计算机接口技术及应用 第2讲 (数据传送方式) (2010秋)
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微型计算机接口技术及应用第三版刘乐善重要知识点
1.（为什么要设置接口）设置接口的目的有两条：通过接口实现设备及总线的连接；连接起来以后，CPU通过接口对设备进行访问，即操作或限制设备。
2.接口分为两类：设备接口和总线桥设备接口：是指I/O设备及本地总线（如ISA总线）之间的连接电路并进行信息（包括数据, 地址及状态）交换的中转站。
总线桥，是实现微处理器总线及PCI总线，以及PCI总线及本地总线之间的连接及信息交换（映射）的接口。
3.设备接口和总线桥的区分：首先，总线桥及接口的区分是连接对象不同。
接口连接的的是I/O设备和本地总线（用户总线），总线桥连接的是本地总线（用户总线）和PCI总线。
其次，传递信息的方法不同。
接口是直接传递信息，接口两端的信息通过硬件传递，是一种一一对应的固定关系。
桥是间接传递信息，桥两端的信息是一种映射的关系，并非通过硬件一一对应的直接传输，即由软件建立起来的映射规则实现，可动态改变。
4.为什么要设置I/O设备接口为什么要在ISA总线和I/O设备之间设置接口电路呢？缘由：一, 微机的总线及I/O设备两者的信号线不兼容，在信号线的功能定义，逻辑定义和时序关系上都不一样；二，CPU及I/O设备的工作速度不兼容，CPU速度高，I/O设备速度低；三，若不通过接口，而由CPU直接对I/O设备的操作实施限制，就会使CPU穷于应付及I/O设备硬件打交道，从而大大降低CPU的效率；四, 若I/O设备直接由CPU限制，也会使I/O设备的硬件结构依靠于CPU，对I/O设备本身的发展不利。
因此，有必要设置具有独立功能的接口电路，以便协调CPU及I/O设备两者的工作，提高CPU的效率，不有利于I/O设备按自身的规律发展。
5.I/O设备接口的功能 1.执行CPU命令 2.返回外设状态 3.数据缓冲 4.信号转换 5.设备选择6.数据宽度及数据格式转换6.I/O设备接口及CPU交换数据的方式 1.查询方式 2.中断方式 3.直接存储器存取（DMA）方式7.D/A转换器的接口采纳的数据段和交换方式是无条件传输。
计算机通信接口技术课件
第一章 计算机通信接口概述
计算机通信接口技术
1
第一节 PC的总线结构和I/O接口方框图
1.计算机系统的组成：
中央处理器（CPU）、存储器、输入输出系统
2.计算机系统的标准结构：总线结构
3.计算机的三总线结构：地址总线、数据总线、控制总线
地址总线（AB）
数据总线（DB）
CPU
控制总线（CB）
RAM ROM
(1)I/O端口地址空间
I/O端口地址空间：理论上有64K个独立编址的8位端 口空间。两个连续8位端口可作为16位端口，4个连续 的8位端口可作为32位端口处理。注意端口地址对齐。
I/O端口地址信号：借用地址线信号和IOW/IOR信号 线以及表示DMA正在工作的AEN的反相信号组成。
(2)I/O端口地址寻址方式
➢ 对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，
不必使用专用I/O指令；
➢ 外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。
➢ 系统读写控制逻辑较简单。
缺点：
➢ I/O端口占用部分MEM空间，可用MEM空间减小；
➢ 对MEM访问指令较长，执行速度较慢；
➢ I/O端口地址译码时间较长。
计算机通信接口技术
12
(2)隔离I/O编址（I/O独立编址）
检查。
N-1
MEM
0
存储类指令
K-1
I/O设备
0
I/O类指令
计算机通信接口技术
13
缺点：
专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型 少，寻址方式也少，程序设计灵活性较差；
要求处理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW两组控 制信号，增加了控制逻辑的复杂性。
计算机通信接口技术
计算机通信接口技术
1
第一节 PC的总线结构和I/O接口方框图
1.计算机系统的组成：
中央处理器（CPU）、存储器、输入输出系统
2.计算机系统的标准结构：总线结构
3.计算机的三总线结构：地址总线、数据总线、控制总线
地址总线（AB）
数据总线（DB）
CPU
控制总线（CB）
RAM ROM
(1)I/O端口地址空间
I/O端口地址空间：理论上有64K个独立编址的8位端 口空间。两个连续8位端口可作为16位端口，4个连续 的8位端口可作为32位端口处理。注意端口地址对齐。
I/O端口地址信号：借用地址线信号和IOW/IOR信号 线以及表示DMA正在工作的AEN的反相信号组成。
(2)I/O端口地址寻址方式
➢ 对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，
不必使用专用I/O指令；
