计算机输入输出系统与接口技术
计算机控制系统的接口技术
计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。
1）方式0：基本输入/输出方式。
2）方式1：选通输入/输出方式。
3）方式2：双向选通输入/输出方式。
（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。
应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。
计算机输入输出系统与接口技术
第七章计算机输入/输出系统与接口技术7.1计算机的输入/输出系统一、输入/输出系统的基本组成二、接口电路Interface计算机的CPU和外部设备之间一般不是直接相连的，而是通过一定的接口来连接的。
主机和外设之间的适配电路称为接口电路，相应的程序称为接口程序。
为什么要使用接口：1、接口电路使得CPU可以管理多个外部设备；2、不同外设的工作方式不同，应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于CPU操作的相同工作方式；比如：电压不同，信号方式不同。
3、外部设备有些速度快，有些速度慢，接口电路可以实现设备与CPU之间的速度匹配；4、有些设备是串行传送数据的，而CPU是并行传送数据的，接口电路可以实现串-并行格式转换；5、CPU只能读写数字信息，通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出。
总线接口电路I/O设备接口：接口电路和接口程序三、CPU和输入/输出设备之间传输的信号1、数据信息：数字量、模拟量、开关量；2、状态信息：外设的工作状态；3、控制信息：7.2 微型计算机的常用外部设备1、输入设备：键盘、鼠标2、输出设备：显示器、打印机3、多媒体设备：声卡、图像卡7.3 总线技术Bus一、为什么要用总线？1、分散连接结构2、总线连接方式总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
总线要求在任何一个时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
二、两种总线结构1、单总线结构：2、双总线结构三、总线分类1、片内总线：连接CPU内部个部件，寄存器，ALU等；2、系统总线：包括数据总线，地址总线，控制总线；3、通讯总线：USB，485总线，串行通信总线，并行通信总线。
四、总线标准：为了保证设备接口的通用性，为总线制定了许多国际标准，总线标准可以看作是系统与各模块之间，模块与模块之间的标准界面，界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面的接口功能要求，而无需了解其它接口的要求。
计算机原理 第六章输入输出系统
1
2
3
为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
微型计算机原理及应用第9章输入输出和接口技术
CLK & IOW PS
gf e dcba
COM
35
3.2 数据输入三态缓冲器
外设输入的数据和状态信号，通过数据输入三态缓冲 器经数据总线传送给微处理器。 74LS244三态总线驱动器
74LS244可以用作无条 件传送的输入接口电路。
36
3.2 数据输入三态缓冲器
8
1.2 接口控制原理
（2）串行数据传送
串行数据传送是将构成字符的每个二进制数据位， 按一定的顺序逐位进行传送的方式。 串行数据传送主要用于远程终端或经过公共电话 网的计算机之间的通信。 远距离数据传送采用串行方式比较经济，但串行 数据传送比并行数据传送控制复杂。
9
1.2 接口控制原理
异步串行通信协议规定字符数据的传送格式：
微型计算机原理及应用
1
输入输出和接口技术
1 2 3
接口的基本概念 I/O指令和I/O地址译码 简单的I/O接口
2
输入输出(I/O)是指微型计算机与外界的信息交换， 即通信(communication)。微型计算机与外界的通信， 是通过输入输出设备进行的，通常一种I/O设备与微 型机连接，就需要一个连接电路，我们称之为I/O接 口。 接口是用于控制微机系统与外设或外设与系统设 备之间的数据交换和通信的硬件电路。接口设计涉及 到两个基本问题，一是中央处理器如何寻址外部设备， 实现多个设备的识别；二是中央处理器如何与外设连 接，进行数据、状态和控制信号的交换。 3
状态设臵和存储电路主要由一组数据寄存器构成， 中央处理器和外设就是根据状态寄存器的内容进行 协调动作的。 数据存储和缓冲电路也是一组寄存器，用于暂存 中央处理器和外设之间传送的数据，以完成速度匹配 工作。 7
《计算机组成原理》教案
