第一章微机接口技术概述
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微机原理与接口技术知识点总结
微机原理与接口技术第一章概述二、计算机中的码制(重点 ）P51、对于符号数，机器数常用的表示方法有原码、反码和补码三种。
注意:对正数，三种表示法均相同。
它们的差别在于对负数的表示。
(1）原码定义：符号位:0表示正，1表示负；数值位：真值的绝对值.注意：数0的原码不唯一（2）反码定义：若X<0，则[X］反= 对应原码的符号位不变，数值部分按位求反（3）补码定义:若X〈0，则[X］补= ［X]反+12、8位二进制的表示范围:原码：—127~+127反码：—127~+127补码:—128~+1273、特殊数10000000●该数在原码中定义为: —0●在反码中定义为：-127●在补码中定义为：-128●对无符号数：（10000000）２= 128三、信息的编码1、字符的编码P8计算机采用7位二进制代码对字符进行编码(1)数字0～9的编码是0110000~0111001，它们的高3位均是011，后4位正好与其对应的二进制代码(BCD码）相符。
(2）英文字母A~Z的ASCII码从1000001（41H）开始顺序递增，字母a~z的ASCII码从1100001（61H）开始顺序递增,这样的排列对信息检索十分有利。
第二章微机组成原理第一节、微机的结构1、计算机的经典结构-—冯.诺依曼结构P11（1）微机由CPU（运算器和控制器)、存储器和I/O接口组成2、系统总线的分类（1）数据总线（Data Bus)，它决定了处理器的字长。
(2)地址总线（Address Bus）,它决定系统所能直接访问的存储器空间的容量。
（3）控制总线（Control Bus）第二节、8086微处理器1、8086，其内部数据总线的宽度是16位，16位CPU。
外部数据总线宽度也是16位8086地址线位20根,有1MB(220）寻址空间。
P272、8086CPU从功能上分成两部分:总线接口单元（BIU）、执行单元(EU）BIU:负责8086CPU与存储器之间的信息传送。
微机接口技术概述PPT课件
不同的微机系统对I/O端口地址的分配不同。
第1章 微机接口技术概述
I/O端口分两类： 1、系统主板上的I/O芯片
A9=0端口(512个)为系统板所用，0000H——01FFH 2、I/O扩展槽上的接口适配器占用地址
A9=1端口(512个)为系统板所用，0200H——03FFH
A15 -----A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
源RAM地址用ES:DI / DS:SI 指定。EFLAG寄存器中 DF位来决定地址加和减。
输入：
输出：
MOV DX，port
MOV DX，port
LES DI，Buffer In
LDS SI，Buffer out
INSB
OUTSB
或 INSW
或 OUTSW
第1章 微机接口技术概述
1.5 PC系列I/O端口地址配置
第1章 微机接口技术概述
1.1.2 微机接口的概念
1.为什么要引入接口
❖ 外部设备种类繁多，其工作原理、工作速度、 采用的信号形式、数据传送形式不同。由于种种的 多样性，外设不能直接连在系统总线上; ❖ 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会 大大降低CPU的效率。 ❖ I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖 CPU，对外设本身发展不利。
第1章 微机接口技术概述
1.1 微机接口的基本概念
1.1.1 微型计算机系统结构
通用的微型计算机硬件系统是由中央处理器、 存储器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路组成。 处理器由运算器、控制器和寄存器三部分组成。CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与其他部件之间 进行联系。 （如图所示）。
第1章 微机接口技术概述
第1章 微机接口技术概述
I/O端口分两类： 1、系统主板上的I/O芯片
A9=0端口(512个)为系统板所用，0000H——01FFH 2、I/O扩展槽上的接口适配器占用地址
A9=1端口(512个)为系统板所用，0200H——03FFH
A15 -----A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
源RAM地址用ES:DI / DS:SI 指定。EFLAG寄存器中 DF位来决定地址加和减。
输入：
输出：
MOV DX，port
MOV DX，port
LES DI，Buffer In
LDS SI，Buffer out
INSB
OUTSB
或 INSW
或 OUTSW
第1章 微机接口技术概述
1.5 PC系列I/O端口地址配置
第1章 微机接口技术概述
1.1.2 微机接口的概念
1.为什么要引入接口
❖ 外部设备种类繁多，其工作原理、工作速度、 采用的信号形式、数据传送形式不同。由于种种的 多样性，外设不能直接连在系统总线上; ❖ 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会 大大降低CPU的效率。 ❖ I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖 CPU，对外设本身发展不利。
第1章 微机接口技术概述
1.1 微机接口的基本概念