➢ 外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。
➢ 系统读写控制逻辑较简单。
缺点：
➢ I/O端口占用部分MEM空间，可用MEM空间减小；
➢ 对MEM访问指令较长，执行速度较慢；
➢ I/O端口地址译码时间较长。
计算机通信接口技术
12
(2)隔离I/O编址（I/O独立编址）
检查。
N-1
MEM
0
存储类指令
K-1
I/O设备
0
I/O类指令
计算机通信接口技术
13
缺点：
专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型 少，寻址方式也少，程序设计灵活性较差；
要求处理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW两组控 制信号，增加了控制逻辑的复杂性。
计算机通信接口技术
第10章 微型计算机接口技术及其应用
（3）程序设计实现 MOV AL,90H ;8255A的控制字 OUT CEH, AL ;控制字写入控制器 DISPLAY: IN AL,C8H ;从A口读入开关状态 OUT CAH,AL ;将开关状态送入B口 LED上显示 MOV CX,200H ;显示延时常数 DELAY: DEC CX JNZ DELAY JMP DISPLAY ;循环读开关状态
8255A有3种工作方式，它们分别是基本输入/输出方 式、选通输入/输出方式和双向传送方式。 1．方式0：基本输入/输出方式 方式0是8255A的基本输入/输出方式，其特点是与外部设 备传送数据时，不需要设置专用的联络（应答）信号，可 以无条件地直接进行I/O传送。A、B、C这3个端口都可 以工作于方式0。A口和B口工作于方式0时，只能以8位设 置为数据输入/输出方式。方式0常用于与外部设备无条件 数据传送或查询方式数据传送。
4．方式控制字 8255A芯片具有3种工作方式，基本输入/输出方式、 选通输入/输出方式和双向输入/输出方式，分别称为方式 0、方式1和方式2。在使用8255A时，通过工作方式控制 字选择A、B、C这3个端口的工作方式。
工作方式控制字的格式如下：
端口A和端口B要分别作为一个整体确定工作方式， 而端口C则是分成高4位、低4位两部分，分别确定工作 方式；端口A和端口B的工作方式可以不同，端口C的上 半部和下半部的工作方式也可以不同；8255A这４部分 的工作方式可以任意组合，这就使8255A的I/O结构有很 大的灵活性，几乎能适应任何一种外部设备的连接需要， 还能满足同时连接几种不同I/O设备的需要。 虽然8255A的I/O有上述4部分，每部分的工作方式 又可以不同，但是各个部分的工作方式却是CPU用一条 输出指令，通过一种控制字写入一个控制寄存器而确定 的。这对于简化初始化编程是十分有利的。
-计算机网络技术与应用教程(第2版) --PPT课件：第2章 数据通信基础
短距离10BASE-T网络与语音传输 加了绕线密度，用于语音传输和10BASE-T网络，某些100BASET
衰减小，串扰少，具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪 比（Structural Return Loss）、更小的时延误差，用于100BASE-T， 某些1000BASE-T 改善了串扰以及回波损耗性能，用于1000BASE-T。永久链路的 长度不能超过90m，信道长度不能超过100m 只使用STP，可用于10Gbps以太网
1.4.1 网络适配器
网卡是网络接口卡（network interface card， NIC）的简称，也称为网络适配器，它是连 接计算机与网络的接口设备。无论双绞线、 同轴电缆还是光纤连接，都必须借助网卡才 能实现。
• 1. 网络适配器及其功能
– （1）它工作在数据链路层和物理层。 – （2）它有一个全球唯一的编码，用于作为计 算机的物理地址——MAC地址，为二层寻址提 供依据。
• 2. 时分多路复用技术
• 3. 光波分多路复用技术
• 4. 码分多路复用技术
– 码分多路复用（code division multiplexing，CDM）是 与码分多址（code division multiple access，CDMA） 相联系的一项技术。 – 在CDMA传输时，要给每位用户分配一个m（通常m取 64或128）比特序列，称为码片序列（chip sequence） 或码片向量。不同的用户的拥有不同的码片序列，好 像他们具有不同的地址。 – CDMA按照下面的规则进行用户数据的发送： –● 发1，发送该站的码片序列的原码； –● 发0，发送该站的码片序列的反码。
• ① 将待编码的n位信息码组Cn−1Cn−2…Ci…C2C1C0表达为一个n−1阶 的多项式M（x） • M（x）=Cn−1xn−1+Cn−2xn-2+…+Cixi+…+C1x1+C0x0 • ② 将信息码组左移k位，形成M（x）· xk，即n+k位的信息码组 • Cn−1+kCn−2+k…Ci+k…C2+kC1+kCk00…00 • ③ 用k+1位的信息码组生成多项式G（x）对M（x）· xk作模2除运算， 得到一个商Q（x）和一个余数R（x）。显然有： • M（x）· xk=Q（x）· G（x）+R（x） • 生成多项式G（x）是预先选定的。
