計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)課件Chapter4

第四章計(jì)算機(jī)硬件的接口和總線§4.1輸入輸出接口§4.2總線4.1輸入輸出接口4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)4.1.2輸入輸出傳送方式4.1.3I/O端口的尋址方式4.1.4I/O接口讀寫4.1.5串行接口和并行接口

輸入/輸出(I/O)接口是主機(jī)與I/O設(shè)備之間所設(shè)置的邏輯控制部件，通過它實(shí)現(xiàn)主機(jī)與I/O設(shè)備之間的信息交換。接口電路有兩類：

輔助接口電路：接收時(shí)鐘、中斷請(qǐng)求信號(hào)

輸入/輸出接口電路：連接外部設(shè)備思考問題：

微型計(jì)算機(jī)和外設(shè)之間為什么需要接口?4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)

一般情況下，存儲(chǔ)器可以與總線直接相連，而外部設(shè)備卻需要通過接口與CPU的總線相連，原因是由存儲(chǔ)器和外設(shè)的特點(diǎn)決定：存儲(chǔ)器：功能單一傳輸方式單一（一次一個(gè)字或一個(gè)字節(jié)）操作方式單一（讀和寫）制造工藝與CPU相似，速度與CPU相匹配4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)接口：解決以上差異,協(xié)調(diào)、匹配外設(shè)與主機(jī)正常工作的邏輯部件及相應(yīng)控制軟件。外設(shè)：種類繁多(輸入,輸出,輸入/輸出,檢測,控制)信號(hào)種類不一(A,D,開關(guān)量)信號(hào)帶寬不同(串行,并行)同一個(gè)時(shí)刻CPU通常只和一個(gè)外設(shè)交換信息工作速度不同4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)1、數(shù)據(jù)信息數(shù)字量信息：離散的二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)，最小單位為“位(b)”，8位為一個(gè)字節(jié)(B)。模擬量信息：用模擬電壓或模擬電流幅值大小表示的物理量。開關(guān)量：只有兩個(gè)狀態(tài)，“開”和“關(guān)”，用一位二進(jìn)制數(shù)即可表示。4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)2、狀態(tài)信息反映當(dāng)前外設(shè)所處的工作狀態(tài)，實(shí)際中通過狀態(tài)端口信息表現(xiàn)。3、控制信息由CPU發(fā)出的用來控制外設(shè)工作的信號(hào)。例如：控制輸入/輸出裝置的啟動(dòng)或停止

問題提出：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息是不同性質(zhì)的信息，被分別傳送，如何實(shí)現(xiàn)？4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)

問題解決：數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息、控制信息使用不同的端口地址。

問題結(jié)論：都通過數(shù)據(jù)總線傳送，但放在接口的不同寄存器(I/O端口)中，其中：輸入輸出的數(shù)據(jù)信息放在數(shù)據(jù)緩沖器輸入的狀態(tài)信息放在狀態(tài)寄存器輸出的控制信息放在控制寄存器4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)接口數(shù)據(jù)輸入寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器控制輸出寄存器狀態(tài)輸入寄存器外部輸入或輸出設(shè)備CPUDBABCB外設(shè)通過接口與CPU之間的連接數(shù)據(jù)控制狀態(tài)ABCBDB4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)訪問接口的過程描述：CPU先將地址信息發(fā)送到地址總線，將確定的控制信息發(fā)送到控制總線(打開相應(yīng)端口);CPU傳輸數(shù)據(jù)信息到數(shù)據(jù)總線上等待相應(yīng)端口接收，或者CPU等待接口把指定端口的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上(收發(fā)數(shù)據(jù))。注意：地址是端口(寄存器)的地址，而不是接口部件的地址，一個(gè)接口部件包含多個(gè)端口，即多個(gè)地址。4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)幾點(diǎn)說明:I/O端口即I/O接口的寄存器，接口中的每個(gè)寄存器都有一個(gè)端口地址，每個(gè)I/O接口都有一組寄存器。CPU與外設(shè)的信息交流就是CPU與接口寄存器(端口)的交流。數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出寄存器可以使用同一地址；控制輸出和狀態(tài)輸入寄存器可以使用同一地址。4.1.1接口技術(shù)的基本知識(shí)定義：在數(shù)據(jù)傳送過程中，輸入或輸出數(shù)據(jù)一方不查詢、判斷對(duì)方的狀態(tài)，進(jìn)行無條件的數(shù)據(jù)傳送。

