《接口技术》习题课

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。
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习题1-10：什么是总线桥？总线桥与接口有何不 同？
答: 总线桥，是实现微处理器总线与PIC总线，以及PCI 总线与本地总线之间的连接与信息交换（映射）的 接口。
总线桥与接口的不同之处：
① 首先，总线桥与接口的区别是“连接的对象不同”。接口 连接的是I/O设备、与本地总线（用户总线）；而总线 桥连接的是本地ISA总线与PCI总线。
② 参加译码的地址信号、控制信号的组合可以不同。
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习题3-11：你能采用74LS138设计一个I/O地址译码电路 吗？（可参考例题3.2）。略。
¾ “I/O操作是指CPU直接对I/O设备进行操作”，这话 对吗？
答：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。
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习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
¾ “3方式”由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形， 且输出波形的高低电平比为1:1或近似1:1（方波或近似方 波），所以在实际中应用最广泛。
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习题4-9：计数初值或定制常数有什么作用？如何计算 82C54A的定时常数？
答：
1）定时常数（计数初值），是决定82C54A的计数多少和定 时长短的重要参数。
⑥ 数据宽度与数据格式转换。有的外设（如串行通信设备）使 用串行数据，且要求按一定的数据格式传输，因此接口电路 应具有数据并-串、数据串-并转换的能力。
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习题1-7：I/O设备接口，由哪几部分组成？
答：一般的I/O设备接口，都由硬件和软件两部分组成。
1、接口电路的硬件一般由以下几部分组成： • 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄
2、硬件定时：采用外部定时器进行定时，即可采用“可编程定时/ 计数器”，也可采用不可编程“单稳延时电路”实现定时。
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1）不可编程定时器：采用中小规模集成器件构成定时电路。常 见的定时器有单稳触发器和555定时器等，利用外界电阻、电 容的组合，实现一定范围的定时。 优点：电路简单； 缺点：定时时间不便于更改，使用不灵活。
③ 数据缓冲。在CPU与外设之间传输数据时，主机高速与外设 低速之间的矛盾，是通过接口电路的“数据寄存器”来解决。
④ 信号转换。微机总线信号与外设信号的兼容，要通过接口电 路的逻辑模块进行转换来实现。包括：信号的逻辑关系、时 序配合、电平匹配的转换等。
⑤ 设备选择。一个CPU连接多个外设时，要通过接口电路的I/O 地址译码电路，选定需要与其交换信息的设备端口。
① IOR-、IOW-，是CPU对I/O设备进行读/写操作的硬件上 的控制信号（低有效）。但这两个线号不能自激活，需由 IN、OUT指令激活。
② 在程序中，执行IN指令使IOR-有效，完成读入（输入） 操作；执行OUT指令使IOW-有效，完成写（输出）操 作。
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习题3-7：I/O端口地址译码电路作用是什么？试分析I/O 地址译码电路的输出信号“选择接口芯片”的物理含义？
答：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
块与从模块，进行一次传输所需的时间是固定的；在异步方式下，采 用应答式传输技术，传输周期是可以改变的。
⑤ 多路复用，可减少总线的线数。 ⑥ 负载能力。 ⑦ 信号线数。与系统性能并不成正比，但与复杂度成正比。
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习题2-5：总线与接口有何关系？ 为什么接口设计者对总线很关心？
答： ① 外部设备是通过总线连接到系统中去的，但设备并非直接
总线从存储器或外部设备获取与返回。 ③ 通过总线，使各部分形成一个有机整体来运行程序。
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习题2-4：评价一种总线的性能，要考虑哪几 方面因素？
答：评价一个总线的性能一般有如下几个方面： ① 总线频率。反映总线工作速率的重要参数。 ② 总线宽度。数据总线的位数。 ③ 总线传输率。单位时间内总线上卡传输的数据总量。 ④ 同步方式。有同步、异步之分。在同步方式下，总线上主模
② 而其他芯片的CS-无效时，芯片内部呈高阻抗，关闭了接口 电路与系统总线的通道。
• 每一个外设芯片都需要一个CS-信号去接通/断开其数据线 与系统数据总线，CS-相当于一个开/关控制信号。
