接口技术知识点整理全

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第 Biblioteka Baidu 章 微型计算机接口技术概述
1.1 概述
1.I/O 接口定义:将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。用以实现外设与主机之间的信息交换。
2.接口通常起变换和缓冲的作用。变换的含义包括模拟量到数字量的转换,串行数据到并行数据的转
换以及电平转换等。
3.接口的基本功能是在系统总线和 I/O 设备之间传输信号,提供缓冲作用以满足接口两边的时序要
3.3 80X86/Pentium 中断系统
1.中断分类: (1) 硬件中断(外部中断): 非屏蔽中断(NMI 中断):中断类型码 2。上升沿触发申请中断。不受中断允许标志 IF 的控制与
影响(即不可屏蔽),一旦 NMI 引脚出现中断请求,CPU 在当前指令执行完后,必须立即响应。由计 算机内部硬件出错而引发,一般用于处理紧急事件。
(3)部分译码法:最常用的片选方法,是前两种方法的结合,具有结构简单的优点,但也存在地址重 叠,适用于 I/O 空间较大的场合。 8.根据电路图写端口地址
1.4 CPU 和输入输出设备信息交换
1.数据的传送控制方式 (1) 无条件传送方式:直接利用 I/O 指令进行输入/输出操作。适用于总是处于准备好状态的外设。
第 3 章 中断技术
3.1 中断及中断处理过程
1.中断源分类: (1) 外部中断源:一般的 I/O 设备,如显示器、打印机、键盘等。数据通道中断源,如磁盘直接与
内存交换数据所要求的中断。实时时钟,如外部所需的定时电路等计算机内部故障引起的中断,如电 源掉电、存储出错等。
(2) 内部中断源:CPU 指令执行异常。如运算结果溢出、除法错等。在程序调试过程中由程序员所 设置的中断。如单步中断、软中断指令 INT n 等。 2.中断分类:内部中断(软件中断)、外部中断(硬件中断)。 3.中断定义:CPU 在正常执行程序的过程中,由于某些事件(外部或内部)发生,引起 CPU 暂时中止当 前程序的执行,而转去执行一段特殊程序(称中断服务子程序),以处理该事件。该事件处理完后, 再返回原被中断的程序继续执行。 4.中断源定义:能够向 CPU 发出中断请求的设备或事件。 5.中断系统应具有以下功能:
行中断,屏蔽低级中断。用在级连。主片设置为特殊全嵌套方式,从片设置为其它优先级方式。专门 用来确认从片内部优先级的工作方式。
c.优先级自动循环方式:中断源轮流具有最高优先权。某中断请求 IRi 被处理后,优先级别自动 降为最低,其下一级中断上升为最高级。
d.优先级特殊循环方式:最低优先级通过编程设定。 (2) 屏蔽中断源的方式
个新的数据,原来的数据被覆盖。
4.接口分类
(1) 按通用性分:专用接口和通用接口
(2) 按可编程性分:可编程接口和不可编程接口
(3) 按与外设数据的传送方式分:并行接口和串行接口
(4) 按工作对象分:面向 CPU 的外围接口和面向外设的 I/O 接口
1.2 CPU 和输入/输出设备之间的信号
1.信号分类
外设在需要时向 CPU 提出请求,CPU 再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时,CPU 可执行自己 的程序。中断使 CPU 和外设以及外设之间能并行工作。
优点:CPU 与外设(甚至多个外设)处于并行工作状态,提高了 CPU 的利用率,也便于实现信 息的实时处理。缺点:程序编制较为复杂。
(4) DMA 方式——直接存储器存取方式:高速外设与微机系统进行数据传送(DMA 传送的实现方式: 周期挪用方式、周期扩展方式、CPU 停机方式(最常用,最简单的传送方式))。
外设的工作时间已知,必须在 CPU 限定的指令时间内准备就绪,并完成数据的接收或发送。 (2) 查询传送(条件)方式:CPU 通过程序查询外设的状态(是否已准备 就绪),若状态不符合,
则 CPU 不能进行 I/O 操作,继续查询等待;只有当状态信号符合要求,CPU 才能进行相应的 I/O 操作。 (3) 中断传送方式(重要且常用):中低速外设,要求在传送过程中 CPU 有较高的工作效率。 特点:
(1) 数据信息(8/16/32 位)外设和 CPU 真正要交换的信息
数字
二进制信息——数 ASCII 码表示的数或
三种
模拟量:字连符续变化的物理量
开关量:具有两种状态
(2) 状态信息:反映外设当前的工作状态,是外设通过接口往 CPU 传送的。
(3) 控制信息:由 CPU 发送给外设的,命令其处于某种工作方式或执行某种操作。
可屏蔽中断(INTR 中断):外设申请的中断。电平触发。受中断允许标志 IF 控制。IF = 1 (STI), 开中断,允许响应 INTR 中断;IF = 0 ( CLI ) ,关中断,禁止响应 INTR 中断。
(2) 软件中断(内部中断):不需要外部硬件支持,不受中断标志 IF 的影响,中断类型码或包含在 指令中,或预先规定。
a.普通屏蔽方式:特点:当执行某一级中断服务程序时,不允许同级或低级的中断源申请中断。 方法:用 OCW1 将 IMR 寄存器某一位或几位置 1,即可将相应的中断请求屏蔽掉。
b.特殊屏蔽方式:特点:CPU 正在处理某一级中断时,只可对本级中断进行屏蔽,允许级别比它 高的或比它低的中断源申请中断。方法:将 IMR 中某位置 1,屏蔽当前正在处理的本级中断;使中断 服务寄存器 ISR 相应位置 0,允许低级别的中断源申请中断。
1.3 输入/输出端口
1.I/O 端口定义:I/O 接口电路中能被 CPU 直接访问的寄存器或某些特定部件。
2.CPU 和外设进行数据传输时,各类信息在接口中进入不同的寄存器,每个端口有一个端口地址。
3.输入/输出端口的分类
(1) 数据端口:用于对来自 CPU 和内存的数据或者送往 CPU 和内存的数据起缓冲作用。
3.4 8259A 中断控制器
1.8259A 的工作方式: (1) 中断优先级管理方式 a.全嵌套方式(80X86 系统采用,最常用、最基本、默认):中断优先级固定。(优先级 0~7)允许
高级中断打断低级中断(中断嵌套),屏蔽同级和低级中断。 b.特殊全嵌套方式:与全嵌套方式基本相同,中断优先级固定。允许高级中断和同级中断打断现
求。
(1)寻址功能:对送来的片选信号进行识别。
(2)输入/输出功能:根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。
(3)数据转换功能:并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换。
(4)联络功能:就绪信号,忙信号等。
(5)中断管理功能:发出中断请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。并具有优先
(2) 状态端口:存放外部设备或者接口部件本身的状态。
(3) 控制端口:存放 CPU 发出的命令,以便控制接口和设备的动作。
4.CPU 对外设的输入/输出操作就归结为对接口芯片各端口的读/写操作。 5.输入/输出端口的编址方法
统一编址
独立编址
I/O 口地址与内存地址统一进行编址,共用 I/O 口地址与内存地址分开编址,内存地址空间和
CPU 响应中断的三个条件:中断请求触发器置“1”,中断屏蔽触发器处于“非屏蔽”状态,CPU 内部开中断(中断允许触发器 IF 为 1)
识别中断源的方法:软件查询法、向量中断法(8086 中断系统采用)。对多个中断源进行编 码(如 8086 中断源编码 0~255),以此编码作为中断源识别的标志。
(4) 中断处理:(中断源不同,中断服务的内容也不同)。a.保护现场 b.开中断(STI)c.中断服务 d. 关中断(CLI)e.恢复现场
除法错中断:类型码 0,CPU 执行除法指令时,除数为 0 或商溢出(超出规定范围,寄存器不 能存放)时产生。
溢出中断:类型码 4,执行 INTO 指令,且 OF=1 时产生。常放在带符号数加减指令后,可对溢 出及时告警。