CPU能夠確信外設(shè)準(zhǔn)備就緒，就不用查詢外設(shè)的狀態(tài)而可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

例如：CPU要輸出一個(gè)數(shù)據(jù)到顯示器顯示，由于顯示器是可以根據(jù)輸入數(shù)據(jù)而隨時(shí)改變顯示內(nèi)容的設(shè)備，因而CPU就可以直接向其發(fā)送數(shù)據(jù)，而無需查詢。4.1.2輸入輸出傳送方式1.程序方式-無條件傳送方式三態(tài)緩沖器輸入設(shè)備地址譯碼器&數(shù)據(jù)來自外設(shè)數(shù)據(jù)總線地址總線IO/MRDCPU無條件傳送的輸入方式4.1.2輸入輸出傳送方式鎖存器輸出設(shè)備地址譯碼器&數(shù)據(jù)到外設(shè)數(shù)據(jù)總線地址總線IO/MWRCPUCE無條件傳送的輸出方式4.1.2輸入輸出傳送方式

定義：

CPU執(zhí)行程序不斷讀取并測試外設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)處于準(zhǔn)備好（輸入）或空閑（輸出）狀態(tài)，則執(zhí)行輸入或輸出指令，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，否則等待。4.1.2輸入輸出傳送方式2.程序方式-查詢方式

完成一次數(shù)據(jù)傳送的過程：

1)CPU從狀態(tài)端口讀取外設(shè)的狀態(tài)字;2)CPU檢測狀態(tài)字對(duì)應(yīng)位是否滿足“就緒”條件;3)如不滿足，則重復(fù)執(zhí)行1）2）過程，直到條件

滿足;4)如果條件滿足，表明外設(shè)就緒，則傳送數(shù)據(jù)，

同時(shí)I/O的狀態(tài)復(fù)位。4.1.2輸入輸出傳送方式2.程序方式-查詢方式

兩種查詢傳送方式：

1.查詢式輸入

2.查詢式輸出查詢式輸入方式描述查詢式輸入是程序控制下的查詢式輸入方式，在傳送前，CPU必須去查詢一下外設(shè)的狀態(tài)，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好了才傳送；若未準(zhǔn)備好，CPU則等待。4.1.2輸入輸出傳送方式2.程序方式-查詢方式鎖存器鎖存器三態(tài)緩沖器(8位)輸入設(shè)備地址譯碼器&數(shù)據(jù)選通信號(hào)DBABIO/MRDCPU三態(tài)緩沖器(1位)&準(zhǔn)備就緒

觸發(fā)器DQR+5VDiREADY

(狀態(tài)信息)查詢式輸入接口電路三態(tài)緩沖器(8位)三態(tài)緩沖器(1位)三態(tài)緩沖器(8位)三態(tài)緩沖器(8位)鎖存器鎖存器輸入設(shè)備地址譯碼器&數(shù)據(jù)選通信號(hào)DBABIO/MRDCPU三態(tài)緩沖器(1位)&準(zhǔn)備就緒

觸發(fā)器DQR+5VDiREADY

(狀態(tài)信息)查詢式輸入接口電路1.輸入設(shè)備準(zhǔn)備好后，發(fā)選通信號(hào);2.數(shù)據(jù)進(jìn)入鎖存器鎖存，并使D觸發(fā)器置1，從而使三態(tài)緩沖器輸出狀態(tài)信號(hào);3.CPU從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)字;4.CPU檢測狀態(tài)位，如果條件滿足;5.CPU從數(shù)據(jù)端口讀入數(shù)據(jù);6.清狀態(tài)字。查詢式輸入的過程：D7D08位數(shù)據(jù)端口(8位)

(輸入)D7狀態(tài)端口(1位)

(輸入)查詢式輸入時(shí)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息：“READY”(1位)數(shù)據(jù)信息狀態(tài)信息LOOP1:IN AL,STATUS_PORT;讀入狀態(tài)值