1.1.1 微型计算机系统结构
通用的微型计算机硬件系统是由中央处理器、 存储器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路组成。 处理器由运算器、控制器和寄存器三部分组成。CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与其他部件之间 进行联系。 （如图所示）。
第1章 微机接口技术概述
微机接口技术
微机接口技术引言随着计算机技术的不断发展，微机接口技术在各个领域得到了广泛应用。
微机接口技术是指将微型计算机通过适配器与外部设备进行连接和数据交换的技术。
本文将介绍微机接口技术的基本概念、分类、应用和前景。
基本概念微机接口技术是指通过适配器将微型计算机与外部设备连接的技术。
它包括了硬件接口和软件接口两个方面。
硬件接口是指连接微机与外部设备的物理接口，例如串口、并口、USB接口等。
软件接口是指通过编程实现微机与外部设备之间的数据交换。
分类根据接口的传输方式和规范，微机接口技术可以分为以下几类：串行接口串行接口是一种将数据按照位的顺序进行传输的接口。
它的特点是传输速度较慢，但传输距离较远，适用于长距离传输数据。
常见的串行接口有RS-232接口和RS-485接口。
并行接口并行接口是一种将数据同时按照多个位进行传输的接口。
它的特点是传输速度较快，但传输距离较短，适用于近距离传输数据。
常见的并行接口有并口（Parallel Port）和总线接口（如PCI、ISA等）。
USB接口USB（Universal Serial Bus）接口是一种通用的串行接口标准，它支持多种外部设备的连接和数据交换。
USB接口具有插拔方便、数据传输速度快等特点，已成为现代计算机中最常用的接口之一。
网络接口网络接口是指通过网络将微机与外部设备进行连接和数据交换的接口技术。
它可以实现不同地理位置的微机之间的数据传输。
常见的网络接口有以太网接口、无线网络接口等。
应用微机接口技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用场景：工业自动化在工业自动化领域，微机接口技术被广泛应用于监控系统、控制系统和数据采集系统中。
通过与传感器、执行器等外部设备的连接，微机可以实时监测和控制生产过程，提高生产效率和质量。
医疗设备在医疗设备领域，微机接口技术被应用于各种医疗仪器和设备中。
例如，心电图仪、血压计、血糖仪等设备可以通过与计算机的接口连接，实现数据的传输和分析。
微机接口技术概述
A
0
1
MSP430F149内部各模块端口(续)
模块 端口名称 端口地址
IE1
特 殊
IE2
功 IFG1
能 IFG2
000h 001h 002h 003h
ME1
004h
ME2
005h
P1IN
020h
P1OUT 021h
P1DIR
022h
P1 P1IFG
023h
P1IES
024h
P1IE
025h
P1SEL
存
特点：
储
端口与存储器分别独立编址 端口不占用存储器空间
设有专门的 I/O指令对端口进行读写，
器 空 间
对存储器操作的指令不能用于I/O端口
例 MOV [ 10H ], AL 对存储器操作
I/O
OUT 10H, AL 对端口操作
空
间
2. 端口与存储器统一编址 （存储器映射方式）
例 MSP430单片机
XIN XOUT AVcc Avss VREF+ VeREF+ VREF-/VeREF- P1 P2 P3 P4 P5 P6
XT1IN XT2OUT
Rosc DVcc DVss
RST/NMI
TMS TCK TDI/TCLK TDO/TDI
振 ACLK 荡 SMCLK 器
MCLK
60KB Flash ROM
I/O端口是计算机硬件系统的一种重要资源
在Windows下查看PC机硬件IO端口资源的分配情况
与Intel 80x86 PC 微机兼容的 I/O端口地址分配
I/O地址 0020~003F 0040~005F 0060~006F 0070~007F 00A0~00BF 00C0~00DF 0170~0177 01F0~01F7 02F8~02FF 0378~03FF 03B0~03DF 03F0~03F7 03F8~03FF
微机原理及接口技术第一章概述
三、微型计算机的分类
按处理器同时处理数据的位数或字长分：
8位机
按其结构分：
16位机
32位机
64位机
PC机、
单片微型机、 单板微型机
1.2
微型计算机组成
现代计算机结构仍然是在冯· 诺依曼提出 的计算机逻辑结构和存储程序概念基础上建 立起来的。
一、微型计算机的硬件结构
微型计算机由微处理器、存储器、输入/输 出接口构成，它们之间由系统总线连接。
地址总线 (AB)
只读存储器 ROM 随机存储器 RAM
I/O接口
I/O设备 数据总线 (DB) 控制总线 (CB)
CPU
1. 微处理器
整个微机的核心是微处理器(up, MPU)，也 称CPU。它包含算术逻辑部件ALU、寄存器组 及控制部件。
ALU ： 算术运算、逻辑运算
寄 存 器：存放操作数、中间结果、地址、标 志等信息 控制部件：整个机器控制中心，包括程序计 数器IP、指令寄存器IR、指令译 码器ID、控制信息产生电路。
外部设备
I/O接口电路
存储器 RAM ROM 总线
控制部件
算术逻辑部件
寄存器组
MPU
2. 存储器 微机的存储器分为：主存和辅存 主存(内存)：用于存放当前正在运行的程序和正 待处理数据。(CPU内部cache，主 板上的内存, 造价高，速度快，存 储容量小) 辅存(外存)：存放暂不运行的程序和输入处理的 数据，(主机箱内或主机箱外，造 价低，容量大，可长期保存，但 速度慢)
