微型计算机接口技术

绪论

接口技术基本概念

接口技术：对接口硬件和软件的综合设计称为接口技术。
接口：两个部件或者两个系统之间的交接部分。
硬件接口：两个部件或两个设备之间的逻辑电路。
软件接口：两个软件之间为交换信息而约定的逻辑边界。
软硬件之间的接口：连接软件和硬件的，通常是固化的一段程序。
接口的作用：

• 信号转换：将外部的（机械、光）信号转化为电信号
• 模拟信号转换数字信号
• 同步：外部设备的速度多数都低于CPU的速度，个别的可能也高于CPU的速度，需要接口来保证二者的数据的正确传输。

接口的编址方式

• I/O逻辑编址：即I/O端口地址和存储器地址空间是互相独立的
• 存储器映像编址：即I/O端口地址和存储器地址空间统一编址

接口的功能

• 地址译码和设备选择逻辑分配
• 数据缓冲和锁存：输入时缓冲，输出时锁存
• 设置保存控制命令和译码
• 检测，保存外部命令和译码
• 信号转换
• 中断控制逻辑

CPU和外设数据传送的方式

• 无条件传送方式
• 查询方式
• 中断方式
• DMA方式

接口的分类

• 按传送分类：并行接口和串行接口
• 按使用灵活性分类：不可编程接口和可编程接口
• 按通用性分类：通用接口和专用接口
• 按输入输出信号分类：数字接口和模拟接口

微型计算机的内部接口

80386的内部结构

• 1，总线接口技术（BIU）：总线请求判优电路，数据和地址驱动，控制信号驱动和协处理器控制。
• 2，指令预取部件（IPU）：16字节的指令队列
• 3，指令译码部件（IDU）：指令译码器和指令队列。
• 4，执行部件（EU）：译码器，定序器以及ALU等等

80386-体系结构

• 采用流水线和指令重叠执行技术：将每条指令分解成多步，并且不同指令的各步重叠操作，以实现几条指令的并行操作，加速程序的执行速度。
• 存储体管理分段分页保护技术
• 片内存储管理技术
• 虚拟存储器技术
• 支持微机环境下的多用户多任务操作系统

三种工作方式

• 实地址:在上电或者复位时进入实地址方式。
• 保护方式
• 虚拟8086方式

80386的流水线

• 指令流水线： BIU,IPU,IDU,EU
• 地址流水线：SU，PU和BIU。

80386的两级存储管理

• 分段管理：三种描述符表：GDT，LDT，IDT前俩个给出段基址，后一个给出中断服务子程序入口。
• 分页管理

总线

总线的基本概念

• 模块化结构设计方法，简化系统设计
• 各厂商的产品互相兼容
• 便于系统扩充和升级
• 便于故障诊断和维修
  总线：支持各部件之间传输信息的通路叫做总线
  分类：片内总线，内部总线，系统总线，外部总线
• 内部总线：微机内部各个外围芯片和处理器之间的总线，用于芯片一级的互联；
• 系统总线：微机内各个插件板和系统板之间的总线，用于插件板一级的互联
• 外部总线：微机和外部设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息和数据交换，用于设备一级的互联。

总线的一些概念

总线的组成

• 数据总线DB
• 地址总线AB
• 控制总线CB （电源和地线）

总线的规范

• 机械规范：模板尺寸，总线插头
• 功能规范：引脚信号的名称和功能，相互作用的协议
• 电气规范：信号工作的高低电平，动态转换时间，负载能力及最大额定值

总线的性能指标

• 定时协议：同步，异步，半同步
• 总线频宽：总线本身所能达到的最高数据传输速率
• 总线传输率：系统在一定方式下总线所能达到的数据传输速率
• 单位时间内所产生的脉冲个数称为频率
• CPU的主频，即CPU内核工作的时钟频率，时钟周期的倒数
• 指令周期：取指周期和执行周期
  PC总线：8位DB，20位AB，62Pin，
  ISA总线：16DB，24AB，98Pin
  EISA总线：32DB，32AB，188Pin
  这里有局部总线，速度更快介于CPU和ISA之间。

PCI总线 （目前普遍用PCI-E即PCI扩展版）

• 支持一种现行突发数据传输模式，即由一个地址顺序读写大量的数据。
• 总线主控，任何一个有处理能力的外舍都可暂时接管总线
• 同步操作功能，确保CPU和总线同步操作
• PCI芯片将大量系统功能高度集成，而且AB和DB多路复用
• PCI总线和CPU时钟频率无关，以其独特的中间缓冲器，独立于CPU，不必担心外设在不同时钟频率下引起的性能冲突。

USB总线概念

• 主计算机和多个可同时访问外部设备直接进行数据交换的总线
• 所链接的外部设备通过主机调度和令牌协议的方式共享USB的带宽
• 允许外部设备在其他外部设备的运行的情况下链接和配置，应用或者断开

串行通信及接口

串行通信的基本概念

数据通信 = 数据传输 + 数据处理

• 数字信号的并行传输和串行传输
• 全双工和半双工

串行通信的同步方式

• 字符同步方式：以字符为单位进行传输，在发送每个字符之前发送一个同步参考信号。
• 位同步方式:发送端对每位数据位都带有同步信息。可以在发送数据的同时发送同步的时钟脉冲，也可以通过编码将数据和时钟一起发送。
• 发送时钟：发送端需要用时钟决定每一位对应的时间长度，叫做发送时钟。
• 接收时钟：接收端需要用时钟决定每一位对应的时间长度，叫接受时钟。
• 波特率：每秒钟通过信道的码元数目。
• 比特率：每秒钟传输的数据位数。
  异步通信：即两个字符间的传输间隔是任意的，所以每个字符的前后都需要用一些数据位来做分隔位；接受方和发送方时钟频率不必完全一样，不超过一定允许范围即可。
  同步通信：将许多字符组成一个信息组，这样字符可以一个接一个传输，但是在每组信息的开始需要加上同步符，在没有信息要传输时，要添加上空字符，因为同步方式不允许有间隙。
• 同步传输信息有效率更高
• 但是同步方式需要传输时钟信号

并行接口

这节出的题主要应该是给定什么工作方式，然后8255A的接口地址，写汇编代码传送。主要还是看书上的控制字等等代表的含义。

并行接口和并行通信

并行通信 - 适用于距离短，通信速度要求高的

• 直接传送
• 查询方式
• 中断方式
• MDA方式

并行接口

• 数据锁存
• 数据缓冲