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器（CPU）2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器（RAM）只读存储器（ROM）硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器（CPU）CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问（DMA）总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析，让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训，培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作，提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《计算机组成原理》2. 课件：PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备：计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源：相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等（30%）2. 期中考试：测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法（30%）3. 期末考试：综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用（40%）六、教学安排1. 课时：共计48课时，每课时45分钟。
第一章：8课时第二章：6课时第三章：10课时第四章：10课时第五章：4课时第六章：6课时第七章：6课时第八章：4课时第九章：4课时第十章：4课时2. 教学方式：讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点：计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器（CPU）的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点：存储器的工作原理中央处理器（CPU）的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周：计算机硬件系统概述2. 第二周：数据的表示和运算3. 第三周：存储器层次结构4. 第四周：中央处理器（CPU）5. 第五周：输入输出系统6. 第六周：综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验：实验一：计算机硬件组成认识实验二：数据表示与运算实验三：存储器测试实验四：CPU性能测试实验五：输入输出系统实验2. 课堂讨论：讨论话题：计算机硬件技术的未来发展讨论形式：小组合作、课堂分享1. 课程结束后，对教学效果进行自我评估和反思。
计算机接口技术
与CPU和I/O设备进行联络
• I/O接口位于CPU和外设的中间，在进行数 据传送时，既要面向CPU进行联络，又要 面向外设进行联络。
• 联络的具体内容有状态信息、控制信息和 请求信息等。
5. I/O接口的典型结构 P.6
数据总线DB CPU
地址总线AB
I/O接口电路 数据寄存器 状态寄存器
控制总线CB
备
输
I/O 接 口
出 设 备
数据总线 DB 控制总线 CB
微型计算机的结构示意图
单片机
• 是把微型计算机主要部分都集成在一个芯 片上的单芯片微型计算机。
• 中央处理器CPU,随机存取存储器RAM, 只读存储器ROM,I/O接口电路，定时器 /计数器，中断系统，串行通讯接口等
8051型单片机芯片的照片
Intel4004和采用4004的计算器
微处理器时 代的开端
微型计算机的标志
• 把控制器和运算器即CPU集成在一个或几 个芯片上。
8086CPU 80386
Pentium
3.微型计算机的基本结构
• 运算器 • 控制器 • 存储器 • 输入设备 • 输出设备
CPU
地址总线 AB
存 I/O 输 储 接入 器 口设
对输入输出数据进行缓冲和锁存
由于外设的速度慢，而CPU和总线又十分繁 忙，所以 • 在输出接口中，要求对数据具有锁存能力， 安排锁存环节（常用锁存器）； • 在输入接口中，要求对数据具有控制能力， 安排缓冲环节（常用三态门）。
输出接口的锁存环节
内 部
DQ C
外
部
数 据
DQ
数