办公自动化
信息高速公路
仪器仪表
将传感器与计算机集 成于同一芯片上，智能
传感器不仅具有信号检
测、转换功能，同时还 具有记忆、存储、解析、 统计、处理及自诊断、 自校准、自适应等功能。
微型计算机接口技术第一章接口的基本概念
③Windows中访问I/O设备的方法：
可以象DOS下的程序一样直接访问I/O设备，这是为了兼容DOS应用程序 而提供的，但是缺乏好的安全性，而且有些设备是不能直接访问的（如 硬盘）； 另外一种方法是利用VxD访问I/O设备。VxD是32位的程序，用来支持 Windows操作系统中的VMM（Virtual Machine Manager，虚拟设备管理） 管理计算机硬件及I/O设备，它具有很高的特权级。对于每一个应用程序 来说，VxD是一个虚拟的设备。特定设备的VxD可以接收很多个应用程 序的请求。利用VxD同外部设备通信，提高了多任务下资源的利用率； 同时也避免了设备访问冲突。
§3 总线技术
总线：就是计算机与计算机之间、模块与模块之间传递信息的信 号线的集合。 一、总线的结构 ①面向处理器的总线结构：
是将需要交换信息的模块通过总线建立点对点的连接。如下图所示：
②面向总线的总线结构：
以总线为中心，而将计算机中的所有设备（包括CPU）均看作是总线上 挂接的外设。如下图所示：
四、总线的传输方式
①同步式传输：传输周期是固定的，在传输周期内严格地按规定的时间发出 信号和进行相应的动作。有如齐步走。在微机中的典型实例是CPU与内存之 间的数据传输。
CPU为了对某一外设的端口进行读写操作，就需要在众多的I/O端口 中按选定该端口地址。如何通过CPU发出的地址编码来识别确认这 个端口，就是所谓的地址译码。
CPU
60#
50#
60#
70#
80#
第一章
六、I/O口地址的译码方法
接口基本知识
§1 微机接口中的基本概念
在接口芯片中，负责将CPU发出的地址信号转换成为唯一的片选信 号的电路，称之为译码电路。常见的译码电路有以下几种： ①固定式端口地址译码 ：
精品课件-微型计算机原理及接口技术-第1章
西安电子科技大学 计算机学院
微机原理及接口技术
本课程的内容 以8086/8088 CPU构成的微机系统为例，介绍微机系统的组
成、工作原理。 为实现特定的任务，如何对上述微机系统进行功能扩展。
2
为什么要学习这门课？
通过本课程的学习，希望同学们能够 1. 了解一种具体的计算机（微机） 2. 初步掌握(或了解)以下技能： 根据工程需要，选择合适的微处理器(或单片机)，通过增加适 当的外围芯片，构成应用系统，使它们能够按照设计意图稳定、 可靠地工作(包括硬件和软件两方面)。
13
Altair 8800 Computer with 8 inch floppy disk system
This is an original copy of 8K BASIC on paper tape for the MITS Altair 8800 cwormiptutteenr.byThBeilBlASGIaCteisn,tePrapurletAelrlewna,sand14
皓龙6200是全球首款16核x86处理器。
24
1.2 微处理器概述 二、计算机的两个发展方向
1. 高速度、功能强的巨型机和大型机 军事、尖端科学
2. 价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域、占领更大市场
25
IBM Blue Gene
26
BlueGene/L 27
28
西安电子科技大学 计算机学院
48
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
【例】Y=10+20，结果送266单元 MOV AL,10 ADD AL,20 MOV [266],AL HLT
49
1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
微机原理及接口技术
本课程的内容 以8086/8088 CPU构成的微机系统为例，介绍微机系统的组
成、工作原理。 为实现特定的任务，如何对上述微机系统进行功能扩展。
2
为什么要学习这门课？
通过本课程的学习，希望同学们能够 1. 了解一种具体的计算机（微机） 2. 初步掌握(或了解)以下技能： 根据工程需要，选择合适的微处理器(或单片机)，通过增加适 当的外围芯片，构成应用系统，使它们能够按照设计意图稳定、 可靠地工作(包括硬件和软件两方面)。
13
Altair 8800 Computer with 8 inch floppy disk system
This is an original copy of 8K BASIC on paper tape for the MITS Altair 8800 cwormiptutteenr.byThBeilBlASGIaCteisn,tePrapurletAelrlewna,sand14
皓龙6200是全球首款16核x86处理器。
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1.2 微处理器概述 二、计算机的两个发展方向
1. 高速度、功能强的巨型机和大型机 军事、尖端科学
2. 价格低廉的超小型机和微型机 开拓应用领域、占领更大市场
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IBM Blue Gene
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BlueGene/L 27