TEST AL,80H ;READY=1？

JZ LOOP1;未準(zhǔn)備好?循環(huán)

IN AL,DATA_PORT;是,輸入數(shù)據(jù)查詢式輸入的查詢程序：討論：分析查詢程序，熟悉匯編語言在接口電路中的應(yīng)用。輸出設(shè)備地址譯碼器&數(shù)據(jù)選通信號(hào)DBABIO/MRDCPU狀態(tài)緩沖器(1位)&忙觸發(fā)器DQR+5V數(shù)據(jù)鎖存器查詢式輸出接口電路WRACKBUSY狀態(tài)忙置11.通過IO/M,WR信號(hào)將數(shù)據(jù)寫入鎖存器，并同時(shí)將狀態(tài)觸發(fā)器置1，進(jìn)而使?fàn)顟B(tài)位BUSY置1，防止CPU再次傳送數(shù)據(jù)；2.外設(shè)讀取數(shù)據(jù)；3.外設(shè)向接口發(fā)ACK信號(hào)，將狀態(tài)位BUSY清零。查詢式輸出的過程：D7D08位數(shù)據(jù)端口(8位)

(輸出)D7狀態(tài)端口(1位)

(輸出)查詢式輸出時(shí)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息：“READY”(1位)數(shù)據(jù)信息狀態(tài)信息LOOP2: IN AL,STATUS_PORT;讀狀態(tài)信息

TEST AL,80H;檢查BUSY位

JNZ LOOP2 ;BUSY=0? MOV AL,STORE;為零,取數(shù)據(jù)

OUT DATA_PORT,AL;數(shù)據(jù)端口輸出查詢式輸出的查詢程序：問題：結(jié)合匯編語言，分析程序是如何實(shí)現(xiàn)查詢輸出功能的？工作原理：

當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)或可以接收數(shù)據(jù)時(shí)，就通過接口向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU在執(zhí)行完當(dāng)前的一條指令后，檢測是否有中斷信號(hào)，如果有中斷信號(hào)，則CPU轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢后CPU返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。4.1.2輸入輸出傳送方式3.中斷方式三態(tài)緩沖器輸入設(shè)備地址譯碼器1數(shù)據(jù)RDYDBABIO/MRDCPU&中斷請(qǐng)求觸發(fā)器數(shù)據(jù)鎖存器+5V中斷傳送方式輸入接口電路QDINT狀態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)鎖存器三態(tài)緩沖器1&1.輸入設(shè)備準(zhǔn)備就緒，發(fā)出就緒狀態(tài)信號(hào)，數(shù)據(jù)暫存在鎖存器中，同時(shí)中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置“1”，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)；2.CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，從數(shù)據(jù)端口輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)將中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置“0”，撤銷中斷請(qǐng)求；3.CPU返回被中斷的程序。中斷傳送方式的過程：4.1.2輸入輸出傳送方式3.中斷方式DMA傳送方式的提出

DMA(DirectMemoryAccess)直接存儲(chǔ)器存取控制方式下，I/O設(shè)備是和存儲(chǔ)器直接交換信息，不需要CPU介入，外設(shè)與存儲(chǔ)器間的數(shù)據(jù)傳輸是在硬件的作用下完成的。優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度大幅提高。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式

DMA方式下，外設(shè)利用專門的接口電路直接和存貯器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳送，而不經(jīng)過CPU。數(shù)據(jù)的傳輸速度基本上決定于外設(shè)和存儲(chǔ)器的速度。主存I/O設(shè)備CPU改進(jìn)主存I/O設(shè)備總線

使用直接存儲(chǔ)器傳送方式(DMA)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊操作。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式

