地址范围，并与图中在 DIP 开关原来的状态 下 Y5 输出端所产生的地址范围进行比较，有何变化？ 如果 S2 和 S1 合上（ON） ；S3 和 S0 断开（OFF） ， Y5 有效时，各位地址线的 状态如下： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 1 0 0 1 0 1 0 1 S3 S2 S1 S 0 开 合 合 开 所以，这种开关状态下， Y5 的地址范围是 254H～257H；而 DIP 开关在 原来的开关状态下， 的地址范围是 314H～317H。这两个地址范围 A9～A6 Y5 的状态不同，因为 A9～A6 的状态是由开关的状态决定的；而二者的 A5～A2 是相 同的，因为它们不受开关状态的影响。 习题三 1 计数、定时与频率、声音以及音乐之间有什么关系？ 定时和计数的本质是相同的，当计数的基本脉冲是标准的时间单元时，计 数就变成了定时。定时输出脉冲的周期的倒数就是频率。由定时输出的脉冲可 以产生声音，脉冲的频率就决定了声音的频率。脉冲频率高，声音的音调高（听 起来尖锐） ；脉冲频率低，声音的音调低（听起来低沉） 。而由频率不同、持续 时间不同的声音就可以产生动听的音乐。 2 微机系统的定时有哪两类？何谓时序配合？ 微机系统中的定时分为内部定时和外部定时两类。 内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系，是用户无法更改的。 外部定时是指外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，需 要用户根据外设的要求进行安排。 时序配合是指用户在考虑外设与 CPU 连接时， 不能脱离计算机的定时要求， 即以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求。 3 微机系统中的外部定时有哪两种方法？其特点如何？ 微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。 软件定时：利用 CPU 执行指令需要一定时间的特点产生延时。这种方法不