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1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
【例】Y=10+20，结果送266单元 MOV AL,10 ADD AL,20 MOV [266],AL HLT
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1.2 微型计算机的组成 1.2.2 微型计算机的工作过程
精品课件-微机接口技术及其应用-第1章
17
1.1.3 接口的分类 1．按适应面划分 微机接口从适应面角度划分，可以分为专用接口、通用标
准接口和增强功能用的接口三大类。
18
1) 专用接口 专用接口包括用户交换接口和辅助操作接口两类。 (1) 用户交换接口。用户交换接口又称人机交互设备接口。 这类接口的主要功能是将用户指定的数据、信息传送给主机， 而将来自主机的数据、信息传送给输出设备。随着微机的不断 发展，人机接口又可分为常规人机接口和智能人机接口。 常规人机接口是以计算机为中心的，即输入/输出的信息 是以二进制码、十六进制或ASCII码形式传送的。这种形式的 信息计算机容易接受和便于处理，而人接受和处理就不大方便。 属于这类接口的有键盘接口、显示器接口和打印机接口等。
8
1.1.2 接口的功能 接口技术是用硬件和软件相结合的方法来处理主机与外部
世界的通信和数据交换，使其达到最佳匹配，实现高效、可靠 的信息交换的一门技术。为了达到这样的目的，就需要解决主 机与外部世界存在不匹配的矛盾。接口应具备如下功能：
9
1．信息格式转换 外设产生的信息结构很复杂，不同设备有不同的信息格式 和种类，它们与CPU的信息格式不兼容，需要在接口中进行转 换，如正负逻辑的转换、串行信息与并行信息的变换等。
由此可见，微机与各种外设的信息交换是比较复杂的， 它们之间存在如何连接的问题。一般来说，每种外设都有其具 体的问题，必须用一个专门的接口来实现主机用的信号与外设 用的信号之间的匹配或转换，并通过该接口提供相应的数据格 式、适当的时序控制和同步协调，以及进行数据缓冲、传送设 备的有关状态信息等。这样的接口电路通常位于主机与外设之 间，能够完成主机与外设之间的信息传送。
3
输入与输出的操作过程类似于存储器的存取操作。原则上 CPU可以采用访问存储器的方式与外设交换数据，但是在实际 操作中，外围设备要考虑的问题比访问存储器复杂得多。存储 器通常是在与CPU同步的控制方式下工作的，并且内存采用半 导体器件，其相应的控制比较简单，与CPU的匹配和定时较易 实现。而外设种类繁多，控制复杂。CPU与外设相连时，不能 直接用总线相连，而是要通过相应的电路来连接。这是因为 CPU与外设之间存在很大的差异，不能匹配。这些差异主要体 现在以下几个方面。
1.1.3 接口的分类 1．按适应面划分 微机接口从适应面角度划分，可以分为专用接口、通用标
准接口和增强功能用的接口三大类。
18
1) 专用接口 专用接口包括用户交换接口和辅助操作接口两类。 (1) 用户交换接口。用户交换接口又称人机交互设备接口。 这类接口的主要功能是将用户指定的数据、信息传送给主机， 而将来自主机的数据、信息传送给输出设备。随着微机的不断 发展，人机接口又可分为常规人机接口和智能人机接口。 常规人机接口是以计算机为中心的，即输入/输出的信息 是以二进制码、十六进制或ASCII码形式传送的。这种形式的 信息计算机容易接受和便于处理，而人接受和处理就不大方便。 属于这类接口的有键盘接口、显示器接口和打印机接口等。
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1.1.2 接口的功能 接口技术是用硬件和软件相结合的方法来处理主机与外部
世界的通信和数据交换，使其达到最佳匹配，实现高效、可靠 的信息交换的一门技术。为了达到这样的目的，就需要解决主 机与外部世界存在不匹配的矛盾。接口应具备如下功能：
9
1．信息格式转换 外设产生的信息结构很复杂，不同设备有不同的信息格式 和种类，它们与CPU的信息格式不兼容，需要在接口中进行转 换，如正负逻辑的转换、串行信息与并行信息的变换等。
由此可见，微机与各种外设的信息交换是比较复杂的， 它们之间存在如何连接的问题。一般来说，每种外设都有其具 体的问题，必须用一个专门的接口来实现主机用的信号与外设 用的信号之间的匹配或转换，并通过该接口提供相应的数据格 式、适当的时序控制和同步协调，以及进行数据缓冲、传送设 备的有关状态信息等。这样的接口电路通常位于主机与外设之 间，能够完成主机与外设之间的信息传送。
3
输入与输出的操作过程类似于存储器的存取操作。原则上 CPU可以采用访问存储器的方式与外设交换数据，但是在实际 操作中，外围设备要考虑的问题比访问存储器复杂得多。存储 器通常是在与CPU同步的控制方式下工作的，并且内存采用半 导体器件，其相应的控制比较简单，与CPU的匹配和定时较易 实现。而外设种类繁多，控制复杂。CPU与外设相连时，不能 直接用总线相连，而是要通过相应的电路来连接。这是因为 CPU与外设之间存在很大的差异，不能匹配。这些差异主要体 现在以下几个方面。
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优点：
不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器 数据存取一样灵活
FFFFF 内存 部分
缺点：
存储器空间
I/O 部分