DMA控制器具有以下功能：向CPU發(fā)出HOLD信號(hào)。當(dāng)CPU發(fā)出HLDA信號(hào)后,接管對(duì)總線的控制，進(jìn)入DMA方式。發(fā)出地址信息，能對(duì)存儲(chǔ)器尋址,能修改地址指針。能發(fā)出讀或?qū)懙瓤刂菩盘?hào)。能決定傳送的字節(jié)數(shù),判斷DMA傳送是否結(jié)束。發(fā)出DMA結(jié)束信號(hào),使CPU恢復(fù)正常工作狀態(tài)。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式數(shù)據(jù)端口狀態(tài)/控制端口CPU存儲(chǔ)器地址寄存器計(jì)數(shù)器控制/狀態(tài)寄存器DMA控制器數(shù)據(jù)緩沖寄存器DMA請(qǐng)求寄存器輸入設(shè)備HOLDHLDADMA響應(yīng)DMA請(qǐng)求Ready4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式DMA方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E：

DMA啟動(dòng)

DMA請(qǐng)求

DMA響應(yīng)

DMA操作

DMA撤消4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式DMA啟動(dòng)

⑴向DMA控制器的地址寄存器中送入設(shè)備號(hào)并啟動(dòng)設(shè)備;⑵將主存中數(shù)據(jù)區(qū)首地址送入DMA控制器的地址寄存器中;⑶將輔存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址送入DMA控制器的設(shè)備地址寄存器中;⑷將要傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)或字?jǐn)?shù)送入數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器中。

DMA請(qǐng)求

DMA控制器收到上述控制命令后，向外設(shè)接口提出傳送數(shù)據(jù)請(qǐng)求。外設(shè)接口準(zhǔn)備好了接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)給出DMA請(qǐng)求信號(hào)，DAM控制器向CPU提出總線請(qǐng)求信號(hào)。

4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式DMA響應(yīng)

CPU完成一個(gè)機(jī)器周期的操作后，就響應(yīng)DMA總線請(qǐng)求，首先讓出總線控制權(quán)，即將CPU內(nèi)部的總線緩沖器及輸入輸出控制信號(hào)線置成高阻狀態(tài)，以便將總線使用權(quán)讓給DMA控制器，并向DMA控制器發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式

DMA操作

DMA控制器收到總線響應(yīng)信號(hào)后，向外設(shè)發(fā)出DMA應(yīng)答信號(hào)，并成為總線上的主設(shè)備，控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)塊傳送操作。每傳送一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字，DMA控制器中的主存地址計(jì)數(shù)器內(nèi)容加1，而數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器內(nèi)容減1，直到該計(jì)數(shù)器其值為0為止。

DMA撤消總線請(qǐng)求撤消后，CPU恢復(fù)了對(duì)總線的控制權(quán)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送后的處理。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式DMA操作過程對(duì)DMA初始化讓出總線控制權(quán)收回總線控制權(quán)外設(shè)準(zhǔn)備好啟動(dòng)CPUDMADMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)CPU內(nèi)部操作發(fā)送內(nèi)存地址傳送一個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器+1字計(jì)數(shù)器-1字計(jì)數(shù)器=0？NFDMA撤消Y總線上的主設(shè)備

