齊魯醫(yī)學計算機通信接口技術(shù)第1章

1、第一章 計算機通信接口概述第一節(jié) PC的總線結(jié)構(gòu)和I/O接口方框圖 CPU地址總線（AB）RAMI/O接口I/O設備ROM數(shù)據(jù)總線（DB）控制總線（CB）1.計算機系統(tǒng)的組成： 中央處理器（CPU）、存儲器、輸入輸出系統(tǒng)2.計算機系統(tǒng)的標準結(jié)構(gòu)：總線結(jié)構(gòu)3.計算機的三總線結(jié)構(gòu)：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線8255、8250、82518253、8259鍵盤、打印機顯示器、軟硬盤A/D、D/A等4.總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：（1）簡化了軟、硬件的設計（2）簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3）便于系統(tǒng)的擴展和更新5. I/O接口（1）定義：接口是CPU與“外部世界”的連接電路，負責“中轉(zhuǎn)”各種信息。（2）組成：總線連接邏輯、

2、I/O端口（3）總線連接邏輯包括：I/O端口尋址邏輯、信號（如讀、寫）轉(zhuǎn)換邏輯、緩沖邏輯（4）I/O端口信號類型：數(shù)據(jù)、輸入狀態(tài)、輸出控制（5）I/O端口方向：輸入端口、輸出端口、雙向端口CPU接口電路I/O設備數(shù)據(jù)DB控制信號CB狀態(tài)信號可能是單向的AB總線連接邏輯I/O端口常見接口插槽PS2鼠標PS2鍵盤千兆網(wǎng)10/100M網(wǎng)卡USB并行口MIDI/游戲接口顯示器接口13941394a麥克風/音箱/線入接口串行口1.輸入口：CPU 接口電路 外設（1）邏輯電路：DB07（數(shù)據(jù)總線）、PSn(由地址總線譯碼產(chǎn)生)、IOR（控制總線、相同的）（2）對輸入口電路的要求：執(zhí)行輸入指令時，才把數(shù)據(jù)送

3、到總線上，平時不能對總線有任何影響，所以通過三態(tài)門（三態(tài)緩沖器）接在總線上。（3）工作過程分析：A.說明電路連接情況B.不交換數(shù)據(jù)時，PS和IOR均為高電平，三態(tài)門呈高阻態(tài)，端口數(shù)據(jù)對總線無影響C.輸入數(shù)據(jù)時PS和IOR有效，三態(tài)門被使能，數(shù)據(jù)送到總線上第二節(jié) 輸入口和輸出口（與圖1-2-1一致）2.輸出口:CPU 接口電路 外設（1）對輸出口電路的要求：由于CPU向總線輸出數(shù)據(jù)的時間很短（少于1us），而外設需要數(shù)據(jù)的持續(xù)時間比較長，所以輸出口要有保持數(shù)據(jù)的功能，用鎖存器即可。（2）邏輯電路：DB07、PSn(由地址總線譯碼產(chǎn)生)、IOW（相同的）（3）工作過程分析：A.說明電路連接情況B.

4、執(zhí)行輸出指令時，PS和IOW由無效變?yōu)橛行?，在CLK引腳產(chǎn)生上升沿，總線數(shù)據(jù)被鎖存到鎖存器的輸出端1.概念： 時鐘周期、總線周期和指令周期 每兩個時鐘脈沖上升（下降）沿之間的時間間隔稱為T狀態(tài)，也稱為時鐘周期（Clock Cycle） TCPU與存儲器或輸入/輸出端口進行一次數(shù)據(jù)交換所花費的時間稱為一個總線周期（Bus Cycle） 對于8088CPU, 它的總線周期是其與存儲器或輸入/輸出端口存取一個字節(jié)所花費的時間。執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期（Instruction Cycle） 第三節(jié) I/O端口操作時序2.I/O端口讀周期時序（PC/XT機）（1）包含5個時鐘周期（2）指令：

5、IN（3）解釋工作過程3.I/O端口寫周期時序（PC/XT機）（1）包含5個時鐘周期（2）指令：OUT（3）解釋工作過程4.結(jié)論：接口設計必須滿足工作時序的要求。第四節(jié) I/O編址與訪問1. I/O端口相關概念（1）I/O端口 I/O端口是供CPU直接存取訪問的接口中的寄存器或電路。 接口中的命令口、狀態(tài)口和數(shù)據(jù)口均為I/O端口。（2）I/O端口地址 是對接口中的不同寄存器或電路的編號，該編號加上該接口的基地址稱為該端口的I/O端口地址。 CPU通過向命令端口發(fā)命令來對接口，最終對設備進行控制。訪問設備實際上是訪問相關的端口。（3）命令、接口與I/O端口關系 一個接口中有多個I/O端口； 一個