成人教育《计算机接口技术》期末考试复习题及参考答案
《计算机接口技术》练习题A一、单项选择（每小题有四个备选答案，只有一个是正确的）1. DAC1210的分辨率是（）。
A．8位 B．10位 C．12位 D．16位2. 微型计算机采用的是（）键盘。
A．非编码键盘 B．编码键盘 C．多功能电子键盘 D．上诉三者均采用3. 在中断响应周期内，将IF置0是由（）。
A．硬件自动完成的 B．用户在编制中断服务程序时设置的C．关中断指令完成的 D．堆栈指令完成的4. 若同时锁存8254的0通道和1通道的状态和计数值，则其对应的回读命令字为（）。
A．1100 0110 B．1110 0110 C．1100 1110 D．1110 01115. 当CPU不使用总线时进行DMA操作，这种占用总线的方式是（）。
A．CPU停机方式 B．周期扩展方式C．周期窃取方式 D．请求传送方式二、填空题1．8255A的________端口可工作于位控方式，________端口可工作于双向方式。
2．8237A的四种传送方式分别是单字节传送方式，数据块传送方式，________和________。
3．MC146818有三种中断方式，分别是________，________和________。
4．MC14433是________芯片。
5．打印机按其结构分为________和________两种。
三、简答题1. 异步通信与同步通信的区别表现在哪些方面？2. 什么是接口？接口的功能是什么？3. 设计一个查询式输入的接口电路，并根据这一电路编写相应的查询输入程序。
4. 简述模数转换的基本过程。
5. 在异步串行通信中，为什么接收时时钟频率一般是波特率的16倍频？四、利用DAC 0832 设计的一个三角波信号发生器，接口电路如图所示，要求：1．指出DAC 0832的端口地址。
2．编写三角波信号输出控制程序。
五、 PC/XT机控制ADC 0809构成一个压力参数采集系统，要求以查询方式采集400个压力值，存入ADBUF开始的存储单元，试设计硬件接口电路，并编写程序。
新编计算机基础教程(Windows 7+Office 2010版课件第8章 数据通信技术基础1-2节
《新编计算机基础教程（Windows 7+Office 2010版）》 高等学校计算机应用规划教材 第第6章8章1 网通络信基技础术
8.2.1 数据传输模式
1. 串行和并行传输 2. 同步与异步传输 (1) 同步传输 (2) 异步传输 3. 单工、半双工和全双工通信 (1) 单工通信 (2) 半双工通信 (3) 全双工通信 4. 基带传输、频带传输和数字数据传输 (1) 基带传输 (2) 频带传输 (3) 数字数据传输
第8 章 数据通信技术基础
主要内容
8.1 数据通信的基本概念 8.2 数据通信技术 8.3 常用通信系统
《新编计算机基础教程（Windows 7+Office 2010版）》 高等学校计算机应用规划教材 第第6章8章1 网通络信基技础术
8.1 数据通信的基本概念
8.1.1 通信信号与通信模型 8.1.2 信道分类及通信主要指标 8.1.3 通信介质
《新编计算机基础教程（Windows 7+Office 2010版）》 高等学校计算机应用规划教材 第第6章8章1 网通络信基技础术
8.2.2 数据交换方式
4. 其他数据交换技术 (1) 利用数字语音插空技术(DSI，Digital Speech Interpolation)，能提高线路交换的传输能力。 (2) 帧中继(Frame Relay)是对目前广泛使用的X.25分组交换 通信协议的简化和改进。这种高速分组交换技术可灵活设置信 号的传输速率，充分利用网络资源，提高传输效率，可对分组 呼叫进行带宽的动态分配，具有低延时、高吞吐量的网络特性。 (3) 异步传输模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode) 是电路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交 换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度 电视图像等各种高速综合业务的传输能力。
8.2.1 数据传输模式
1. 串行和并行传输 2. 同步与异步传输 (1) 同步传输 (2) 异步传输 3. 单工、半双工和全双工通信 (1) 单工通信 (2) 半双工通信 (3) 全双工通信 4. 基带传输、频带传输和数字数据传输 (1) 基带传输 (2) 频带传输 (3) 数字数据传输
第8 章 数据通信技术基础
主要内容
8.1 数据通信的基本概念 8.2 数据通信技术 8.3 常用通信系统
《新编计算机基础教程（Windows 7+Office 2010版）》 高等学校计算机应用规划教材 第第6章8章1 网通络信基技础术