DMA操作DMA方式從接口往內(nèi)存中傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊的操作：接口往DMA控制器發(fā)出一個(gè)DMA請(qǐng)求DMA控制器發(fā)出總線請(qǐng)求，得到CPU送來的DMA允許信號(hào)，從而得到總線的控制權(quán)。DMA控制器地址寄存器的內(nèi)容發(fā)到地址總線上DMA控制器往接口發(fā)一個(gè)確認(rèn)DMA傳輸?shù)男盘?hào)，以便通知接口將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線送到地址總線所指出的內(nèi)存單元地址寄存器加1字節(jié)計(jì)數(shù)器減1如果字節(jié)計(jì)數(shù)器不為0，則回到第1步，否則結(jié)束。4.1.2輸入輸出傳送方式4.DMA方式DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDADMADMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDA內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器：存放主存中要交換的數(shù)據(jù)的地址。在DMA傳送前，CPU通過指令將數(shù)據(jù)在主存中的起始地址送入該寄存器。在DMA傳送時(shí)，每交換一次數(shù)據(jù)，該寄存器內(nèi)容加1。DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDA數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器：記錄傳送數(shù)據(jù)塊的字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)。在DMA傳送前，由程序?qū)⑵鋬?nèi)容預(yù)置為要傳送的數(shù)據(jù)塊的字?jǐn)?shù)或字節(jié)數(shù)。在DMA傳送期間，每交換一次數(shù)據(jù)，該寄存器內(nèi)容減1。當(dāng)該寄存器內(nèi)容減至0時(shí)，標(biāo)明數(shù)據(jù)塊傳送完畢，DMAC向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDA數(shù)據(jù)緩沖寄存器：暫存每次傳送的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)從外設(shè)向主存?zhèn)魉蜁r(shí)，由外設(shè)將數(shù)據(jù)先存入該緩沖器，再由該緩沖器通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)送入主存。數(shù)據(jù)由主存向外設(shè)傳送時(shí)，由主存通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)存入該緩沖器，然后再傳送到外設(shè)。存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDADMA控制器的組成DMA請(qǐng)求標(biāo)志：設(shè)備DMA請(qǐng)求標(biāo)志控制/狀態(tài)邏輯CPU請(qǐng)求置位DMA請(qǐng)求HOLDHLDADMA應(yīng)答DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDA控制/狀態(tài)邏輯：由控制和時(shí)序電路、以及狀態(tài)標(biāo)志等組成，用于修改主存地址寄存器和數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器，指定傳送類型（輸入或輸出），并對(duì)DMA請(qǐng)求信號(hào)和CPU響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)和同步。DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDA中斷機(jī)構(gòu)：當(dāng)數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器減至0時(shí)（溢出信號(hào)），意味著一組數(shù)據(jù)交換完畢。此時(shí)，該溢出信號(hào)觸發(fā)中斷機(jī)構(gòu)，向CPU提出中斷請(qǐng)求，為本次DMA傳送做一些事后處理工作。DMA控制器的組成存儲(chǔ)器CPU內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備選擇中斷機(jī)構(gòu)控制/狀態(tài)邏輯01DAM請(qǐng)求標(biāo)志設(shè)備系統(tǒng)總線+1-1溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求DMA請(qǐng)求DMA響應(yīng)請(qǐng)求/結(jié)束數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線地址線HOLDHLDACPU尋址外設(shè)的兩種方式：1.存儲(chǔ)器映射方式將I/O端口和存儲(chǔ)器單元同等看待，統(tǒng)一編址。即一個(gè)端口占用一個(gè)存儲(chǔ)單元地址?？梢允褂迷L問內(nèi)存的指令訪問端口。優(yōu)點(diǎn)：可以使用的訪問指令類型多，使用方便，另

外，端口的地址空間較大。缺點(diǎn)：占用內(nèi)存空間，訪問速度慢。4.1.3接口技術(shù)的尋址方式2.隔離I/O方式將I/O端口和存儲(chǔ)器做不同處理，分開編址。即CPU在尋址內(nèi)存和外設(shè)時(shí)，使用不同的控制信號(hào)加以區(qū)分。