C
据
总
引
线
DQ
《计算机组成原理》8-输入输出系统
允许中断３
INTA &
&
&
允许中断４ &
&
&
&
1
1
1
1
INTR1
INTR2
INTR3
（ b） 串 行 优 先 链 中 断 排 队 线 路
INTR4
&
至下一级
≥1
INT
程序中断方式
2、中断的处理过程
✓ 软件排队的基本做法是：当CPU访问到 INT0
中
有中断请求时，则保留好中断断点后立
断 服
即进入软件排队程序的入口。从最高优
✓ 中断排队的实现 可以用硬件排队或软件排队两种方法来实现
➢ 硬件排队方式 硬件排队的基本特点是，优先级别高的中断源提出中 断请求后，就自动封锁优先级别较低的中断源的中断请求
➢ 软件排队方式 软件排队是通过编写查询程序实现的。
程序中断方式
2、中断的处理过程
➢ 硬排队方式 I N T R0
INTR1 1
程序直接控制方式
2、条件传送方式
✓ 通过程序查询接口中的状态来控制数据传送的方式，也被称为程序查询 方式。
✓ 程序查询方式中，在执行一次有效的数据传送操作之前，必须对外部设 备的状态进行查询，如果外部设备准备就绪，才能执行数据传送操作。
程序直接控制方式
2、条件传送方式
检查状态标记
N 准备就绪？ Y 执行数据传送
I/O接口
1、接口的概念
✓ 介于主机与外部设备之间的一种缓冲电路称为I/O接口电路，简称I/O接口
（Interface）
✓ 对于主机，I/O接口提供了外部设备的工作状态及数据；对于外部设备，I/O
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
计算机系统结构》电子教案(
《计算机系统结构》电子教案一、课程简介1.1 课程背景计算机系统结构是计算机科学与技术专业的一门核心课程，主要研究计算机系统中各个组成部分的结构、功能和工作原理，以及它们之间的相互关系。
通过学习本课程，使学生了解和掌握计算机硬件和软件的基本组成原理，提高分析和设计计算机系统的能力。
1.2 课程目标（1）了解计算机系统的发展历程和各个时期的特点；（2）掌握计算机系统的基本组成原理和各个组成部分的功能；（3）熟悉计算机系统的性能评价指标和性能优化方法；（4）培养学生的创新意识和实践能力，为后续相关课程的学习打下基础。
二、教学内容2.1 计算机系统概述（1）计算机系统的定义和发展历程；（2）计算机系统的层次结构；（3）计算机系统的主要性能指标。
2.2 计算机硬件系统（1）中央处理器（CPU）的结构和原理；（2）存储器的类型、层次结构和访问控制；（3）输入输出系统及其接口技术。
2.3 计算机软件系统（1）操作系统的基本概念和功能；（2）编程语言和编译器的作用；（3）计算机网络与互联网的基本原理。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授，系统地传授计算机系统结构的基本概念、原理和方法。
3.2 案例分析法结合具体案例，使学生更好地理解和掌握计算机系统结构的实际应用。
3.3 实验与实践设置相应的实验内容，培养学生的动手能力和实际操作技能。
四、教学资源4.1 教材和参考书（1）《计算机系统结构》，作者：张洪建；（2）《计算机组成与设计：硬件/软件接口》，作者：David A. Patterson、John L. Hennessy。
4.2 网络资源（1）中国大学MOOC（慕课）平台相关课程；（2）学堂在线相关课程。
五、课程评价5.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等，占总评的40%。
5.2 考试成绩包括期末考试和课程设计，占总评的60%。
六、教学安排6.1 课时安排本课程共计32课时，包括16次理论课和8次实验课。
微型计算机原理与接口技术(何宏)章 (6)
第6章 输入/输出接口技术
2．端口编址方式 既然端口可被微处理器访问，如同存储单元，那么每个端口 也存在着编址的方式问题。在当今流行的各类微机中，对I/O接口 的端口编址有两种办法，即端口统一编址和端口独立编址。用 Motorola公司的微处理器，如6800、68000系列构成的微型机采用 前一种方法；而用Zilog和Intel 公司的微处理器，如Z-80、Z800、8086/8088、80286、80386、80486、Pentium等系列构成的 微型机都采用后一种方法。
期(WR为低电平时)呈现在数据总线上，这样短的时间用于向低速 外围设备传送是不可能的，因此，要在接口电路中设置数据锁存 器，将CPU输出的信息先放在锁存器中锁存，再由外设进行处理， 以解决双方的速度匹配问题。
第6章 输入/输出接口技术