I/O端口要占去部分存 储器地址空间 程序不易阅读（不易 分清访存和访问外设）
00000
地址空间(共1MB)
0
内存地址 (960KB)
EFFFFH F0000H
I/O地址 (64KB)
总线控制器
扩展总线 控制器
集成外围控制器
PC总线
实时钟/日历
现代微机的基本结构
现代微机采用pentium系列微处理器，其 基本结构发生了革命性的变化，最主要 的表现是改变了主板的总线结构。 采用了三总线结构：即CPU总线、局部 总线PCI 和系统总线ISA总线 三级总线之间通过多功能桥路芯片组相 连。根据功能和连接方法，将这种基本 结构划分为南北桥结构和中心结构。
以上三种信息从含义上说各不相同，应该分别传送。但计算 机的CPU通过接口和外设交换信息时，往往把状态信息、 控制信息看成是一种广义的数据信息，都通过数据总线来 传送。因此，在接口中这三种信息要进入不同的寄存器。
1、3、2 接口电路的组成
一个实际运行的接口由硬件和软件组成。 硬件电路
总线驱动
数据寄存器
思考：传送多个字节怎么编程？
程序查询方式的优点是硬件结构比较简单， 程序控制方便；缺点是CPU效率较低，实时 性较差，且对外部出现的异常事件无实时响 应能力。 虽然程序查询方式要比无条件传送方式可靠， 但在程序查询方式中，CPU要不断地读取状 态字来检测外设的状态，真正用于数据传送 的时间实际很短，大部分时间是在查询等待， CPU效率很低，特别是当系统中有多个外设 时，CPU必须逐个查询，而外设的工作速度 各不相同，很显然CPU不能及时满足外设所
FFFFFH
1、4 CPU和外设之间数据传送方式
CPU和外设之间数据传送方式有三种： 程序方式、中断方式、DMA方式
程序传送方式
程序传送方式是指CPU与外设之间 的数据传送是在程序的控制下实现 的。程序传送方式又可分为无条件 传送和条件传送两种方式。
无条进行 数据传输。 无条件传送方式一般用在外设总是处于 就绪状态的条件下进行的一种数据传送 方式，一般适合于数据传送不太频繁的 情况，如对于开关、数码显示器等一些 简单外设的操作。
现代微机发展特点
微处理器的性能不断增强 微处理器支持芯片有规模小的单功能芯 片组成的芯片组，发展为有大规模多功 能芯片组成的芯片组 主板总线结构发生变化 保持向上兼容性
1、2微机接口基本概念
接口电路：CPU并不是与外部设备直接相连，
而是经过一个中间电路进行连接，这一电路就 称为接口电路，简称接口。由此可见，接口就 是连接CPU与外设之间的部件，它在CPU与外 设之间起到信息中转作用。
1、固定式结构 采用中小规模集成逻辑芯片按设计要求组 合而成，工作方式和功能不变。 2、半固定式结构 3、可编程结构 4、智能型结构 专用I/O的处理器
6.1.3 I/O端口的编址
理解端口
接口电路占用的I/O端口有两类编排形 式 I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
微机的硬件结构（总线结构）
PC系列微机的基本结构
微处理器8088
协处理器8087
ROM BIOS
8253定时/计数
DRAM控制器 8237
主板上RAM
8259
8250
DMA页面寄存器
PC总线
8255
扩展 总线 缓冲器
8个62引脚扩展槽
80386/80486微机的基本结构
微处理器 80386/486 80387 （386才有 CACHE 控制器 CACHE 主存
2、状态信息 状态信息反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口 往CPU传送的。对于输入设备来说，通常用准备好 （READY）信号来表明输入的数据是否准备就绪；对于输 出设备来说，通常用忙（BUSY）信号表示输出设备是否处 于空闲状态 。 3、控制信息 控制信息是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信 息来控制外设的工作。
1、4、2 中断传送方式
如果外设需要CPU为其服务时，则向 CPU发出请求。CPU暂停正在执行的程 序，转去为请求中断的外设（中断源） 服务。中断服务完毕后，CPU又返回继 续执行它原来的任务，即从原断点处继 续执行程序。这种方法就称为中断传送 方式。 有关内容参阅第3章
流 程
1、4、3
DMA传送方式
地址译码
控制逻辑
控制寄存器
状态寄存器
外部设备
接口的基本组成
I/O接口 DB 数据信号
数据端口
CPU AB CB 状态端口 控制端口 状态信号 控制信号 外设
软件 编程
主要指设备接口程序（接口驱动程序）包 括： 初始化程序段 传送方式处理程序段 主控程序段 程序终止与退出程序段 辅助程序段
1、3、3 接口电路的结构形式
接口的基本功能
要能够根据CPU的要求对外设进行管理与控制， 实现信号逻辑及工作时序的转换，保证CPU与 外设之间进行可靠有效的信息交换。 数据缓冲与转换功能 设备选择和寻址 联络功能 接收、解释并执行CPU命令功能 中断管理功能 可编程功能 错误检测功能
接口的分类
根据微机系统中接口所连接的形式和功 能不同分为四种 用户交互接口 内务操作接口 传感接口 控制接口
流 程
条件传送方式
条件传送方式也称程序查询方式。
流 程
在数据传送之前，CPU要执行一段查询程 序，不断读取并测试外设的状态，只有 当外设处于准备就绪（指输入设备）或 空闲状态（指输出设备）时，CPU才执 行输入或输出指令进行数据传送，否则， CPU循环等待，直到外设准备就绪为止。
开始
①CPU测试外设当前的状态。
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间 如MC6800