CPU為端口提供了與內(nèi)存訪問空間完全獨(dú)立的I/O地址空間，使用專用指令I(lǐng)N和OUT訪問端口。優(yōu)點(diǎn)：執(zhí)行速度快，不占用內(nèi)存空間。缺點(diǎn)：地址范圍小。4.1.3接口技術(shù)的尋址方式CPU與外設(shè)之間的信息交換是通過輸入輸出指令實(shí)現(xiàn)的。4.1.4I/O接口讀寫8086/8088CPU提供下述兩條指令：IN(inputbyteandinputword)輸入和OUT(outputbyteandoutputword)輸出。兩種尋址方式：直接尋址(直接給出8位的端口地址)和寄存器間接尋址(在DX中給出端口地址)。另一個(gè)操作數(shù)只能是寄存器尋址(AL或AX)，這取決于訪問端口的位數(shù)。1.串行接口4.1.5串行接口和并行接口數(shù)據(jù)是一位一位進(jìn)行傳輸?shù)?，在傳輸過程中，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長度。許多外部設(shè)備和計(jì)算機(jī)是按照串行方式來進(jìn)行通信的。例如，網(wǎng)線連接、硬盤數(shù)據(jù)線、USB線連接。串行接口部件內(nèi)部有4個(gè)主要寄存器，即控制寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)輸入寄存器和數(shù)據(jù)輸出寄存器。1.串行接口4.1.5串行接口和并行接口2.并行接口4.1.5串行接口和并行接口實(shí)現(xiàn)并行通信的接口就是并行接口。一個(gè)并行接口可以設(shè)計(jì)為只用來作為輸出接口，也可以只用來作為輸入接口，此外，還可以將它設(shè)計(jì)成既作為輸入又作為輸出的接口。并行接口應(yīng)用的例子有：并行打印機(jī)、磁帶機(jī)、非標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、LED顯示器等。4.2總線4.2.1總線的概念4.2.2總線分類和特性4.2.3總線結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的影響4.2.4ICH和MCH(GMCH)總線(BUS)是計(jì)算機(jī)中多個(gè)部件之間公用的一組連線，計(jì)算機(jī)中的總線就按傳遞信號(hào)的性質(zhì)命名，如傳送地址信號(hào)的地址總線、傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)據(jù)總線、傳送控制信號(hào)的控制總線，它們統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)的三大總線。4.2.1總線的概念總線可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的各種通信要求。在一個(gè)總線連接的許多部件中，可以有多個(gè)信息源和信息接收器，它們在不同的時(shí)刻扮演不同角色。1.總線的分類4.2.2總線分類及特性(1)并行總線傳輸這些信息時(shí)，可以讓它們每一位固定地占用一條線，即多條線同時(shí)傳送所有的二進(jìn)制數(shù)位。并行總線實(shí)行統(tǒng)一編號(hào)。按數(shù)據(jù)交換和傳輸時(shí)的組織形式分類(2)串行總線讓信息位按一定的順序排列，按時(shí)間先后依次通過總線。1.總線的分類4.2.2總線分類及特性(1)片總線(ChipBus)片總線又稱元件級(jí)總線，是一些大規(guī)模集成電路內(nèi)部使用的通信總線。按所處的位置分類(2)內(nèi)總線(InternalBus)內(nèi)總線是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件之間使用的總線。1.總線的分類4.2.2總線分類及特性(3)外總線(ExternalBus)外部總線是指主機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間使用的總線。按所處的位置分類根據(jù)所連接的外部設(shè)備的距離遠(yuǎn)近，可以選擇并行或串行的數(shù)據(jù)傳輸方式。在距離不太遠(yuǎn)的情況下，比如幾米以內(nèi)可以采用并行方式，但在幾十米以上距離時(shí)，通常只能采用串行總線。1.總線的分類4.2.2總線分類及特性(1)專用總線專用總線是指實(shí)現(xiàn)兩個(gè)部件間連接的總線。其特點(diǎn)是：流量高，多個(gè)部件可以同時(shí)發(fā)送或接收信息，幾乎不會(huì)出現(xiàn)總線競爭。按作用分類(2)非專用總線非專用總線是由多個(gè)部件、多個(gè)功能模塊分時(shí)共享的總線。1.總線的分類4.2.2總線分類及特性(1)單總線單總線是指整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)使用一條共享總線。按結(jié)構(gòu)分類(2)多總線多總線是指CPU與存儲(chǔ)器、I/O等設(shè)備之間有兩條(種)或兩條(種)以上的總線。2.總線特性4.2.2總線分類及特性計(jì)算機(jī)部件以及各種相同功能的外設(shè)可以互換使用，采用了統(tǒng)一的PC機(jī)總線結(jié)構(gòu)。特性：物理特性功能特性電氣特性時(shí)間特性ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內(nèi)存插槽CPU插槽IDE接口軟驅(qū)接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標(biāo)鍵盤USB接口主板電源插座550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線100MHz100MHzPCI總線33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡IBMPC的I/O通道是系統(tǒng)總線的擴(kuò)充，IBMPC/XT個(gè)人計(jì)算機(jī)上采用的微型計(jì)算機(jī)總線，稱為XT總線。根據(jù)總線的要求，硬件廠商制作與要求相匹配的插件板(或者是主板)。這一規(guī)范稱為IBMPC總線標(biāo)準(zhǔn)。主板上具有5個(gè)功能區(qū)：處理器子系統(tǒng)、ROM子系統(tǒng)、RAM子系統(tǒng)、各種I/O適配器(模板)插槽和I/O通道支持部件。PC/XT中有8個(gè)62引腳的擴(kuò)展槽，擴(kuò)展槽上可以插入不同功能的插件板。4.2.2總線分類及特性IBMPC總線1、數(shù)據(jù)線(8根)