2．缓冲隔离功能 CPU与外设的信息交换是通过CPU的数据总线完成的，系统不 允许外设长期占用数据总线，而仅允许被选中的设备在读周期(或 写周期)占用数据总线。通过接口电路，就可以实现外围设备信息 在CPU允许期内传递到CPU数据总线上，其他时间对CPU总线呈高阻 状态，这样，设备之间可互不干扰。一般在接口电路中设置输入 三态缓冲器满足上述要求。 3．转换功能 通过接口电路，可以实现模拟量与数字量之间的转换。若外 设电平幅度不符合CPU要求，则通过接口电路进行电平匹配，也可 以实现串行数据与并行数据的转换。
息、状态信息和控制信息3种类型。 1．数据信息 CPU和外围设备交换的基本信息就是数据，数据通常为8位或
16位。数据信息大致分为以下3种类型。 (1) 数字量。数字量是指由键盘、磁盘、扫描仪等输入设备
读入的信息，或者主机发送给打印机、磁盘、显示器、绘图仪等 输出设备的信息，它们是二进制形式的数据或是以ASCII码表示的 数据及字符，通常为8位。
郑学坚《微型计算机原理及应用》(第4版)配套题库(输入输出和接口技术)【圣才出品】
第9章 输入输出和接口技术一、选择题1．I/O设备与CPU之间交换信息，其状态信息是通过（ ）总线传送给CPU的。
A．地址B．数据C．控制D．三者均可【答案】B【解析】数据总线是CPU用来传送数据信息的信号线（双向、三态）。
数据总线是双向三态总线，即数据既可以从CPU送到其他部件，也可以从其他部件传送给CPU，数据总线的位数和处理器的位数相对应。
2．在I/O接口的各种寄存器中，（ ）必须具有三态输出功能。
A．控制寄存器B．状态寄存器C．数据缓冲寄存器D．地址寄存器【答案】C【解析】I/O端口的功能有：对输入输出数据进行缓冲、隔离和锁存；对信号的形式和数据的格式进行变换；对I/O端口进行寻址；与CPU和I/O设备进行联络。
因此，数据缓冲寄存器必须具有三态输出功能。
3．I/O接口电路通常具有（ ）3个端口。
A．数据输入、数据输出、命令端口B．数据输入、数据输出、状态端口C．数据端口、命令端口、状态端口D．数据端口、控制端口、命令端口【答案】C【解析】考查I/O接口电路的基本概念。
4．在存储器映像I/O编址方式中，I/O端口（ ）。
A．可与存储器同时使用同一地址B．可与存储器分时使用同一地址C．与存储器使用两个独立的地址空间D．与存储器共用统一的地址空间【答案】D【解析】在存储器映像I/O编址方式中，I/O端口与存储器共用统一的地址空间。
5．（多选）有关存储器映像I/O方式错误描述的是（ ）。
A．又称为I/O独立方式B．I/O端口地址空间独立于存储器地址空间C．增加地址译码的复杂性D．I/O指令类型较少【答案】ABC【解析】I/O接口不是独立方式，I/O端口地址空间不独立于存储器地址空间，没有增加地址译码的复杂性。
二、填空题1．典型的接口通常具有如下5种功能：______，______，______，______，______。
【答案】地址译码；数据缓冲；信息转换；提供命令译码和状态信息；定时和控制。
微型计算机原理与接口技术学习简答题汇总
微型计算机原理与接口技术学习简答题汇总输入/输出系统与8254简答与填空一、简答题1.什么是接口？答：接口是CPU与外设之间的连接部件，是外设与CPU之间进行信息交换之间的中转站。
2.为什么要在CPU与外设之间设置接口？答：（1）CPU与外设信号不兼容；（2）CPU与外设速度不匹配；（3）提高CPU的工作效率。
3.微型计算机的接口一般具有哪些功能？答：（1）执行CPU命令；（2）返回外设状态；（3）数据缓冲；（4）设备寻址；（5）信号转换；（6）数据宽度与数据格式转换。
4.什么是端口？端口有几类？答：端口是接口电路中能与CPU进行信息交换的一组寄存器。
端口有三类：数据端口，控制端口，状态端口。
5.I/O端口中有哪两种编址方式？各有什么特点？PC机中采用的是哪种编址方式？答：（1）端口与存储器统一编址，特点：占用内存，但是指令简单（2）端口独立编址，特点：不占用内存，但是需要专门的访问指令。
PC机采用的是独立编址方式。
6.微型计算机系统和外设交换信息的方式有哪几种？各有什么特点？答：（1）无条件传送方式:之间使用IN或OUT指令完成CPU与外设之间的数据传送。
输入时，只需要保证外设把数据准备好，输出时，只需要保证外设空闲，因此，无法保证传送是否成功。
（2）查询方式：CPU输出数据前，要查询输出设备是否空闲，CPU输入数据前，要查询输入数据是否准备好。
只有确认设备具备输入或输出条件，才能用IN或OUT指令完成CPU 与外设之间的数据传送。
（3）中断方式：外设向CPU发出中断请求，CPU响应中断请求，暂停正在运行的程序，转入中断服务程序，完成数据传送；等中断服务程序结束后，将自动返回原来的断点继续执行。
（4）DMA（直接存储器存取方式）：用硬件实现外设与内存之间的数据交换，不通过CPU。