FFFFF
I/O端口单独编址
优点：
FFFF
内存 空间 I/O 空间
I/O端口的地址空间独立 0 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读
缺点：
I/O指令没有存储器指令丰富
80x86采用I/O端口独立编址
I/O端口与存储器统一编址
采用中断传送方式，CPU与外设交换数据在一定程度 上提高了微型机的效率。但是，中断传送仍是依靠 流 CPU通过执行中断服务程序来完成的，每传送一次数程 据，CPU就要执行一次中断操作，保护现场和保护断 点，执行服务程序体，以及在中断返回前还要恢复现 场和恢复断点。这对于一些高速的外设，如磁盘、磁 带、数据采集系统等就不能满足传送速率上的要求。 于是，就提出了一种新的数据传送控制方法，基本设 想是：外设与内存之间的数据传送不经过CPU，传送 过程也不需要CPU干预，在外设和内存之间开设直接 通道由一个专门的硬件控制电路来直接控制外设与内 存之间的数据交换，从而提高数据传送速度和CPU的 效率，而且CPU仅在传送开始前和传送结束后花费很 少的时间做一些初始化处理。这种方法就是直接存储 器存取方式，简称DMA方式。 用来控制DMA传送的硬件控制电路称为DMA控制器， 简称DMAC。
微型计算机的物理结构
前端总线/CPU总线 CPU 外设
Cache
CRT AGP 北桥 RAM PCI KBD，Mouse 串行/并行接口 HDD/CDROM(IDE) FDD USB ISA 接口卡
南桥
BIOS
总线扩展槽
主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存，作用是在 处理器与PCI总线、DRAM、AGP和L2高速缓存之间建立通信接口。北桥芯 片提供对CPU类型，主频，内存的类型，内存的最大容量，PCI/AGP插槽 等设备的支持。北桥起到的作用非常明显，在电脑中起着主导的作用，所 以人们习惯的称为主桥（Host Bridge）
1、1 微机组成和结构
微机系统由硬件部分和软件部分组成 硬件部分包括主机和外部设备 从结构上采用冯•诺伊曼结构，包括五大 部件。 软件包括系统软件和支撑软件和应用软 件
微型计算机结构 系统总线BUS
微 处 理 器
地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
存储器
I/O接口
1. 微处理器 I/O设备 2. 存储器 3. I/O接口和I/O设备 4. 系统总线
②如果不为准备就绪，则循 环等待，重复步骤①，否则 执行步骤③。 ③CPU执行IN或OUT指令， 进行一次数据传送
④传送结束。
读取设备状态 N 准备就绪
Y
执行数据传送 N 传送 完毕 Y 结束
例1
某输出设备的状态端口地址为PST，状态 端口的D0位为1，则表明准备好。数据端 口的的地址为PDATA，采用条件传送1 个字节 。 MOV DX，PST L0: IN AL，DX TEST AL，01H JZ L0 MOV AL，BL OUT PDATA ， AL
北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，例如英特尔 845E芯片组 的北桥芯片是82845E，875P芯片组的北桥芯片是82875P等等。北桥芯片负责与CPU的联系并控 制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内 存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠 错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片， 这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。因为 北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加 强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。因为北桥芯片的主要功能是控 制内存，而内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的，当 然这并不是说所采用的内存技术就完全不一样，而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有 差别。 由于已经发布的AMD K8核心的CPU将内存控制器集成在了CPU内部，于是支持K8芯片组的北桥 芯片变得简化多了，甚至还能采用单芯片芯片组结构。这也许将是一种大趋势，北桥芯片的功能 会逐渐单一化，为了简化主板结构、提高主板的集成度，也许以后主流的芯片组很有可能变成南 北桥合一的单芯片形式（事实上SIS老早就发布了不少单芯片芯片组）。 由于每一款芯片组产品就对应一款相应的北桥芯片，所以北桥芯片的数量非常多。针对不同的平 台，目前主流的北桥芯片有以下产品（不包括较老的产品而且只对用户最多的英特尔芯片组作较 详细的说明） 南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下 方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。 相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片 不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特 尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。
