计算机输入输出系统与接口技术
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计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分,外部信息的不同,所采纳的接口方式也不同,一般可分为如下几种:人机通道及接口技术一般包括:键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括:A/D转换接口技术,V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括:F/V转换接口技术,D/A转换接口技术,光电隔离接口技术,开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括:公用RAM区接口技术,串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式:存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1.无条件传送2.查询式传送3.中断式传送4.8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握(2)8255A工作方式8255A有3种工作方式,端口A可以工作在方式0、方式1和方式2,端口B只能工作在方式0和方式1。
1)方式0:基本输入/输出方式。
2)方式1:选通输入/输出方式。
3)方式2:双向选通输入/输出方式。
(3)8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路,它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件,它的实现方法有多种,常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例:基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器,以ADC0809为核心,以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表(VDI)的设计框图。
应用此方案,能使汽车仪表系统具有显示直观、精确,使用便利牢靠等优点,代表了车用仪表的最新进展趋势。
第七章计算机输入/输出系统与接口技术7.1计算机的输入/输出系统一、输入/输出系统的基本组成二、接口电路Interface计算机的CPU和外部设备之间一般不是直接相连的,而是通过一定的接口来连接的。
主机和外设之间的适配电路称为接口电路,相应的程序称为接口程序。
为什么要使用接口:1、接口电路使得CPU可以管理多个外部设备;2、不同外设的工作方式不同,应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于CPU操作的相同工作方式;比如:电压不同,信号方式不同。
3、外部设备有些速度快,有些速度慢,接口电路可以实现设备与CPU之间的速度匹配;4、有些设备是串行传送数据的,而CPU是并行传送数据的,接口电路可以实现串-并行格式转换;5、CPU只能读写数字信息,通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出。
总线接口电路I/O设备接口:接口电路和接口程序三、CPU和输入/输出设备之间传输的信号1、数据信息:数字量、模拟量、开关量;2、状态信息:外设的工作状态;3、控制信息:7.2 微型计算机的常用外部设备1、输入设备:键盘、鼠标2、输出设备:显示器、打印机3、多媒体设备:声卡、图像卡7.3 总线技术Bus一、为什么要用总线?1、分散连接结构2、总线连接方式总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。
总线要求在任何一个时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
二、两种总线结构1、单总线结构:2、双总线结构三、总线分类1、片内总线:连接CPU内部个部件,寄存器,ALU等;2、系统总线:包括数据总线,地址总线,控制总线;3、通讯总线:USB,485总线,串行通信总线,并行通信总线。
四、总线标准:为了保证设备接口的通用性,为总线制定了许多国际标准,总线标准可以看作是系统与各模块之间,模块与模块之间的标准界面,界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面的接口功能要求,而无需了解其它接口的要求。
《计算机组成原理》教案一、教学目标1. 了解计算机硬件系统的组成及功能2. 掌握数据的表示和运算方法3. 理解存储器的层次结构和工作原理4. 掌握中央处理器(CPU)的工作原理和性能指标5. 了解计算机的输入输出系统及其接口技术二、教学内容1. 计算机硬件系统计算机的组成输入输出设备存储器中央处理器(CPU)2. 数据的表示和运算数制转换计算机中的数据类型算术运算逻辑运算3. 存储器层次结构随机存储器(RAM)只读存储器(ROM)硬盘存储器虚拟存储器4. 中央处理器(CPU)CPU的组成和结构指令集和指令系统指令执行过程CPU性能指标5. 输入输出系统输入输出设备I/O接口技术中断和直接内存访问(DMA)总线和接口三、教学方法1. 采用讲授法,讲解基本概念、原理和方法。