8.1 数据通信的基本概念
8.1.1 通信信号与通信模型 8.1.2 信道分类及通信主要指标 8.1.3 通信介质
《新编计算机基础教程（Windows 7+Office 2010版）》 高等学校计算机应用规划教材 第第6章8章1 网通络信基技础术
8.2.2 数据交换方式
4. 其他数据交换技术 (1) 利用数字语音插空技术(DSI，Digital Speech Interpolation)，能提高线路交换的传输能力。 (2) 帧中继(Frame Relay)是对目前广泛使用的X.25分组交换 通信协议的简化和改进。这种高速分组交换技术可灵活设置信 号的传输速率，充分利用网络资源，提高传输效率，可对分组 呼叫进行带宽的动态分配，具有低延时、高吞吐量的网络特性。 (3) 异步传输模式(ATM，Asynchronous Transfer Mode) 是电路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交 换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度 电视图像等各种高速综合业务的传输能力。
计算机接口技术课件第2章
2.1.1 总线规范 所谓总线规范，就是由国际标准化组织正式公布或推荐的 用来互连各模块的标准，是人们在把各种不同的模块组成 系统时所要遵守的规范。流行的标准化总线有很多，分别 适应于不同的场合。 总线的标准化需要从下面几个特性进行描述： 物理特性：总线的物理特性是指总线的物理连接方面，包 括总线的根数，插头、插座的形状，引脚的排列方式等。 功能特性：功能特性描述总线中每根线的功能，并对各引 脚间相互的作用及定时关系做出说明。总线包括地址线、 数据线和控制线。 电气特性：电气特性定义每一根线上信号的传送方向以及 总线工作时信号的高低电平和有效电平范围、动态转换时 间、负载能力及最大额定值等。例如，地址总线是单向传 出信号线，数据总线是双向输入输出信号线。
2. 总线频宽 总线频宽是指总线本身所能达到的最高信息传输率，即单位时 间内所传送的字节数。影响总线频宽的因素有总线驱动器及接 收器的性能的好坏、总线的长度、连接在总线上的模块数与总 线的负载能力是否匹配等。总线驱动器及接收器的性能不好会 使信息传送的延时增大；总线的长度越长，数据在总线上传输 的延时越大；连接在总线上的模块数与总线的负载能力不匹配 会引起信号畸形。 3. 总线传输率 总线传输率是指在一定的工作方式下总线所能达到的传输率。 总线的数据传输方式分为两种：正常传输方式和突发传输方式。 正常传输方式是指在每一个传输周期内首先给出地址，然后给 出传输数据，每个传输周期都是这样的方式。突发传输方式是
2.1.3 总线的性能指标 总线的主要功能是实现模块之间的通信，总线上要连接多个模 块，并且同一时刻可能有多个模块提出使用总线的请求。因此 为了明确哪一个设备可以使用总线进行通信，避免混乱，可以 将实现一个总线信息的传送过程分解为请求总线、总线仲裁、 寻找目标地址、信息传送和信息检错等。其中，信息传送是影 响总线通信顺畅的关键因素，也是衡量总线性能的重要指标。 主要反映以下几个方面： 1. 总线定时协议 信息要在总线上传输，就必须遵守一定的定 时协议，以便信息能从源端发送、目的端接收能同步。通信 定时协议有如下几种： 1) 同步通信定时 在同步定时协议中，事件出现在总线上的时刻由总线时钟信号 来确定。由于采用了公共时钟，每个功能模块什么时候发送或 接收信息都由统一时钟规定，因此同步定时具有较高的传输频 率。同步定时适用于总线长度较短、各功能模块存取时间比较 接近的情况。
计算机接口技术及应用 第2讲 (数据传送方式) (2010秋)
2. 根据“中断方式双向传送示例”的图，描述中断方式实现双向数据 传送的过程。
3. 根据“中断和查询组合方式传送数据示例”的图，描述中断和查询 组合方式实现双向数据传送的过程。
4. 根据“DMA方式传送数据示例”的图，描述DMA方式实现数据传 送的过程。模仿该图设计一个用DMA方式将内存中指定地址地址 单元的内容定时（由接口定时发出DMA传输请求）输出给一个8位 的锁存器的电路。
为了可靠地传送数据, 或节约中断请 求通道, 有时中断方式和查询方式可 以组合使用
中断入口
有数据要发
No
送？
Yes
传送1个数据
数据指针加1
中断退出 中断方式传送数据的流程
中断方式单向传送数据 示例1
中断方式的ADC接口
中断方式双向传送数据 示例2
占用2个 中断通道 PC给8051传送一批数据的过程： PC写数据缓冲器,将数据锁存在锁存器中,同时给8051的INT0申请中断, PC软件此时开放IRQ6中断。在8051的中断服务程序中将锁存器中数据读 出,并取消中断请求, 同时又给PC的IRQ6一个中断请求。PC响应IRQ6中 断,在中断服务程序中再次将数据写入锁存器，又触发8051的INT0中断。 如此重复传送。
中断和查询组合方式传送数据 示例3
查询方式 识别中断 占用1个 中断通道
数据传送方式 — DMA方式传送
