第1章 微机系统与接口技术概述

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第1章 微机系统与接口技术概述 章1.1 微型计算机系统结构 1.2 微机接口技术概述 1.3 微机系统的 通道与总线概述 微机系统的I/O通道与总线概述

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本章学习目标微机计算机系统组成结构 微机系统中接口电路的组成与作用 微机系统I/O通道与总线的类型和功能 微机系统 通道与总线的类型和功能 了解现代微型计算机系统的基本组成

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1.1 微型计算机系统结构1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 微型计算机系统结构 中央处理器 存储器 I/O设备及其接口电路 设备及其接口电路 总线

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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 央处理器(CPU或MPU)、存储器、I/O 或 )、存储器、 输入/输出 输出) (输入 输出)设备及其接口电路组成 如图1.1所示 所示)。 (如图 所示)。

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数据总线(DB) 中央 处理器 控制部线(CB) CPU 地址总线(AB) I/O 接口 I/O 接口

内存储器

I/O 设备

I/O 设备

图1.1 微机系统结构示意图返回本节

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1.1.2 中央处理器中央处理器( 中央处理器(机)简称CPU,是用 简称 ， 来实现运算和控制功能的部件。 来实现运算和控制功能的部件。由运算 控制器和寄存器三部分组成。 器、控制器和寄存器三部分组成。CPU 通过数据总线、 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。在PC系列微机 其他部件之间进行联系。 系列微机 中所使用的CPU主要有 主要有Intel系列、AMD 系列、 中所使用的 主要有 系列 系列、 系列 系列、CY系列 。

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1.1.3 存储器存储器是指微型计算机的内存储器。 存储器是指微型计算机的内存储器。 有随机存储器( 有随机存储器(RAM)和只读存储器 ) (ROM)。 ROM中的信息一般只能读不 )。 中的信息一般只能读不 能写，其容量一般为几KB到几 到几MB。如 能写，其容量一般为几 到几 。 BIOS。而RAM则既可以读出信息，又可 则既可以读出信息， 。 则既可以读出信息 以写入信息。 以写入信息。通常作为微机系统的主存储 其容量从早期的几十KB到现在的高达 器，其容量从早期的几十 到现在的高达 几GB。 。

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I/O设备及其接口电路 1.1.4 I/O设备及其接口电路I/O设备的种类很多，有电子式、电 设备的种类很多，有电子式、 设备的种类很多 磁式、机械式等， 接口电路的种类

最 磁式、机械式等，I/O接口电路的种类最 基本的接口电路有8255可编程并行接口 基本的接口电路有 可编程并行接口 电路、 可编程定时/计数器 电路、8253可编程定时 计数器、8251 可编程定时 计数器、 可编程串行接口电路、 可编程串行接口电路、8237直接存储器 直接存储器 存取电路( )、82380多功能接口 存取电路(DMA)、 )、 多功能接口 电路以及现代微型计算机系统中的系统 控制逻辑芯片等。 控制逻辑芯片等。

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1.1.5 总线总线按其传输的信号分为 ： 1. 数据总线 . 数据总线DB( Data Bus) 数据总线用于 ( ) CPU与其他部件之间传送信息，具有三态控 制功能，且是双向的。 2.地址总线 (Address Bus)地址总线用 .地址总线AB( ) 于传送CPU要访问的存储单元或I/O接口的地 址信号。 3.控制总线 (Control Bus)控制总线是 .控制总线CB( ) 连接CPU的控制部件和内存、I/O设备等，用 来控制内存和I/O设备的全部工作。

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总线又分为： (1)内部总线：由CPU送出的地址、数据、 )内部总线： 控制信号称为内部总线。 (2)系统总线：由于负载和控制的需要，内 )系统总线： 部总线信号通过总线驱动器、地址锁存器或数 据缓冲器以及总线控制器后，所形成的新的信 号线称为系统总线。 (3)外部总线：是微机系统相互之间或微机 )外部总线： 系统与其他电子系统之间实现通讯连接的总线。

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1.2 微机接口技术概述1.2.1 I/O接口概述 接口概述 1.2.2 微机系统的 接口配置及 微机系统的I/O接口配置及 I/O端口布局 端口布局

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I/O接口概述 1.2.1 I/O接口概述介于主机和外设之间的一种缓冲电路称 接口电路(1.2 、1.3所示)。 为I/O接口电路 接口电路 。 1.I/O接口的功能及其组成 . 接口的功能及其组成 (1)速度的不匹配。 (2)信息格式的不匹配。 (3)信息类型与信号电平的不匹配。 (4)时序的不匹配。

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微处 理机

接口 电路

外部 设备

图1.2 微处理机通过接口与外设交换信息

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数 据 总 线

控 制 总 线

地 址 总 线 数据输入寄存器 外 部 数据输出寄存器 输 数据线 入 控制寄存器 或 输 状态寄存器 出 状态线 设 地址择码器 备 数据线

DB

CB

AB 图 1.3

接口模块 外部设备通过接口与系统的连接

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2.I/O接口的端口及其寻址方式 . 接口的端口及其寻址方式

一个I/O端口总要包括若干个端口，如

数 据端口、命令端口、状态端口、方式端口、 操作结果端口、地址索引端口等。 I/O端口也必须进行编址以便能被主机访 问。在微机系统中，对I/O接口的端口编址有 两种方法：端口统一编址和端口独立编址。

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3.I/O端口地址的译码 . 端口地址的译码如图1.4所示为IBM-PC系统板I/O地址译码电 路。 (1)固定式端口地址译码 )固定式端口地址译码：所谓固定式端口 地址译码是指接口中用到的端口地址不能更 改。 (2)可选式地址译码：可选式地址译码常用 )可选式地址译码： 的是开关式可选端口地址译码。如图1.5所示 为使用跳线开关选择I/O端口译码地址。

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系统板I/O地址译码电路 图1.4 IBM-PC系统板 地址译码电路 系统板

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74LS04 AEN A3 A4 A5 A6 A7 A9 A8 U3 & 8250 片选信号 74LS30 U3

1

1

2 跳线 4 开关 6 8

U15

U2

使用跳线开关选择I/O口译码地址 图1.5 使用跳线开关选择 口译码地址

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4.数据传输的控制方式 .(1)程序查询方式：由CPU主动通过I/O指令 )程序查询方式： 询问指定设备的当前状态。程序查询方式流程 图如图1.6所示。 (2)中断处理方式：由I/O设备主动提出服务 )中断处理方式： 请求(即中断申请)。 控制方式： ( 3) DMA控制方式 ： DMA即直接存储器存 ) 控制方式 取。可以满足高速I/O设备与RAM进行数据传 送的需要(如图1.7所示)。

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程序查询开始

读输入状态寄存器 N 准备就绪？ Y 对接口进行控制 与接口交换数据 Y 超时？ Y 置超时错标志 置正常标志值 Y N

返回状态结束

图1.6 程序查询方式流程图

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外设通过 DMAC 向 CPU 提出 DMA 申请

CPU 响应 DMA 请求交出总线控制权

从端口地址中读取数据 修改地址指针 将数据写到目标口

数据传送结束否？ N

DMA 结束

典型的DMA传送流程图 图1.7 典型的 传送流程图返回本节

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