7.8254的各个通道CLK、GATE信号各自有什么作用？答：CLK是计数时钟输入端，GATE是门控信号输入端。
当GATE=1时,每一个CLK信号的下降沿使8254内部减1，计数器减1。
计算机组成原理9章：输入输出系统
三、直接存储器存取方式（DMA） 1、基本概念 DMA是一种完全由硬件实现的I/O信息交换方式。是在I/O设备与主存 之间建立一条直接传送数据的通路，并在有关硬件电路（ＤＭＡＣ）的 控制下进行数据交换，而不需CPU干预。 在正常工作时，所有工作周期都用于执行CPU的程序，当外设将要 传输的数据准备好后，占用总线一个工作周期和知己交换一个单位数据， 这个周期过后，CPU继续控制总线，执行原程序。如此重复，直至整个 数据块传送完毕。 ２、DMA的工作方式（访内冲突的处理） DMA技术的出现，使得外设可以通过DMA控制器直接访问内存，此 时，CPU可以继续执行原程序，CPU继续执行程序时要要访问内存， DMA传送时也要访问内存，这样就会出现访问内存冲突。如何处理？
3、DMA接口的组成及功能 （1）功能：指挥某台I/O设备完成操作；指出被传送信息在主存的首地址；指 出要传送的字节数。 （2）组成 ①IOCR：I/O控制寄存器，来自CPU的命令码，设备码，来自I/O设备的状态字。 ②IOAR：I/O地址寄存器，要交换信息在内存的首地址，自动加1 ③WC：字计数器，存放要成批交换的数据的个数，自动减1 ④IOIR：准备与内存交换的信息 ⑤BC：字节计数器，一次只能传送一个字节时用。 ⑥控制逻辑 以上各部分组成DMAC 4、DMA工作过程 （1）I/O指令→IOCR,命令码启动DMA，设备码选中所需设备 （2）DMA启动后，赋初值：内存首址→IOCR，交换字数→WC (字节→BC)， 有关状态及控制信息→DMA （3）被启动的设备准备就绪，向CPU发DMA请求，CPU响应，便交换数据。 （4）从I/O接口输入一数据（从内存输出一数据）到IOIR，IOARMAR， IOIR→MIR ,完成一个数据的传送，同时修改IOAR和WC（BC） （5）又一数据从I/O接口（从内存）→IOIR，重复（4），直到所有数据传送 完毕。
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
计算机接口技术
五、按使用信号的类型可分为数字接口和模拟接口
按使用信号的类型可分为数字接口和模拟接口 以上是从不同的角度对接口进行的简单分类，但现在接口技术已向复合化发展
二、微机与外设的连接方式：总线
CPU
内存接口
内存
智能仪器接口
通讯接口(wangluo
过程控制接口
数字量输入输出接口
数据总线
地址总线
控制总线
数字仪表： 如：数字式波器 数字万用表
终端： 如：传真机 Modem
传感器驱动器： 如：测力仪 电机驱动电源
数字外设： 如：打印机、磁盘 记录仪、显示器等
1-2 I/O接口的基本结构、功能与组成
1－3：二、专用接口和通用接口
微机系统的接口插座
三、按数据通讯的方式可分为串行接口和并行接口
串行：位传送 并行：字或字节
四、按信息传送方式可分为查询式接口、中断式接口和DMA式接口
1、程序查询式：CPU使用程序程序传送方式与I/O设备交换资料，分 B:无条件程序传送接口 A:程序查询方式接口 2、中断方式接口： 当I/O设备需要CPU为其服务时，可以发出中断请求信号INT，CPU在接到信号后，中断正在执行的程序，转为某设备服务，服务完毕后，再返回原来被中断的程序，中断服务由I/O端口发出申请。
一、什么是计算机接口技术：
计算机I/O接口：这种介于计算机主机系统和外设之间的缓冲电路称为计算机接口电路。 计算机接口技术：计算机主机系统和外设之间的缓冲电路的设计与连接技术。 随着现代计算机的发展，接口技术与计算机组成技术存在着交叉。
一、什么是计算机接口技术：
输入-输出接口概述
计算机通过外围设备同外部世界通信或交换数据称为“输入/输 出”。由于输入/输出设备与CPU速度各不相同。如何把工作速度不同 的外围设备与高速的CPU连接起来，就是计算机输入/输出接口所要研 究的问题。
所谓接口就是指两台计算机之间、计算机与外围设备之间、计算 机内各部件之间起连接作用的逻辑电路，是CPU与外界进行信息交换 的中转站，是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务 的逻辑电路，对输入/输出过程起一个缓冲和联络的作用。
2021年1月30日星期六
5.地址译码电路 它由译码器或能实现译码功能的其他芯片构成。它的作用
是进行设备选择，是接口中不可缺少的部分。这部分电路不包 含在集成接口芯片中，要由用户自行设计。