DMA方式传送数据是在DMA控制器作为“中间人”的调节下, 外设或接口器件 可以直接将数据传送到计算机的主存储器或直接从主存储器读取数据, 并且不 需要CPU的干涉
PC的总线有两种工作周期, 即DMA周期和正常PC周期(称非DMA周期)
无条件传送方式的数据传送过程一般都是单向的 数据发送方假定接收方总是准备好(总是处于接收)状态， 发送方可以在任意时刻给接收方发送数据信息 为了保证数据传输的可靠性，设计无条件传送方式接口 时要注意必须保证接收方总是处于“Ready”状态
3. 根据“中断和查询组合方式传送数据示例”的图，描述中断和查询 组合方式实现双向数据传送的过程。
4. 根据“DMA方式传送数据示例”的图，描述DMA方式实现数据传 送的过程。模仿该图设计一个用DMA方式将内存中指定地址地址 单元的内容定时（由接口定时发出DMA传输请求）输出给一个8位 的锁存器的电路。
为了可靠地传送数据, 或节约中断请 求通道, 有时中断方式和查询方式可 以组合使用
中断入口
有数据要发
No
送？
Yes
传送1个数据
数据指针加1
中断退出 中断方式传送数据的流程
中断方式单向传送数据 示例1
中断方式的ADC接口
中断方式双向传送数据 示例2
占用2个 中断通道 PC给8051传送一批数据的过程： PC写数据缓冲器,将数据锁存在锁存器中,同时给8051的INT0申请中断, PC软件此时开放IRQ6中断。在8051的中断服务程序中将锁存器中数据读 出,并取消中断请求, 同时又给PC的IRQ6一个中断请求。PC响应IRQ6中 断,在中断服务程序中再次将数据写入锁存器，又触发8051的INT0中断。 如此重复传送。
中断和查询组合方式传送数据 示例3
查询方式 识别中断 占用1个 中断通道
数据传送方式 — DMA方式传送
DMA方式传送数据是在DMA控制器作为“中间人”的调节下, 外设或接口器件 可以直接将数据传送到计算机的主存储器或直接从主存储器读取数据, 并且不 需要CPU的干涉
PC的总线有两种工作周期, 即DMA周期和正常PC周期(称非DMA周期)
无条件传送方式的数据传送过程一般都是单向的 数据发送方假定接收方总是准备好(总是处于接收)状态， 发送方可以在任意时刻给接收方发送数据信息 为了保证数据传输的可靠性，设计无条件传送方式接口 时要注意必须保证接收方总是处于“Ready”状态
计算机接口技术及应用+导论(2008春)Samll
3. John Park and Steve Mackay, “Practical Data Acquisition for Instrumentation and Control Systems”, Newnes in Great Britain, 2003. 《仪器和控制系统的实用数据采集》 (Elsevier) (有PDF格式的电子版[大约14M]可以拷贝)
进度和时间安排
教材相关章节
第1,2,4,5章
第11章 第6章 第8章 第3章
第6,9章
第12章 实验和考试
学时数
12+2
4 2 8 0
8
0 4
内容和时间
第1讲 计算机系统及总线结构 第2讲 计算机接口及数据传送方式
（第2周） （第3,4周）
第3讲 计算机系统的地址空间和地址译码
（第5,6周）
第4讲 计算机系统的中断系统、DMA系统
Chapter 5. Plug-in data acquisition boards. (插入式数据采集板) This chapter assesses the wide range of methods of using plug-in data acquisition boards such as analog inputs/ outputs, digital inputs/outputs and counter/timer configurations.
LCD/LED unit
Off-chip Expand DI/O AI/O
RAM ROM
通用计算机系统的组成
FDD & HDD & CD-ROM
DRAM/ DDR/ QDR
South Bridge
进度和时间安排
教材相关章节
第1,2,4,5章
第11章 第6章 第8章 第3章
第6,9章
第12章 实验和考试
学时数
12+2
4 2 8 0
8
0 4
内容和时间
第1讲 计算机系统及总线结构 第2讲 计算机接口及数据传送方式
（第2周） （第3,4周）
第3讲 计算机系统的地址空间和地址译码
（第5,6周）
第4讲 计算机系统的中断系统、DMA系统
Chapter 5. Plug-in data acquisition boards. (插入式数据采集板) This chapter assesses the wide range of methods of using plug-in data acquisition boards such as analog inputs/ outputs, digital inputs/outputs and counter/timer configurations.