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习题3-8：I/O端口地址译码电路设计需要考虑的几个问 题是什么？
答：
1）遵循I/O端口选用原则：选用用户可用的地址段，或未被占 用的地址段，避免冲突。
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习题1-6：I/O设备接口一般具有哪些功能？
答：从解决CPU与外设连接时存在的矛盾看，一般有以下功能：
① 执行CPU命令。CPU对被控对象的控制，是通过“接口电路的 命令寄存器”解释、执行CPU命令代码实现的。
② 返回外设状态。外设及接口电路的工作状态，是由“接口电路 的状态寄存器”报告给CPU的。
习题4-2：定时与计数，是什么关系？ 答：定时的本质是计数，只不过这里“数”的单位是时间单位（如
ns、us、ms、s）。
习题4-5：微机系统中有哪两种外部定时方法？各有何优 缺点？
答：微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。
1、软件定时：利用CPU内部定时机构，运用软件编程，循环执 行一段程序而产生的等待延时。 优点：不需增加硬设备，只需编相应延时程序以备调用。 缺点：CPU执行延时程序增加了CPU的时间开销，延时时间越 长，开销越大，降低了CPU的效率；通用性差。
多媒体教学课件
《微型计算机接口技术》
习课
河南科技大学信息工程学院自动化系 卜文绍，博士，副教授
第一章 概述
习题1-2：微机接口技术的基本任务是什么？
答：接口是微处理器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。接口技术的基本任务 有两条：
1）通过接口，实现设备与总线的连接； 2）CPU通过接口对设备进行访问，即操作或控制设备。
② 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，是一一对应的固定关系。 而桥是间接传递信息，桥两端的信息是一种映射的关 系，并非通过硬件一一对应直接传递信息，即由软件建 立起来的映射规则实现，可动态改变。
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第2章 总线技术
习题2-2：微机总线由哪些信号线组成？基本任务是什么？
存器，是接口电路中的核心。 • 端口地址译码电路：实现设备的选择功能。 • 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。
2、软件部分，即接口控制程序。包括：可编程接口芯片的初始 化程序、中断和DMA数据传输方式处理的程序段、对外设 主控程序段，及程序终止与退出程序段等。
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习题1-8：I/O设备与CPU间交换数据有哪几种方 式？
答： 1）I/O端口地址译码电路的作用，就是把地址、控制信号进行逻
辑组合，从而产生对接口芯片的选择信号。
2）I/O地址译码电路的输出信号中，只有一根CS-片选信号， 且低电平有效，其物理意义是：
① 当CS-有效，选中一个接口芯片时，这个芯片内部的数据线 打开，并与系统的数据总线接通，从而打开了接口电路与 系统总线的通道；
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2）独立编址：这种方式是接口中的端口地址单独编址，而不
与存储空间合一起。
¾ 主要优点：
① I/O端口地址不占用存储器空间； ② 使用专门的I/O指令，指令短，执行速度快； ③ 因地址是分开的，I/O端口和存储器的地址可以重叠。 ④ 对端口寻址不需要全地址线译码，地址线少，也简化了地址
译码电路的硬件。 ⑤ I/O操作和存储器操作指令区别明显，程序的可读性强。
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¾ 若要求I/O端口地址为374H，则 在图3.1（a）中的输入地址线 要作哪些改动？
答：为了使I/O端口的地址为374H，图 3.1（a）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。如下图所示：
第4章 定时/技术技术
2、一个接口电路中，可以有几种不同类型的端口。如命令 （端）口、状态（端）口和数据（端）口，分别对应于命 令寄存器、状态寄存器和数据寄存器。CPU命令只能写到 命令端口；外设（或端口）的状态只能从状态口读取；数 据只能从数据口读/写。
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习题3-4：微机系统中有两种I/O端口地址的编址方式？ 各有何特点？
与总线连接，而是通过设备接口连接到总线上去的。 ② 因此，接口与总线的关系极为密切，接口技术是随着总线
技术的发展而提升的。如果微机系统采用的总线改变了， 则接口设计也一定要做相应的改变，这就是接口对总线的 依赖性。
③ 现代微机系统中，采用多总线、分层次总线总线结构，不 同的总线，与之连接的接口不同。例如：
2）定时常数（计数初值）的计算：
① 要求产生“定时时间间隔”的定时时常Tc Tc = 要求定时的时间 / 时钟脉冲周期 = τ/（1/CLK）= τ×CLK
② 要求产生“频率为f 的信号波形”的定时时常（分频系 数）Tc Tc = 时钟脉冲的频率 / 要求的波形频率= CLK / fOUT