2. 结合实例分析,让学生更好地理解计算机组成原理。
3. 使用实验和实训,培养学生的实际操作能力。
4. 开展课堂讨论和小组合作,提高学生的分析和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材:《计算机组成原理》2. 课件:PowerPoint或其他教学软件3. 实验设备:计算机、内存条、硬盘等4. 网络资源:相关在线教程、视频、论文等五、教学评价1. 平时成绩:课堂表现、作业、实验报告等(30%)2. 期中考试:测试计算机组成原理的基本概念、原理和方法(30%)3. 期末考试:综合测试计算机组成原理的知识点和实际应用(40%)六、教学安排1. 课时:共计48课时,每课时45分钟。
第一章:8课时第二章:6课时第三章:10课时第四章:10课时第五章:4课时第六章:6课时第七章:6课时第八章:4课时第九章:4课时第十章:4课时2. 教学方式:讲授、实验、课堂讨论、小组合作等。
七、教学重点与难点1. 教学重点:计算机硬件系统的组成及功能数据的表示和运算方法存储器的层次结构和工作原理中央处理器(CPU)的工作原理和性能指标输入输出系统及其接口技术2. 教学难点:存储器的工作原理中央处理器(CPU)的指令执行过程输入输出系统的接口技术八、教学进度计划1. 第一周:计算机硬件系统概述2. 第二周:数据的表示和运算3. 第三周:存储器层次结构4. 第四周:中央处理器(CPU)5. 第五周:输入输出系统6. 第六周:综合练习与实验九、教学实践活动1. 实验:实验一:计算机硬件组成认识实验二:数据表示与运算实验三:存储器测试实验四:CPU性能测试实验五:输入输出系统实验2. 课堂讨论:讨论话题:计算机硬件技术的未来发展讨论形式:小组合作、课堂分享1. 课程结束后,对教学效果进行自我评估和反思。
《计算机系统结构》电子教案一、课程简介1.1 课程背景计算机系统结构是计算机科学与技术专业的一门核心课程,主要研究计算机系统中各个组成部分的结构、功能和工作原理,以及它们之间的相互关系。
通过学习本课程,使学生了解和掌握计算机硬件和软件的基本组成原理,提高分析和设计计算机系统的能力。
1.2 课程目标(1)了解计算机系统的发展历程和各个时期的特点;(2)掌握计算机系统的基本组成原理和各个组成部分的功能;(3)熟悉计算机系统的性能评价指标和性能优化方法;(4)培养学生的创新意识和实践能力,为后续相关课程的学习打下基础。
二、教学内容2.1 计算机系统概述(1)计算机系统的定义和发展历程;(2)计算机系统的层次结构;(3)计算机系统的主要性能指标。
2.2 计算机硬件系统(1)中央处理器(CPU)的结构和原理;(2)存储器的类型、层次结构和访问控制;(3)输入输出系统及其接口技术。
2.3 计算机软件系统(1)操作系统的基本概念和功能;(2)编程语言和编译器的作用;(3)计算机网络与互联网的基本原理。
三、教学方法3.1 讲授法通过课堂讲授,系统地传授计算机系统结构的基本概念、原理和方法。
3.2 案例分析法结合具体案例,使学生更好地理解和掌握计算机系统结构的实际应用。
3.3 实验与实践设置相应的实验内容,培养学生的动手能力和实际操作技能。
四、教学资源4.1 教材和参考书(1)《计算机系统结构》,作者:张洪建;(2)《计算机组成与设计:硬件/软件接口》,作者:David A. Patterson、John L. Hennessy。
4.2 网络资源(1)中国大学MOOC(慕课)平台相关课程;(2)学堂在线相关课程。
五、课程评价5.1 平时成绩包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等,占总评的40%。
5.2 考试成绩包括期末考试和课程设计,占总评的60%。
六、教学安排6.1 课时安排本课程共计32课时,包括16次理论课和8次实验课。
第七章计算机输入/输出系统与接口技术
7.1计算机的输入/输出系统
一、输入/输出系统的基本组成
二、接口电路Interface
计算机的CPU和外部设备之间一般不是直接相连的,而是通过一定的接口来连接的。
主机和外设之间的适配电路称为接口电路,相应的程序称为接口程序。
为什么要使用接口:
1、接口电路使得CPU可以管理多个外部设备;
2、不同外设的工作方式不同,应用不同的接口电路可以将不同的工作方式转换为有利于CPU
操作的相同工作方式;比如:电压不同,信号方式不同。
3、外部设备有些速度快,有些速度慢,接口电路可以实现设备与CPU之间的速度匹配;
4、有些设备是串行传送数据的,而CPU是并行传送数据的,接口电路可以实现串-并行格式转
换;
5、CPU只能读写数字信息,通过接口电路可以实现模拟信息的输入输出。
总线接口电路I/O设备
接口:接口电路和接口程序
三、CPU和输入/输出设备之间传输的信号
1、数据信息:数字量、模拟量、开关量;
2、状态信息:外设的工作状态;
3、控制信息:
7.2 微型计算机的常用外部设备
1、输入设备:键盘、鼠标
2、输出设备:显示器、打印机
3、多媒体设备:声卡、图像卡
7.3 总线技术Bus
一、为什么要用总线?