LCD/LED unit
Off-chip Expand DI/O AI/O
RAM ROM
通用计算机系统的组成
FDD & HDD & CD-ROM
DRAM/ DDR/ QDR
South Bridge
CPU与外设间的数据传送方式
76543210 61H 端口
扬声器控制电路图：
控制其它外设
0 8253 1 与 放
扬
门大 声
器器
编程方法：
1. 使61H端口的0位输出0，控制8253输出1。 2. 使61H端口的1位按所需频率交替输出0和1，
产生所需的声音。
6
第6页/共57页
发声程序:
61H 端口
code SEGMENT
控制其它外设
HLDA CPU
储 器
输入设备
29
第29页/共57页
DMA控制器工作原理（续）
当外设输入数据准备好，外设向DMA发出一个选通信号，
将数据送数据端口；向DMA发出请求。
DMA控制器向CPU发出总线请求信号(HOLD）高电平。
CPU在现行总线周期结束后响应，
向DMA发出响应信号(HLDA）高电平；
实现方法：
1. 由专用接口芯片DMA控制器 (称DMAC) 控制传送过程， 2. 当外设需传送数据时，通过 DMAC向CPU发出总线请求； 3. CPU发出总线响应信号，释放总线； 4. DMAC接管总线，控制外设、内存之间直接数据传送
25
第25页/共57页
DMA 传送方式过程
CPU
总线 请求
总线 响应
0 8253Байду номын сангаас1 与 放
门大
扬 声
ASSUME CS:code
器器
start: MOV BX, 3000H
;控制脉冲个数
MOV DX, 6000H
;控制脉冲周期
IN AL, 61H
;读入61H端口数据
AND AL, 1111 1100b ;D0为0，8253 输出1
微型计算机原理-第7章(3)微机原理与接口技术(第三版)(王忠民)
第7章 输入/输出与中断-中断技术
… …
…
D7 D0 CPU
INTR
中 断 寄 存 器
INT ≥1
INT1 INT2
INT8
图7.13 软件查询法的硬件电路
第7章 输入/输出与中断-中断技术
断点保护
INT1？ Y N INT2？ Y N
对1号中 断源服
务 对2号中 断源服
务
… …
INT8？ Y N
1. 中断的定义
计算机在执行正常程序 过程中，当出现某种异常 事件或某种外部请求时， 处理器就暂停执行当前的 程序，而转去执行对异常 事件或某种外部请求的处 理操作。当处理完毕后， CPU再返回到被暂停执行的 程序，继续执行，这个过 程称为程序中断。
主程序
有中断请求
断点 继续执行
中断服务程序 中断处理
第7章 输入/输出与中断-中断技术
① 中断请求：是中断源向CPU发出的请求中断的要求。 软件中断源是在CPU内部由中断指令或程序出错直接
发中断； 硬件中断源必须通过专门的电路将中断请求信号送给
CPU，CPU也有专门的引脚接收中断请求信号。
第7章 输入/输出与中断-中断技术
② 中断响应：是指当计算机系统接收到中断请求后应作出的反 应。对于可屏蔽中断的响应要具备两个条件：一是中断允许触发器 的状态为1（即开中断），二是CPU在执行完现行指令之后。
返回断点
第7章 输入/输出与中断-中断技术
2. 中断系统 为实现中断功能而设置的硬件电路和与之相应的软件，称为中
断系统。 3. 中断源
引起中断的原因或发出中断请求的来源称为中断源。中断源可 分为硬件中断源和软件中断源两类。 4. 中断处理过程
微机接口ppt课件第7章 微型计算机与外设间的数据传递
20
外部中断又分为非屏蔽中断和可屏蔽中断。
非屏蔽中断请求信号由CPU的NMI引脚输入。 NMI为边沿触发，信号一旦产生，CPU将立即 响应非屏蔽中断请求。
可屏蔽中断请求由CPU的INTR引脚输入。当 INTR为高电平时，产生可屏蔽中断请求信号。
2021/8/17
21
有可屏蔽中断请求时，CPU可以响应，也可 以不响应，能否响应此中断请求信号取决 于中断允许标志位IF的状态。
脚连接。
INTA：中断响应信号，用于接收CPU发来的中断
响应信号，低电平有效。此引脚直接与CPU的
INTA引脚连接。
2021/8/17
44
IR7~IR0：中断请求输入端，用于接收 从外设发来的中断请求信号，高电平或 上升沿有效。
A0：内部寄存器选择信号，用于对芯片 内部的两个可编程寄存器进行选择。
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每个中断向量占据4个连续的内存单元， 前两个单元存放中断服务程序的偏移地址，
后两个单元存放中断服务程序的段地址， 由此确定中断服务程序在内存中的入口地址。
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可屏蔽中断是从CPU外部的中断控制逻辑获 得中断类型号