不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器 数据存取一样灵活
FFFFF 内存 部分
缺点：
存储器空间
I/O 部分
I/O端口要占去部分存 储器地址空间 程序不易阅读（不易 分清访存和访问外设）
00000
地址空间(共1MB)
0
内存地址 (960KB)
EFFFFH F0000H
I/O地址 (64KB)
总线控制器
扩展总线 控制器
集成外围控制器
PC总线
实时钟/日历
现代微机的基本结构
现代微机采用pentium系列微处理器，其 基本结构发生了革命性的变化，最主要 的表现是改变了主板的总线结构。 采用了三总线结构：即CPU总线、局部 总线PCI 和系统总线ISA总线 三级总线之间通过多功能桥路芯片组相 连。根据功能和连接方法，将这种基本 结构划分为南北桥结构和中心结构。
以上三种信息从含义上说各不相同，应该分别传送。但计算 机的CPU通过接口和外设交换信息时，往往把状态信息、 控制信息看成是一种广义的数据信息，都通过数据总线来 传送。因此，在接口中这三种信息要进入不同的寄存器。
1、3、2 接口电路的组成
一个实际运行的接口由硬件和软件组成。 硬件电路
总线驱动
数据寄存器
思考：传送多个字节怎么编程？
程序查询方式的优点是硬件结构比较简单， 程序控制方便；缺点是CPU效率较低，实时 性较差，且对外部出现的异常事件无实时响 应能力。 虽然程序查询方式要比无条件传送方式可靠， 但在程序查询方式中，CPU要不断地读取状 态字来检测外设的状态，真正用于数据传送 的时间实际很短，大部分时间是在查询等待， CPU效率很低，特别是当系统中有多个外设 时，CPU必须逐个查询，而外设的工作速度 各不相同，很显然CPU不能及时满足外设所
FFFFFH
1、4 CPU和外设之间数据传送方式
CPU和外设之间数据传送方式有三种： 程序方式、中断方式、DMA方式
程序传送方式
程序传送方式是指CPU与外设之间 的数据传送是在程序的控制下实现 的。程序传送方式又可分为无条件 传送和条件传送两种方式。
无条进行 数据传输。 无条件传送方式一般用在外设总是处于 就绪状态的条件下进行的一种数据传送 方式，一般适合于数据传送不太频繁的 情况，如对于开关、数码显示器等一些 简单外设的操作。
现代微机发展特点
微处理器的性能不断增强 微处理器支持芯片有规模小的单功能芯 片组成的芯片组，发展为有大规模多功 能芯片组成的芯片组 主板总线结构发生变化 保持向上兼容性
1、2微机接口基本概念
接口电路：CPU并不是与外部设备直接相连，
而是经过一个中间电路进行连接，这一电路就 称为接口电路，简称接口。由此可见，接口就 是连接CPU与外设之间的部件，它在CPU与外 设之间起到信息中转作用。
1、固定式结构 采用中小规模集成逻辑芯片按设计要求组 合而成，工作方式和功能不变。 2、半固定式结构 3、可编程结构 4、智能型结构 专用I/O的处理器
6.1.3 I/O端口的编址
理解端口
接口电路占用的I/O端口有两类编排形 式 I/O端口单独编址
I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088
微机的硬件结构（总线结构）
PC系列微机的基本结构
微处理器8088
协处理器8087
ROM BIOS
8253定时/计数
DRAM控制器 8237
主板上RAM
8259
8250
DMA页面寄存器
PC总线
8255
扩展 总线 缓冲器
8个62引脚扩展槽
80386/80486微机的基本结构
微处理器 80386/486 80387 （386才有 CACHE 控制器 CACHE 主存
2、状态信息 状态信息反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过接口 往CPU传送的。对于输入设备来说，通常用准备好 （READY）信号来表明输入的数据是否准备就绪；对于输 出设备来说，通常用忙（BUSY）信号表示输出设备是否处 于空闲状态 。 3、控制信息 控制信息是CPU通过接口传送给外设的，CPU通过发送控制信 息来控制外设的工作。
1、4、2 中断传送方式
如果外设需要CPU为其服务时，则向 CPU发出请求。CPU暂停正在执行的程 序，转去为请求中断的外设（中断源） 服务。中断服务完毕后，CPU又返回继 续执行它原来的任务，即从原断点处继 续执行程序。这种方法就称为中断传送 方式。 有关内容参阅第3章
流 程
1、4、3
DMA传送方式
地址译码
控制逻辑
控制寄存器
状态寄存器
外部设备
接口的基本组成
I/O接口 DB 数据信号
数据端口
CPU AB CB 状态端口 控制端口 状态信号 控制信号 外设
软件 编程
主要指设备接口程序（接口驱动程序）包 括： 初始化程序段 传送方式处理程序段 主控程序段 程序终止与退出程序段 辅助程序段
1、3、3 接口电路的结构形式
接口的基本功能
要能够根据CPU的要求对外设进行管理与控制， 实现信号逻辑及工作时序的转换，保证CPU与 外设之间进行可靠有效的信息交换。 数据缓冲与转换功能 设备选择和寻址 联络功能 接收、解释并执行CPU命令功能 中断管理功能 可编程功能 错误检测功能
接口的分类
根据微机系统中接口所连接的形式和功 能不同分为四种 用户交互接口 内务操作接口 传感接口 控制接口
流 程
条件传送方式
条件传送方式也称程序查询方式。
流 程