6、I/O端口可接受多種命令，對應多個寄存器。2. I/O端口編址(1)存儲器映象I/O編址( I/O統(tǒng)一編址) 一個I/O端口等同于一個存儲器單元。存儲單元和I/O端口統(tǒng)一編址。 優(yōu)點：對I/O端口的訪問命令與對存儲器單元訪問相同，不必使用專用I/O指令；外設數(shù)目或I/O寄存器數(shù)幾乎不受限制。系統(tǒng)讀寫控制邏輯較簡單。 缺點：I/O端口占用部分MEM空間，可用MEM空間減??；對MEM訪問指令較長，執(zhí)行速度較慢； I/O端口地址譯碼時間較長。MEM空間I/O空間N-1KK-10存儲類指令 應用：Motorola系列和Apple 系列均采用此方式(2)隔離I/O編址（I/O獨立編址） I/O端口地址空

7、間與存儲器地址空間相互獨立。 應用：Z-80系列和x86系列均采用此方式。 優(yōu)點：MEM地址空間不受I/O端口地址空間影響；I/O端口數(shù)量不多，占用地址線少，地址譯碼簡單，速度較快，使得此類指令執(zhí)行速度快；使用專用I/O命令(IN/OUT)，與MEM訪問命令(LOAD/STORE、MOV)有明顯區(qū)別,便于理解和檢查。MEMI/O設備N-10存儲類指令I/O類指令K-10 缺點： 專用I/O指令增加指令系統(tǒng)復雜性，且I/O指令類型少，尋址方式也少，程序設計靈活性較差； 要求處理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW兩組控制信號，增加了控制邏輯的復雜性。3. PC系列I/O端口訪問(2)I/O端

8、口地址尋址方式 I/O端口支持直接尋址和間接尋址方式。 直接尋址是使用一字節(jié)立即數(shù)尋址，端口尋址范圍為00HFFH共256個。間接尋址是使用DX寄存器間接給出I/O端口地址，可尋址的范圍是0000HFFFFH共64K個端口。(1)I/O端口地址空間 I/O端口地址空間：理論上有64K個獨立編址的8位端口空間。兩個連續(xù)8位端口可作為16位端口，4個連續(xù)的8位端口可作為32位端口處理。注意端口地址對齊。 I/O端口地址信號：借用地址線信號和IOW/IOR信號線以及表示DMA正在工作的AEN的反相信號組成。(4)I/O端口與存儲器間I/O指令塊I/O指令 格式：INSB/W/D、OUTSB/W/D。

9、 參數(shù)：用DX指定I/O端口地址，輸入/輸出時的目的/源RAM地址用ES:DI(EDI)/DS:SI(ESI)指定。EFLAG寄存器中DF位來決定地址加和減。 結(jié)果：通過前綴REP在I/O端口和連續(xù)的存儲器空間之間傳送數(shù)據(jù)。(3)I/O端口與累加器間I/O指令寄存器I/O指令 格式：IN、OUT。 結(jié)果：完成I/O端口和EAX、AX、AL之間的數(shù)據(jù)傳送，可使用直接尋址和間接尋址方式。 舉例：mov dx, 3fdhmov al, 36h in al, dxout 43h, al第五節(jié) 輸入輸出控制方式1. 程序控制I/O(1) 無條件傳送方式 特點：I時假設外設已準備好，O時假設外設空閑。 要

10、求：接口I時加緩沖器，O時加鎖存器。 應用：對簡單外設的操作。(2)條件傳送方式（查詢方式） 工作原理：CPU查詢外設已準備好后，才傳送數(shù)據(jù)。 特點：CPU與外設間自然同步。 要求：需要增加表示外部設備狀態(tài)的簡單硬件電路。 應用：適用在CPU不太忙且傳送速度要求不高時。2.中斷傳送方式 特點：CPU與外設可同時工作。 要求：接口中需要中斷控制邏輯支持。 應用：適用與非高速度大量數(shù)據(jù)傳送時。3. 直接存儲器存取(DMA)方式 特點：數(shù)據(jù)的傳送不經(jīng)過CPU而由DMA負責，但I/O設備管理由CPU控制，簡化CPU對I/O的控制。（見P9.圖1-5-4） 要求：需要DMA控制器及相關邏輯支持。 應用：適用與高速度大量數(shù)據(jù)傳送時。 (如：軟盤、硬盤數(shù)據(jù)傳輸)1.根據(jù)通信的方向，通信分為：（1）單工通信：單向通信（2）半雙工通信：交替雙向通信（3）全雙工通信：同時雙向通信2.根據(jù)能同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，通信分為：（1）并行通信（2）串行通信第七節(jié) （自學：了解）第六節(jié) 計算機通信的基本概念補充：匯編語言程序設計基礎6. 8086/8088微處理器 AH ALBH BLCH CLDH DLSPBPDISI通