非可屏蔽中断的中断类型号是2 内部中断的中断类型号由指令或硬件决定。
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2．查询式数据传送
查询式数据传送是指，CPU在进行数据传送 之前，必须先查询一下外设的状态，确认外 设是否准备好。
如果外设没有准备好，则继续查询，直到外 设准备好后，才进行数据传送。
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读接收方状态
No 允许发送？ Yes 传送1个数据
No 传送结束？ Yes
退出 查询方式传送数据的流程
查询方式单向传送数据 示例1
查询方式的ADC接口
2
查询方式双向传送数据 示例2
输出 缓冲
输出 状态
状态 查询
输入 状态 输入 缓冲
状态 状态
数据传送方式 — 中断方式传送
在数据传送过程中, 为了减少等待的 时间, 需要传送数据时, 先给对方产 生一个中断请求, 数据传送过程在其 中断服务程序中执行 释放等待时间, 降低CPU负荷 提高系统的实时性
为了可靠地传送数据, 或节约中断请 求通道, 有时中断方式和查询方式可 以组合使用
中断入口
有数据要发
No
送？
Yes
传送1个数据
数据指针加1
中断退出 中断方式传送数据的流程
中断方式单向传送数据 示例1
中断方式的ADC接口
中断方式双向传送数据 示例2
占用2个 中断通道 PC给8051传送一批数据的过程： PC写数据缓冲器,将数据锁存在锁存器中,同时给8051的INT0申请中断, PC软件此时开放IRQ6中断。在8051的中断服务程序中将锁存器中数据读 出,并取消中断请求, 同时又给PC的IRQ6一个中断请求。PC响应IRQ6中 断,在中断服务程序中再次将数据写入锁存器，又触发8051的INT0中断。 如此重复传送。
5. 根据后一页的图(思考题5的图), 回答下面的问题 (1)图中采用的是哪种数据传送方式？ (2)说明框图所组成的电路的主要功能以及C1CS, C2CS, DMAEN, DRQi, DRACi等信号的功能; (3)简述按该框图进行数据传送的过程。
思考题5的图
振荡器 计数器
8位D型锁存器
Q1-8 U1
Exit
DMA方式传送数据 示例
DMA应答
DMA请求
示例: 定时完成AD转换, 结果 以DMA方式写到指定的内存中, 无须CPU干预该过程!
DMA通道使能 控制锁存器
Timer定时触发ADC启动转换，转换完成后EOC控制锁存器将ADC转换结果锁存在 外部锁存器中，并向DMAC发出DMA传输请求，在得到应答(DACK4)有效后， ADC结果到直接传送到存储器中
1)数据信息 (CPU或Memory与外设之间双向交换) 2)状态信息(包括计算机、接口和外设的状态) 3)控制信息
计算机接口控制 简单的平面机械手
接口应用实例
PC和机械手之 间通过2轴运动 控制卡(接口卡) 连接. 接口有哪些功 能? 需要传递 哪些信息? See next page.
计算机接口控制 简单的平面机械手
数据传送方式 — 查询方式传送
在数据传送过程中, 发送方首先检 查接收方的状态, 如果接收方允许 传送时才发送数据
习惯上,称发送和接收双方之间的 状态为“握手信号”
查询方式传送数据的接口必须具 有数据缓冲单元, 状态寄存器
在计算机系统中, 这种方式的应用 最普遍
同样, 数据缓冲器和状态寄存器都 必须分配独立的唯一地址
2. 根据“中断方式双向传送示例”的图，描述中断方式实现双向数据 传送的过程。
3. 根据“中断和查询组合方式传送数据示例”的图，描述中断和查询 组合方式实现双向数据传送的过程。
4. 根据“DMA方式传送数据示例”的图，描述DMA方式实现数据传 送的过程。模仿该图设计一个用DMA方式将内存中指定地址地址 单元的内容定时（由接口定时发出DMA传输请求）输出给一个8位 的锁存器的电路。
D1-8 CK
Q1-8
Q1-8
D1-8 CK
U2
+5 D
Q
数值比较器
CK R
D型锁存器
D1-8 CK
U3
与门
SD7
或门 三态门
反相器 QD R CK DMAEN
SD0-7 DRACi IOW DRQi
RST
C1CS C2CS
地址 译码器
SA0-9
4
计算机接口的分类
按照接口的数据传输方式分类
并行接口和串行接口两种
按照外设的类型分类
输入接口、输出接口及双向接口等三种
根据接口双方的性质分类
元件级接口，一般是在同一板内部
• 如主板上直接扩展的中断控制器、定时/计数器等
板级接口
• 如前例的2-轴运动控制卡、声卡等，是本课程的主要内容 • 一般是计算机扩展卡和计算机系统接口
计算机接口技术及应用 第二讲
计算机基本接口原理
——计算机接口及数据传送方式
计算机接口及数据传送方式
主要内容