在数据传送之前，CPU要执行一段查询程 序，不断读取并测试外设的状态，只有 当外设处于准备就绪（指输入设备）或 空闲状态（指输出设备）时，CPU才执 行输入或输出指令进行数据传送，否则， CPU循环等待，直到外设准备就绪为止。
开始
①CPU测试外设当前的状态。
I/O端口与存储器统一编址
它们共享一个地址空间 如MC6800
FFFFF
I/O端口单独编址
优点：
FFFF
内存 空间 I/O 空间
I/O端口的地址空间独立 0 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读
缺点：
I/O指令没有存储器指令丰富
80x86采用I/O端口独立编址
I/O端口与存储器统一编址
采用中断传送方式，CPU与外设交换数据在一定程度 上提高了微型机的效率。但是，中断传送仍是依靠 流 CPU通过执行中断服务程序来完成的，每传送一次数程 据，CPU就要执行一次中断操作，保护现场和保护断 点，执行服务程序体，以及在中断返回前还要恢复现 场和恢复断点。这对于一些高速的外设，如磁盘、磁 带、数据采集系统等就不能满足传送速率上的要求。 于是，就提出了一种新的数据传送控制方法，基本设 想是：外设与内存之间的数据传送不经过CPU，传送 过程也不需要CPU干预，在外设和内存之间开设直接 通道由一个专门的硬件控制电路来直接控制外设与内 存之间的数据交换，从而提高数据传送速度和CPU的 效率，而且CPU仅在传送开始前和传送结束后花费很 少的时间做一些初始化处理。这种方法就是直接存储 器存取方式，简称DMA方式。 用来控制DMA传送的硬件控制电路称为DMA控制器， 简称DMAC。
微型计算机的物理结构
前端总线/CPU总线 CPU 外设
Cache
CRT AGP 北桥 RAM PCI KBD，Mouse 串行/并行接口 HDD/CDROM(IDE) FDD USB ISA 接口卡
南桥
BIOS
总线扩展槽
主板上离CPU最近的一块芯片，负责与CPU的联系并控制内存，作用是在 处理器与PCI总线、DRAM、AGP和L2高速缓存之间建立通信接口。北桥芯 片提供对CPU类型，主频，内存的类型，内存的最大容量，PCI/AGP插槽 等设备的支持。北桥起到的作用非常明显，在电脑中起着主导的作用，所 以人们习惯的称为主桥（Host Bridge）
1、1 微机组成和结构
微机系统由硬件部分和软件部分组成 硬件部分包括主机和外部设备 从结构上采用冯•诺伊曼结构，包括五大 部件。 软件包括系统软件和支撑软件和应用软 件
微型计算机结构 系统总线BUS
微 处 理 器
地址总线AB 数据总线DB 控制总线CB
存储器
I/O接口
1. 微处理器 I/O设备 2. 存储器 3. I/O接口和I/O设备 4. 系统总线
②如果不为准备就绪，则循 环等待，重复步骤①，否则 执行步骤③。 ③CPU执行IN或OUT指令， 进行一次数据传送
④传送结束。
读取设备状态 N 准备就绪
Y
执行数据传送 N 传送 完毕 Y 结束
例1
某输出设备的状态端口地址为PST，状态 端口的D0位为1，则表明准备好。数据端 口的的地址为PDATA，采用条件传送1 个字节 。 MOV DX，PST L0: IN AL，DX TEST AL，01H JZ L0 MOV AL，BL OUT PDATA ， AL
北桥芯片（North Bridge）是主板芯片组中起主导作用的最重要的组成部分，也称为主桥（Host Bridge）。一般来说，芯片组的名称就是以北桥芯片的名称来命名的，例如英特尔 845E芯片组 的北桥芯片是82845E，875P芯片组的北桥芯片是82875P等等。北桥芯片负责与CPU的联系并控 制内存、AGP、PCI数据在北桥内部传输，提供对CPU的类型和主频、系统的前端总线频率、内 存的类型（SDRAM，DDR SDRAM以及RDRAM等等）和最大容量、ISA/PCI/AGP插槽、ECC纠 错等支持，整合型芯片组的北桥芯片还集成了显示核心。北桥芯片就是主板上离CPU最近的芯片， 这主要是考虑到北桥芯片与处理器之间的通信最密切，为了提高通信性能而缩短传输距离。因为 北桥芯片的数据处理量非常大，发热量也越来越大，所以现在的北桥芯片都覆盖着散热片用来加 强北桥芯片的散热，有些主板的北桥芯片还会配合风扇进行散热。因为北桥芯片的主要功能是控 制内存，而内存标准与处理器一样变化比较频繁，所以不同芯片组中北桥芯片是肯定不同的，当 然这并不是说所采用的内存技术就完全不一样，而是不同的芯片组北桥芯片间肯定在一些地方有 差别。 由于已经发布的AMD K8核心的CPU将内存控制器集成在了CPU内部，于是支持K8芯片组的北桥 芯片变得简化多了，甚至还能采用单芯片芯片组结构。这也许将是一种大趋势，北桥芯片的功能 会逐渐单一化，为了简化主板结构、提高主板的集成度，也许以后主流的芯片组很有可能变成南 北桥合一的单芯片形式（事实上SIS老早就发布了不少单芯片芯片组）。 由于每一款芯片组产品就对应一款相应的北桥芯片，所以北桥芯片的数量非常多。针对不同的平 台，目前主流的北桥芯片有以下产品（不包括较老的产品而且只对用户最多的英特尔芯片组作较 详细的说明） 南桥芯片（South Bridge）是主板芯片组的重要组成部分，一般位于主板上离CPU插槽较远的下 方，PCI插槽的附近，这种布局是考虑到它所连接的I/O总线较多，离处理器远一点有利于布线。 相对于北桥芯片来说，其数据处理量并不算大，所以南桥芯片一般都没有覆盖散热片。南桥芯片 不与处理器直接相连，而是通过一定的方式（不同厂商各种芯片组有所不同，例如英特尔的英特 尔Hub Architecture以及SIS的Multi-Threaded“妙渠”）与北桥芯片相连。