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基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完 成。
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1.2 接口的基本功能
数据缓冲 和锁存功能
寻址功能
接收和执行 CPU命令的功能
信号转换功能
数据转换
计算机的应用
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中断管理 可编程功能 联络功能
错误检测功能 ……
1.3 接口电路中的信息
输入/输出接口技术是信息传送的控制技术，是一种采用软、硬 件结合的方法，实现CPU与外设之间协调与匹配，实现二者之间高效、 可靠的信息传递的一门技术。
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1.1 设置接口电路的目的
一般的输入/输出设备都是机械的或机电相结合的产物，它 们与CPU进行数据交换时存在以下问题：
（1）端口间接速度不匹配 （2）端口时序不匹配 （3）信息格式不匹配 （4）信息类型不匹配
开关量：只具有两个状态，如开关的断开和闭合，机器的运转与 停止，阀门的打开与关闭等。这些开关量通常要经过相应的电平转换 才能与计算机连接，只用一位二进数即可表示。
计算机原理与接口技术
计算机原理与接口技术
计算机原理与接口技术是一门涵盖了计算机硬件、软件和通信技术等多个方面知识的学科。
它主要研究计算机系统的基本原理以及计算机与外部设备之间的接口技术。
计算机原理包括计算机的基本工作原理、指令集体系结构、计算机组织结构、存储器层次结构、中央处理器、输入输出系统等内容。
接口技术则主要研究计算机与外部设备、网络等之间的通信接口和协议。
计算机原理与接口技术的学习与应用对于理解和掌握计算机系统的运行与设计原理以及与外部设备的连接和通信方式具有重要意义。
它不仅为计算机科学与技术相关专业的学生提供了必备的知识基础，也为计算机应用领域的技术人员提供了必备的专业知识。
在计算机原理方面，学习者需要了解计算机的基本工作原理，即计算机如何接收输入数据，如何进行运算处理，以及如何输出结果。
此外，了解指令集体系结构可以帮助学习者理解不同类型计算机的指令系统是如何设计和实现的，以及如何进行编程开发。
在计算机组织结构方面，学习者需要了解计算机是如何组织和连接各个硬件部件的，包括中央处理器、内存、存储器层次结构、输入输出系统等。
在接口技术方面，学习者需要了解计算机与外部设备的连接和通信方式。
这包括串行接口、并行接口、USB接口、网络接
口等。
了解各种接口的工作原理和通信协议，可以帮助学习者
实现计算机与外部设备之间的数据交换和通信。
总之，计算机原理与接口技术是计算机科学与技术领域中非常重要的一门学科，它涉及到计算机系统的基本原理和与外部设备的接口技术。
通过学习和应用这门学科，我们可以更好地理解和掌握计算机系统的运行和设计原理，以及计算机与外部设备之间的连接和通信方式。
计算机控制技术 第3章 过程输入输出通道
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SM331的8个模拟量输入通道共用一 个积分式A／D转换部件，即通过模拟切 换开关，各输入通道按顺序一个接一个 地转换。 某一通道从开始转换模拟量输入值 起，一直持续到再次开始转换的时间称 模入模块的循环时间，它是模块中所有 活动的模拟量输入通道的转换时间的总 和。
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实际上，循环时间是对外部模拟量 信号的采样间隔。 对于一个积分时间设定为20ms，8个 输入通道都接有外部信号且都需断线监 视的SM331模块，其循环时间为 (22+10)*8ms=256ms 因此，对于采样时间要求更快一些的 场合，优先选用二输入通道的SM331模 块。
激励电压 激励电压 全桥和半桥设置 全桥和半桥设置 隔离，放大， 噪声滤波 隔离，放大，噪声滤波 隔离，放大， 隔离，放大，
Demo
泛华测控 / Pansino
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温度传感器的信号调理
绝大多数传感器均有相应的变送器，但温 度传感器的调理电路往往需自己制作，当然也 有现成的产品，但价格较高。常见的温度调理 电路采用桥式电路原理进行测量。
18
液位传感器
磁致伸缩液位传感器：
测量范围： 测量范围：0.2~5m 基本测量精度： 基本测量精度：0.05%
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压力型液位变送器