断点中断:类型码 3,执行指令 INT 3 时产生。用于程序调试时设置断点。 单步中断:类型码 1,TF=1 时产生(当前指令需执行完)。用于调试程序,跟踪程序执行过程。 软件中断:由设置在程序中的 INT n 指令产生(n 类型码) 2.中断向量表(IVT): (1) 中断向量—— 中断服务程序的入口地址(段地址和偏移地址)。 (2) 每个中断处理程序都有一个唯一的中断向量。 (3) 系统最多允许有 256 个中断源(类型码 0-255)。 (4) 每个中断向量占用 4 字节,低字为段内偏移地址(IP),高字为段基址(CS)。 (5) 中断类型码与中断向量地址的关系:设某类中断的中断类型码为 n 中断向量在 IVT 中的存放地 址(向量地址)=4×n 中断向量地址指针=4*中断类型码 (计算) (6) 使用 DOS 调用建立中断向量表 a.取中断向量:AH=35H AL=中断类型号 ES:BX=入口地址 b.置中断向量:AH=25H AL=中断类型号 DS:DX=入口地址 3.中断响应过程: (1) 内部中断响应过程:(如何获取相应的中断类型码:专用中断:中断类型码是自动形成的。几 种类型码为:类型 0、1、3、4。对于 INT n 指令,其类型码为指令中给定的 n)。 (2) 外部中断的响应过程 a.非屏蔽中断响应:自动提供中断类型号 2,然后查找中断向量表指针,其后的处理与内部中 断一样。 b.可屏蔽中断响应:当 INTR 信号有效,如果 IF=1,则 CPU 执行完一条指令后,进入可屏蔽中 断响应周期。在中断响应周期中 CPU 从数据线中获取中断类型码。 4.各类中断的优先权(高-低):内部中断(除法错中断、溢出中断、断点中断、软件中断)、NMI 中断、 INTR 中断、单步中断。
点:每一端口都有唯一的地址,但结构较复杂。一般用在 I/O 空间较大的场合。 (2)线选法:系统的地址总线中只有少数几个地址线经过简单的逻辑或将其中的某个地址线直接作
为接口芯片的片选信号。 特点:一个端口有多个地址(地址重叠)。结构简单,但造成严重的地址 浪费和地址重叠,适用于 I/O 空间较小的场合。
(1) 能实现中断响应、中断服务和中断返回 (2) 能实现中断优先级排队 (3) 能实现中断嵌套 6.中断处理过程(简答): (1) 中断请求:中断源希望 CPU 对它服务时,就产生一个中断请求信号,送至 CPU 的中断请求输入 端(INTR 可屏蔽中断、NMI 不可屏蔽中断),通知 CPU,形成对 CPU 的中断请求。 (2) 中断优先级的判别(中断判优):根据各中断源工作性质的轻重缓急,安排一个响应各类中断的 先后次序(优先级排队)。CPU 先响应优先级高的中断请求,再响应优先级低的中断请求。若优先级 别相同,则按先来先服务的原则。 (3) 中断响应: CPU 在每条指令执行的最后一个时钟周期检测有无中断请求,若 CPU 接受中断请 求,就会中止当前程序的执行,转向中断服务程序执行。
I/O 指令功能简单,类型少
6.I/O 端口地址译码包括片选和字选两部分: 片选:由片外译码电路实现,用来确定接口芯片内部端口的具体地址范围。 字选:由芯片内部的地址译码电路实现,用来确定接口芯片内部端口的具体地址。
7.实现片选的方法: (1)全译码:地址总线的所有地址线均参与地址译码,其中一部分参与片选,另一部分参与字选。特
(5) 中断返回:恢复断点。
3.2 中断优先权
确定中断优先级的方法 (1) 软件排优:由硬件电路和软件查询程序配合起来才能实现优先级的排队。各中断源的优先权由
软件安排,与硬件关系不大。 (2) 硬件排优:用专门的硬件电路或中断控制器对各中断源的优先权进行安排。如菊花链电路、可
编程中断控制器 (如 8259A)
级管理功能。
(6)复位功能:接收复位信号,从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。
(7)可编程功能:用软件来决定其工作方式,用软件来设置有关的控制信号。
(8)错误检测功能:
传输错误:是由传输线路上的噪声干扰所致,可通过奇/偶校验进行检测;
覆盖错误:如果接口中已有一个数据,而 CPU 或外设还没来得及取走,此时又向接口中送来一
一个地址空间。
I/O 地址空间相对独立。
无需设置专门的 I/O 指令,访问存储器的所 有专门的 I/O 指令
有指令都适合 I/O 口。
输入指令 IN AL,80H 输出指令 OUT80H,AL
指令丰富 、灵活
内存地址空间不受 I/O 口编址的影响
用地址总线最高位作寻址标志 内存可用地址空间减少
用专门控制信号来区分 CPU 访问存储器还是 I/O 端口 (M/IO)
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