D7~D0雙向數(shù)據(jù)線，D0最低有效位，D7最高有效位。按照功能分為5類：2、地址線(20根)

A19~A0地址線，輸出信號(hào)，A0最低位，A19最高位。3、控制線(21根)

ALE:地址鎖存，輸出信號(hào)，ALE高電平有效，無效時(shí)鎖存地址。4.2.2總線分類及特性IBMPC總線IRQ2~IRQ7:中斷請(qǐng)求信號(hào)，由I/O設(shè)備直接送到中斷控制器8259A。IOR:I/O讀控制輸出信號(hào)。IOW:I/O寫控制，輸出信號(hào)。MEMR:存儲(chǔ)讀控制，輸出信號(hào)。MEMW:存儲(chǔ)寫控制，輸出信號(hào)。DRQ1~DRQ3:DMA請(qǐng)求，輸入信號(hào)。信號(hào)接到系統(tǒng)板的8237-5DMA控制器。信號(hào)由外設(shè)接口發(fā)出。DACK0~DACK3:DMA請(qǐng)求響應(yīng)，輸出信號(hào)。AEN:地址允許輸出信號(hào)。TC:計(jì)數(shù)結(jié)束輸出信號(hào)。4.2.2總線分類及特性IBMPC總線RESETDRV:系統(tǒng)復(fù)位輸出信號(hào)。4、狀態(tài)線(2根)I/OCHRDY:I/O通道準(zhǔn)備就緒輸入信號(hào)，用來延長總線周期。I/OCHCK:I/O通道檢查輸入信號(hào)，檢查奇/偶校驗(yàn)信息。5、輔助線和電源線(11根)

OSC:晶體振蕩輸出信號(hào)。CLK:系統(tǒng)時(shí)鐘輸出信號(hào)。CARDSLCTD:查件板選中輸入信號(hào)。4.2.2總線分類及特性IBMPC總線ISA(IndustryStandardArchitecture,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線)：在8位PC總線基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的16位總線體系結(jié)構(gòu)。ISA總線在PC/XT總線基礎(chǔ)上增加了1個(gè)36線插座。增加了數(shù)據(jù)線寬度和尋址空間，還加強(qiáng)了中斷處理和DMA傳輸能力。ISA板卡由長短兩個(gè)插口，長插口有62個(gè)引腳，以A1~A31和B1~B31分列于板的兩面；短插口有36個(gè)引腳，以C1~C18和D1~D18分列于板的兩面。總共為98個(gè)引腳。4.2.2總線分類及特性ISA總線PCI(PeriphearalComponentInterconnect)總線：外圍部件互連總線。PCI主橋CPU控制器、存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)總線橋路設(shè)備橋路2橋路1設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)總線(ISA、EISA…)PCI總線2PCI總線1PCI總線PCI總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：4.2.2總線分類及特性PCI總線PCI局部總線控制器。一些高速外設(shè)，例如磁盤控制器可以通過PCI局部總線直接掛在CPU總線上，使之與高速的CPU總線相匹配。橋連器實(shí)際上是一個(gè)總線轉(zhuǎn)換部件，其功能是連接兩條計(jì)算機(jī)總線，PCI規(guī)范中，提出了三種橋的設(shè)計(jì)。

(1)主橋:CPU至PCI的橋。

(2)標(biāo)準(zhǔn)總線橋:PCI至標(biāo)準(zhǔn)總線(如ISA、EISA)之間的橋。

(3)PCI橋:在PCI與PCI之間的橋。主橋稱為北橋(NorthBridge)；其它的橋稱為南橋(SouthBridge)。4.2.2總線分類及特性PCI總線PCI總線是奔騰處理器的高性能局部總線，主要特點(diǎn)：