JYB-K*-**型液位变送器 型液位变送器 量 程 ： 0-0.5m,4m,100m 精度： 级 ± 精度：A级≤±0.25％ ％ B级≤±0.5％ 级 ± ％
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27
A/D转换器
A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数 字量的器件或装置，它是一个模拟系统和计算 机之间的接口，它在数据采集和控制系统中， 得到了广泛的应用。
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3.1.1 模拟量输入通道
变送器输出的信号为0～ 变送器输出的信号为 ～10mA或4 ～ 20mA 或 的统一信号，需要经过I/V变换变成电压信号 变换变成 电压信号后 的统一信号 ， 需要经过 变换 变成 电压信号 后 才能处理。 对于电动单元组合仪表， 才能处理 。 对于电动单元组合仪表 ， DDZ—Ⅱ Ⅱ 号标准为0～ 型的输出信 号标准为 ～10mA，而DDZ—III型 ， 型 输出信号标准为4～ 输出信号标准为 ～20mA。 。
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第七章计算机输入/输出系统与接口技术
7.1计算机的输入/输出系统
一、输入/输出系统的基本组成
二、接口电路Interface
计算机的CPU和外部设备之间一般不是直接相连的，而是通过一定的接口来连接的。
主机和外设之间的适配电路称为接口电路，相应的程序称为接口程序。
为什么要使用接口：
1、接口电路使得CPU可以管理多个外部设备；
2、不同外设的工作方式不同，应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于CPU
操作的相同工作方式；比如：电压不同，信号方式不同。
3、外部设备有些速度快，有些速度慢，接口电路可以实现设备与CPU之间的速度匹配；
4、有些设备是串行传送数据的，而CPU是并行传送数据的，接口电路可以实现串-并行格式转
换；
5、CPU只能读写数字信息，通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出。
总线接口电路I/O设备
接口：接口电路和接口程序
三、CPU和输入/输出设备之间传输的信号
1、数据信息：数字量、模拟量、开关量；
2、状态信息：外设的工作状态；
3、控制信息：
7.2 微型计算机的常用外部设备
1、输入设备：键盘、鼠标
2、输出设备：显示器、打印机
3、多媒体设备：声卡、图像卡
7.3 总线技术Bus
一、为什么要用总线？
1、分散连接结构
2、总线连接方式
总线是连接多个部件的信息传输线，是各部件共享的传输介质。
总线要求在任何一个时刻，只允许有一个部件向总线发送信息，而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
二、两种总线结构
1、单总线结构：
2、双总线结构
三、总线分类
1、片内总线：连接CPU内部个部件，寄存器，ALU等；
2、系统总线：包括数据总线，地址总线，控制总线；
3、通讯总线：USB，485总线，串行通信总线，并行通信总线。
四、总线标准：
为了保证设备接口的通用性，为总线制定了许多国际标准，总线标准可以看作是系统与各模块之间，模块与模块之间的标准界面，界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面的接口功能要求，而无需了解其它接口的要求。
ISA总线：PC机的早期总线标准，8~16位数据线，20位地址线；
PCI总线：32~64位的数据线，64位地址线；
VESA总线：显示卡专用；
AGP总线：显示卡专用；
PCMCIA总线：常用于移动设备，16位数据线。
26位地址线，支持‘即插即用’；
SCSI总线：小型机总线。
7.4 基本I/O端口Port
CPU与外设之间的数据传送是通过端口实现的，在一个接口电路中应有一个或几个端口，端口一般是由寄存器(或锁存器)实现的，每个端口有其单独的地址。
一、端口编址方式
I/O接口的编址有两种方式，独立编址和与存储器统一编址。
1、统一编址：I/O与存储器统一编址就是将I/O地址看作是存储器的一部分，所用的指令和
访问存储器的指令一样。
缺点是需要占用存储器的寻址空间，并且设备读写的速度不能太慢，MOVX A, @DPTR；
2、独立编址：I/O的地址和存储器的地址是分开的，不占用存储空间，缺点是需要有专门的
I/O读写指令。
二、8086的I/O指令
格式：
IN AL, P8 ：8位地址
IN AX, P16 ；8位地址
