接口与通信概述

计算机接口与通信接口与通信概述1.1计算机的接口1.2接口传送的信息及其传送方式1.3计算机的硬件接口1.4计算机的输入输出接口寻址1.5计算机的软件接口1.6网络接口1.7计算机通信1.8计算机总线计算机接口与通信计算机的接口从物理的角度看，接口是一种部件。从逻辑的角度看，接口是一种满足信息传输,实现信息交换的通道。接口部件使计算机和外部设备连接起来，以实现相互间高效、可靠的信息交换。接口部件本身提供的是信息交换的环境和条件。I/O接口指主机和外设的交接部分，位于系统总线和外设之间。接口外设系统总线计算机接口与通信接口基本作用1、向外部设备发送工作命令；2、向外部设备发送数据；3、获取外部设备送来的数据；4、接收外部设备送来的请求；5、检测外部设备的状态信息；计算机接口与通信接口应具有的功能1、信号转换功能2、提供信号转换的应答信号3、外部设备选择功能4、数据缓冲功能5、中断请求功能6、可编程功能计算机接口与通信数据缓冲功能接口电路中一般都设置有数据寄存器或锁存器数据口，以解决高速的主机与低速的外设之间的速度匹配问题，避免因主机与外设的速度不匹配而丢失数据。在微机系统的数据总线上，连接着许多能够向CPU发送数据的设备，如内存储器、外设的数据输入端口等。为了不使系统数据总线的信号传输发生“信息冲突”，要求所有的这些连接到系统数据总线的设备具有三态输出的功能。也就是说，在CPU选中该设备时，它能向系统数据总线发送数据信号，而在其它时刻，它的输出端必须呈高阻状态。为此，所有接口的输入端口必须通过三态缓冲器与系统数据总线相连。计算机接口与通信接口传送的信息及其传送方式1.2.1接口传送的信息1、控制信息2、状态信息3、数据信息CBABDBCPU数据端口状态端口I/O设备译码控制端口图1I/O接口的基本结构I/O接口计算机接口与通信接口传送的信息（1）控制信息一般是指计算机向外部设备发出的控制命令。CPU通过发送控制信息控制外设的工作。（2）状态信息反映了当前外设的工作状态，它是由外设通过接口送入CPU的。计算机和外部设备进行信息交换，必须相互之间进行状态交换。（3）数据信息是CPU和I/O设备交换的基本信息，通常为8位或16位。数据的类型一般有三种，即数字量数据、模拟量数据、开关量数据。计算机接口与通信接口传送的信息数字量数据用于表示计算机中一般传送的信息；模拟量数据一般是和外部设备的物理量对应的；开关量数据用于表示外部设备的开、停状态。计算机与外部设备之间进行数据信息的传送一般有并行传送、串行传送、并串行传送等。在串行传送中还有异步传送、同步传送两种方式。控制信息、状态信息以及数据信息在接口电路中分别采用不同的端口进行传送。在图中，数据信息包括一般数据及地址信息，其中数据信息是双向的，地址信息由CPU向外部设备单向传送。状态信息由外部设备向CPU单向传送；控制信息由CPU向外部设备单向传送。计算机接口与通信信息的传送方式计算机CPU和外部设备之间的信息传送方式是由程序控制的。这些传送方式有：无条件传送、查询传送、中断传送、DMA传送等4种方式。在实际中采用何种方式由外部设备的结构、工作速度、工作性质以及功能决定。计算机接口与通信无条件传送在进行输入时，CPU发出RD信号，I/O信号以及地址信号。地址信号用于选择对应的外部设备，I/O信号用于指明地址信号是属于外部设备的而不是存储器的，RD信号用于控制缓冲器由外部设备向CPU传送数据。在进行输出时，地址信号以及I/O信号的作用和输入时相同，只是WR信号用于控制锁存器接收来自CPU的数据，并把其锁存后传送给外部设备。缓冲器/锁存器外部设备CPU数据总线译码器地址与门I/OI/ORD/WR图3无条件传送方式计算机接口与通信有条件传送方式在数据输入时，计算机的CPU要查询外部设备的数据就绪信号EOT。若这个数据信号出现，则说明上次数据已经传送完毕并已把本次传送数据准备好，这时CPU可发送I/O信号、地址信号和RD信号，从而对外部设备的就绪数据进行读入。缓冲器外部设备CPU数据总线译码器地址与门I/O图4有条件传送方式的输入控制RDCE数据就绪信号EOT计算机接口与通信在数据输出时，计算机首先要查询外部设备是否处于可以接收数据状态，这时计算机CPU要对外部设备的数据接收结束信号EOR进行判别。若EOR信号为真，则外部设备已把锁存器原有的数据接收完毕，可以接收新的数据，故CPU可发送I/O信号、地址信号和WR信号，把新的输出数据送入到锁存器；若外部设备没有发送EOR信号，则说明锁存器中原有的数据尚未被外部设备接收，故CPU不能把数据送往外部设备。