计算机接口的定义和功能 计算机接口的分类 计算机接口的数据传送方式
• 无条件传送，查询方式传送，中断方式传送，DMA方式传送
目的
了解计算机接口的功能和分类, 掌握数据传送方式
要求
了解计算机接口的基本功能、分类，掌握计算机接口的数据传送 方式。重点是掌握查询方式和中断方式数据传送工作原理
无条件传送方式 示例1
写1个数据 No
写结束？ Yes
退出 无条件传送数据的流程
为每个8位锁存器分配一个独立的唯一地址(I/O地址), 使用I/O写操作指令依次 将DB0~DB7的状态锁存在到8位D型锁存器中
无条件传送方式 示例2
读1个数据 No
读结束？ Yes
退出 无条件传送数据的流程
为每个三态输入端口分配一个独立的唯一地址(I/O地址), 使用I/O读操作指令依次 将S00~S07、S10~S17、S20~S27的状态通过DB0~DB7读到CPU内部寄存器中
无条件传送方式的数据传送过程一般都是单向的 数据发送方假定接收方总是准备好(总是处于接收)状态， 发送方可以在任意时刻给接收方发送数据信息 为了保证数据传输的可靠性，设计无条件传送方式接口 时要注意必须保证接收方总是处于“Ready”状态
计算机系统中的I/O端口与CPU之间是采用无条件传送方 式; 数据存储器和CPU之间也是无条件传送方式 注意: I/O端口和存储器都必须分配独立的唯一地址， CPU通过唯一访问原则分时寻址各端口或存储器单元
计算机接口的定义和功能ห้องสมุดไป่ตู้
计算机接口(Interface)的定义
接口是 “桥梁”, 是信息通道, 是计算机CPU和外设(执行机构,被测 对象)之间的信息通道
接口的主要功能
1)数据缓冲功能; 2)设备选择功能(寻址); 3)信号转换功 能; 4)信息交换的握手; 5)中断功能; 6)可编程功能
通过接口传送的信息
DMA方式传送数据编程
软件执行DMA操作过程： (1)DMAC初始化操作
unsigned char DMABuf[256]; DMAseg = FP_SEG(DMABuf); DMAoffset=FP_OFFSET(DMABuf);
CPU DMAC
DMAC初始化操作 打开DMA通道 DMA方式传输
/* 将DMAseg和DMAoffset写入DMAC控制寄存器, 定义了DMA传输的起始地址, 将单次DMA 传输的字节数写入DMAC控制寄存器, 定义数据块字节数 */
中断和查询组合方式传送数据 示例3
查询方式 识别中断 占用1个 中断通道
数据传送方式 — DMA方式传送
DMA方式传送数据是在DMA控制器作为“中间人”的调节下, 外设或接口器件 可以直接将数据传送到计算机的主存储器或直接从主存储器读取数据, 并且不 需要CPU的干涉
PC的总线有两种工作周期, 即DMA周期和正常PC周期(称非DMA周期)
系统级接口，如网络接口
1
计算机接口的数据传送方式
无条件传送方式
接口简单，非可靠传输，单向传输
查询方式传送
接口简单，可靠传输，效率低，占用CPU时间
中断方式传送
接口简单，可靠传输，效率高，节约CPU时间，软件设计复杂
DMA方式传送
接口复杂，可靠传输，效率最高，不占CPU时间
数据传送方式 — 无条件传送方式
(2)打开相应的DMA通道 向图中的DMA使能控制锁存器写入1 (ENDMA片选地址有效)
(3)启动Timer, 定时触发ADC 给Timer初始化, 确定定时间隔
DMA通道4定义为ADC结果直接传输到存储器的专用通道，当ADC每完成一次 转换操 作， 就通 过DMAC调 度将 结果 直接 写 入指定 的存 储器 地址( 即数组 变量 DMABuf[])中。实际的数据传输过程无须CPU干涉!
总结和讨论
介绍计算机接口的定义、功能和分类 详细讲解接口的4种数据传送方式 通过几个示例说明接口的数据传送过程
讨论
比较几种数据传送方式的数据传输效率，以及接口单元设计 的异同点 分别列出上面给出的图中哪些单元传输的数据信息？哪些单 元传输的是状态信息？并说明是什么状态?
思考题
1. 根据“查询方式双向传送示例”的图，描述查询方式实现双向数据 传送的过程。
HLDA
HRQ
DRQ
DACK
Address
3
DMA方式传送数据流程
每个机器周期检查
Exit
有DRQn请求？
向CPU发HRQ
N HLDA=1？ Y
进入DMA周期
发出DACKn
输出存储器地址
传送一个字节
MEMW – IOR MEMR - IOW
修改Mem地址
计数器值自减一
Y 是否继续？
N
Y 有新的DRQ？ N
接口扩展卡(2-轴运动控制卡)的功能
连接计算机和两路DC电机、两路位置传感器(寻址能力) 接收计算机的控制指令，实现两个关节的连续控制(指令数据缓冲) 采集位置传感器(旋转编码器)信号变换为关节位置信号(信号变换) 实时控制(中断功能)
接口扩展卡(2-轴运动控制卡)上传送的信息