IN AL, DX ；16位地址
IN AX, DX ；16位地址
OUT AL, P8 ：8位地址
OUT AX, P16 ；8位地址
OUT AL, DX ；16位地址
OUT AX, DX ；16位地址
PC机的编址: 0000H~03FFH系统使用，0400H~FFFFH用户使用。
三、 基本I/O 接口电路及I/O 端口译码
四、 输入输出端口使用同一地址
输出设备
输入设备
7.5 中断技术
一、中断的概念
1、接口程序的两种方式
查询方式和中断方式。
查询方式的接口程序
I/O总线
状态口： sport1 sport2sport3
数据口： dport1 dport2dport3
ADDR1: IN AL, SPORT1
CMP AL, 0
JNE IAR1
IN AL, SPORT2
CMP AL, 0
JNE IAR2
IN AL, SPORT3
CMP AL, 0
JNE IAR3
JMP ADDR1
IAR1:
IN AL, DPORT1
…
JMP ADDR1
IAR2:
IN AL, DPORT2
…
JMP ADDR1
IAR3:
IN AL, DPORT3
…
JMP ADDR1
中断过程是一个由硬件触发计算机系统停止当前执行的程序而运行另一个处理程序的过程。
2、 中断的过程
3、 需要解决的问题
1） 如何判断有中断？ 2） 如何响应中断？
3） 如何判断是哪个设备的中断？ 4） 如何调用中断服务程序？
5） 多个中断同时发生时，如何处理？
二、 8086的中断系统
1、 中断引脚
○
1INTR ，○2NMI ，○3INTA 中断判断：在一条指令执行完之后，8086CPU 检测NMI 和INTR 是否为高电平，如为高电平，则表示有中断。
IF 标志：中断屏蔽标志， 当IF=1时，检测INTR ，IF=0时，不检测INTR NMI 不受影响。
中断响应：CPU 在INTA 上发出两个负脉冲。
2、 中断排队电路
中断源：每一个产生中断的接口电路称为一个中断源。
排队电路：当多个中断源同时提出请求时，必须对各中断源的请求进行排队，只接受级别最高的中断源的请求；
中断源1中断源2中断源3中断源4
INTP1INTP2INTP3INTP4
排队电路根据优先级的高低，每次输出一个INTP 。
3、 中断矢量
INTP1INTP2
INTPn
INTR
CPU 通过中断矢量可以知道是哪个中断源发出的中断。
中断源1中断源2
中断源8
...
4、 8086CPU 的中断过程
CPU 在当前指令执行完之后，检测是否有外部中断，有中断则响应中断，向
INTA 上发出两个负脉冲。
外设在第二个负脉冲的下降沿之后，将中断矢量发往数据总线。
中断矢量
CLK INTA AD7~AD0
5、 中断矢量表
CPU 根据中断矢量和中断矢量表查找中断服务程序入口，中断矢量表在内存的一个固定位置：00000H~003FFH ，每个中断占用4个字节，共256个中断。
中断0
0000:0000
中断1 0000:0004
中断2 0000:0008
6、中断执行过程
1)将标志寄存器入栈；
2)将IF和TF清0；
3)将下一条指令的CS和IP入栈；
4)利用中断矢量在中断矢量表中查找中断服务程序的入口地址，将段和偏移地址放入
CS:IP，执行中断服务程序。
三、中断服务程序
1、中断服务程序的流程
2、中断服务程序地址的设置
设置40H中断的服务程序入口地址。
DATA SEGMENT
OLD DD ?
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE, DS:DATA, ES:NOTHING
START:
MOV AX, DA TA
MOV DS, AX
MOV AX, 0
MOV ES, AX
CLI
MOV BX, 40H*4
MOV AX, ES:[BX]
MOV WORD PTR OLD, AX
MOV AX, ES:[BX+2]
MOV WORD PTR OLD[2], AX
LEA AX, NEW40
MOV ES:[BX], AX
MOV AX, CS
MOV ES:[BX+2], AX
STI
…
CLI
MOV BX, 40H*4
MOV AX, WORD PTR OLD
MOV ES:[BX], AX
MOV AX, WORD PTR OLD[2]
MOV ES:[BX+2], AX
STI
MOV AX, 4C00H
INT 21H
NEW40 PROC FAR
PUSH AX
…
STI
…
…
POP AX
IRET
NEW40 ENDP
CODE ENDS
END START
3、软中断
中断0~中断0FH：系统硬中断；
中断10H~中断1FH：为BIOS中断；
中断20H~中断2FH：为DOS中断；
中断30H~中断FFH：用户使用。