(1)運(yùn)行速度快，可擴(kuò)展性好支持多種外圍設(shè)備，與CPU和時(shí)鐘頻率無關(guān)。

(2)兼容性好，穩(wěn)定可靠可與ISA、EISA總線兼容。PCI的插卡通用。

(3)保證“即插即用”功能的實(shí)現(xiàn)任何擴(kuò)展卡插入系統(tǒng)即可工作，不需設(shè)置參數(shù)。

(4)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格

PCI總線對(duì)協(xié)議、時(shí)序、負(fù)載、電性能和機(jī)械性能指標(biāo)都有嚴(yán)格的規(guī)定。4.2.2總線分類及特性PCI總線STD總線(Standardbus)是美國PROLOG公司于1978年宣布的一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線。其特點(diǎn)為：(1)高可靠性STD總線模板上的元器件都經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)和測試。能夠適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的震動(dòng)、灰塵、高溫、有害氣體和各種電磁干擾。(2)小板結(jié)構(gòu)，開放式組態(tài)小板上元器件少，標(biāo)準(zhǔn)尺寸小。STD總線提供開放式的結(jié)構(gòu)，根據(jù)模塊拼裝需要的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，信號(hào)流和數(shù)據(jù)流總線驅(qū)動(dòng)，最短途徑。4.2.2總線分類及特性STD總線(3)兼容式的總線結(jié)構(gòu)該總線支持Intel公司80/85系列、Motorola公司68系列、Zilog公司的Z80系列和國家半導(dǎo)體公司的NSC800系列。(4)產(chǎn)品配套、功能齊全STD總線產(chǎn)品擁有各種工業(yè)控制所需的功能模板。(5)STD軟件的開發(fā)環(huán)境STDDOS是由STD總線的硬件和MSDOS固化操作系統(tǒng)組成的開發(fā)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)下進(jìn)行功能開發(fā)。4.2.2總線分類及特性STD總線1、模塊化設(shè)計(jì)STD總線連接器和引出腳可裝在一塊母板上，該母板允許任何一種模板插在其任一插槽上，構(gòu)成不同的工業(yè)控制機(jī)。2、STD總線規(guī)范STD總線規(guī)范對(duì)模板的尺寸、總線連接器和引腳分配、信號(hào)定義和電氣標(biāo)準(zhǔn)均做了規(guī)定。引腳的分配和電氣標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)總線引腳分配STD總線一共有56根，可分為5個(gè)功能組：4.2.2總線分類及特性STD總線STD總線一共有56根，可分為5個(gè)功能組：邏輯電源線6根，引腳1~6；數(shù)據(jù)總線8根，引腳7~14；8位、雙向三態(tài)。地址總線16根，引腳15~30；16位、三態(tài)?？刂瓶偩€22根，引腳31~52；輔助電源線4根，引腳53~56；主要引腳說明：控制總線分為5個(gè)部分：存儲(chǔ)器和I/O控制；外設(shè)定時(shí)；時(shí)鐘和復(fù)位；中斷和總線控制；串行優(yōu)先級(jí)聯(lián)。4.2.2總線分類及特性STD總線EIARS-232C是電子工業(yè)協(xié)會(huì)(ElectronicsIndustryAssociation)標(biāo)準(zhǔn)的簡稱。它是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中常用的外部總線接口，采用串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)與數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口。舉例：調(diào)制解調(diào)器(MODEM)屬于DCE.網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)設(shè)備如主計(jì)算機(jī)、通信處理機(jī)等屬于DTE.4.2.2總線分類及特性RS-232總線1.機(jī)械特性

對(duì)接插件的幾何尺寸、引線排列、鎖定裝置的規(guī)定。2.電氣特性

三種標(biāo)準(zhǔn)：

(1)RS-232C.(2)RS-423A.(3)RS-422A.3.功能特性

RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用25芯的D型插頭座。25個(gè)引腳都是標(biāo)準(zhǔn)引腳。4.2.2總線分類及特性RS-232總線RS-232C的接口信號(hào)引腳說明4.2.2總線分類及特性兩臺(tái)PC通過RS-232C進(jìn)行串行通信，需要6、7根線，其中一些線作為數(shù)據(jù)傳送的控制信號(hào)。PC1PC24.2.2總線分類及特性RS-232總線CAN(ControllerAreaNetwork)總線是一種現(xiàn)場總線。它