1、分散连接结构
2、总线连接方式
总线是连接多个部件的信息传输线,是各部件共享的传输介质。
总线要求在任何一个时刻,只允许有一个部件向总线发送信息,而多个部件可以同时从总线上接收相同的信息。
二、两种总线结构
1、单总线结构:
2、双总线结构
三、总线分类
1、片内总线:连接CPU内部个部件,寄存器,ALU等;
2、系统总线:包括数据总线,地址总线,控制总线;
3、通讯总线:USB,485总线,串行通信总线,并行通信总线。
四、总线标准:
为了保证设备接口的通用性,为总线制定了许多国际标准,总线标准可以看作是系统与各模块之间,模块与模块之间的标准界面,界面的任一方只需根据总线标准的要求完成自身一面的接口功能要求,而无需了解其它接口的要求。
ISA总线:PC机的早期总线标准,8~16位数据线,20位地址线;
PCI总线:32~64位的数据线,64位地址线;
VESA总线:显示卡专用;
AGP总线:显示卡专用;
PCMCIA总线:常用于移动设备,16位数据线。
26位地址线,支持‘即插即用’;
SCSI总线:小型机总线。
7.4 基本I/O端口Port
CPU与外设之间的数据传送是通过端口实现的,在一个接口电路中应有一个或几个端口,端口一般是由寄存器(或锁存器)实现的,每个端口有其单独的地址。
一、端口编址方式
I/O接口的编址有两种方式,独立编址和与存储器统一编址。
1、统一编址:I/O与存储器统一编址就是将I/O地址看作是存储器的一部分,所用的指令和
访问存储器的指令一样。
缺点是需要占用存储器的寻址空间,并且设备读写的速度不能太慢,MOVX A, @DPTR;
2、独立编址:I/O的地址和存储器的地址是分开的,不占用存储空间,缺点是需要有专门的
I/O读写指令。
二、8086的I/O指令
格式:
IN AL, P8 :8位地址
IN AX, P16 ;8位地址
IN AL, DX ;16位地址
IN AX, DX ;16位地址
OUT AL, P8 :8位地址
OUT AX, P16 ;8位地址
OUT AL, DX ;16位地址
OUT AX, DX ;16位地址
PC机的编址: 0000H~03FFH系统使用,0400H~FFFFH用户使用。
三、 基本I/O 接口电路及I/O 端口译码
四、 输入输出端口使用同一地址
输出设备
输入设备
7.5 中断技术
一、中断的概念
1、接口程序的两种方式
查询方式和中断方式。
查询方式的接口程序
I/O总线
状态口: sport1 sport2sport3
数据口: dport1 dport2dport3
ADDR1: IN AL, SPORT1
CMP AL, 0
JNE IAR1
IN AL, SPORT2
CMP AL, 0
JNE IAR2
IN AL, SPORT3
CMP AL, 0
JNE IAR3
JMP ADDR1
IAR1:
IN AL, DPORT1
…
JMP ADDR1
IAR2:
IN AL, DPORT2
…
JMP ADDR1
IAR3:
IN AL, DPORT3
…
JMP ADDR1
中断过程是一个由硬件触发计算机系统停止当前执行的程序而运行另一个处理程序的过程。
2、 中断的过程
3、 需要解决的问题
1) 如何判断有中断? 2) 如何响应中断?
3) 如何判断是哪个设备的中断? 4) 如何调用中断服务程序?
5) 多个中断同时发生时,如何处理?
二、 8086的中断系统
1、 中断引脚
○
1INTR ,○2NMI ,○3INTA 中断判断:在一条指令执行完之后,8086CPU 检测NMI 和INTR 是否为高电平,如为高电平,则表示有中断。
IF 标志:中断屏蔽标志, 当IF=1时,检测INTR ,IF=0时,不检测INTR NMI 不受影响。
中断响应:CPU 在INTA 上发出两个负脉冲。
2、 中断排队电路
中断源:每一个产生中断的接口电路称为一个中断源。
排队电路:当多个中断源同时提出请求时,必须对各中断源的请求进行排队,只接受级别最高的中断源的请求;
中断源1中断源2中断源3中断源4
INTP1INTP2INTP3INTP4
排队电路根据优先级的高低,每次输出一个INTP 。
3、 中断矢量
INTP1INTP2
INTPn
INTR
CPU 通过中断矢量可以知道是哪个中断源发出的中断。
中断源1中断源2
中断源8
...
4、 8086CPU 的中断过程
CPU 在当前指令执行完之后,检测是否有外部中断,有中断则响应中断,向
INTA 上发出两个负脉冲。
外设在第二个负脉冲的下降沿之后,将中断矢量发往数据总线。
中断矢量
CLK INTA AD7~AD0
5、 中断矢量表
CPU 根据中断矢量和中断矢量表查找中断服务程序入口,中断矢量表在内存的一个固定位置:00000H~003FFH ,每个中断占用4个字节,共256个中断。
中断0
0000:0000
中断1 0000:0004
中断2 0000:0008
6、中断执行过程
1)将标志寄存器入栈;
2)将IF和TF清0;
3)将下一条指令的CS和IP入栈;
4)利用中断矢量在中断矢量表中查找中断服务程序的入口地址,将段和偏移地址放入
CS:IP,执行中断服务程序。
三、中断服务程序
1、中断服务程序的流程
2、中断服务程序地址的设置
设置40H中断的服务程序入口地址。
DATA SEGMENT
OLD DD ?
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE, DS:DATA, ES:NOTHING
START:
MOV AX, DA TA
MOV DS, AX
MOV AX, 0
MOV ES, AX
CLI
MOV BX, 40H*4
MOV AX, ES:[BX]
MOV WORD PTR OLD, AX
MOV AX, ES:[BX+2]
MOV WORD PTR OLD[2], AX
LEA AX, NEW40
MOV ES:[BX], AX
MOV AX, CS
MOV ES:[BX+2], AX
STI
…
CLI
MOV BX, 40H*4
MOV AX, WORD PTR OLD
MOV ES:[BX], AX
MOV AX, WORD PTR OLD[2]
MOV ES:[BX+2], AX
STI
MOV AX, 4C00H
INT 21H
NEW40 PROC FAR
PUSH AX
…
STI
…
…
POP AX
IRET
NEW40 ENDP
CODE ENDS
END START
3、软中断
中断0~中断0FH:系统硬中断;
中断10H~中断1FH:为BIOS中断;
中断20H~中断2FH:为DOS中断;
中断30H~中断FFH:用户使用。