锁存器外部设备CPU数据总线译码器地址与门I/O图5有条件传送方式的输出控制WRCE数据接收结束信号EOR计算机接口与通信有条件传送的优点能较好地协调外设与CPU之间的定时关系；缺点是：CPU需要不断查询标志位的状态，这将占用CPU较多的时间，尤其是与中速或慢速的外部设备交换信息时，CPU真正花费在传送数据上的时间极少，绝大部分时间都消耗在查询上。为克服这一缺点，可以采用中断控制方式。计算机接口与通信中断传送方式实现方法：1、当外设准备好，向CPU发中断请求；2、CPU在满足中断响应的条件下，发出中断响应信号；3、CPU暂停当前的程序，转去执行中断服务程序，完成与外设的数据传送；4、CPU从中断程序返回，继续执行被中断的程序。计算机接口与通信中断传送方式的特点1、CPU和外设大部分时间处于并行工作状态；2、中断传送方式提高了CPU的效率；3、不适合大量高速、频繁的数据交换中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向CPU提出的CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚。计算机接口与通信DMA传送方式DMA方式是计算机的存储器直接和外部设备进行数据交换，而不需要通过CPU进行的数据传送方式。它是一种由硬件代替软件的方法，因而提高了数据传送的速度，缩短了数据传送的响应时间。此时控制数据传送不需要CPU介入，即不利用CPU内部寄存器。DMA传送方式的特点：1、外设和内存之间直接进行数据传送，不通过CPU传输效率高；2、电路结构复杂，硬件开销大；计算机接口与通信DMA传送方式DMA传送方式时，CPU处于等待状态，并释放控制总线、数据总线和地址总线，把这3种总线交由DAM控制器使用，DMA控制器直接把存储器和外部设备通过3种总线连接起来，在DMA控制器的控制之下，计算机存储器中有关地址中的数据和外部设备对应地址中的数据相交换。计算机接口与通信DMA的工作过程(1)当外设准备好，可以进行DMA传送时，外设向DMA控制器发出DMA传送请求信号(DRQ)。(2)DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD，申请占用总线。(3)CPU在完成当前总线周期后会立即对HOLD信号进行响应。响应包括两个方面，一是CPU将数据总线、地址总线和相应的控制信号线均置为高阻态，由此放弃对总线的控制权。另一方面，CPU向DMA控制器发出“总线响应”信号(HLDA)。(4)DMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK。计算机接口与通信(5)DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送。(6)DMA控制器自动修改地址和字节计数器，并据此判断是否需要重复传送操作。规定的数据传送完后，DMA控制器就撤消发往CPU的HOLD信号。CPU检测到HOLD失效后，紧接着撤消HLDA信号，并在下一时钟周期重新开始控制总线时，继续执行原来的程序。计算机接口与通信计算机的硬件接口系统内部部件接口芯片串并行数据传送接口芯片外部设备接口芯片＊8254可编程计数/定时器＊8259A中断控制＊8237ADMA控制＊8255A并行I/O口＊8251同步/异步通讯接口＊8279键盘、显示器接口＊ADC0809A/D转换＊DAC0832D/A转换＊8275CRT控制＊82077AA软盘控制计算机接口与通信计算机的输入输出接口寻址输入输出寻址方式1.存储器I/O区寻址在计算机存储器中专门划出一个存储器区分配给各种I/O设备，一个外部设备在储存区占有一个或多个存储单元。计算机和外部设备进行信息交换，就相当于对I/O存储区执行读出或写入。外部设备占用了内存的有关存储单元，数据存放的内存容量空间减少了；无法把访问数据存储单元和进行I/O两者并行执行计算机接口与通信I/O端口与内存单元统一编址存储器I/O端口00000HXXXXXHFFFFFH整个地址空间(XXXXX+1)HI/O端口存储器空间I/O端口空间计算机接口与通信独立端口I/O寻址指计算机对I/O设备进行寻址时和存储器无关。计算机有专门的I/O指令。在指令中，不同的I/O地址分配给不同的外部设备，计算机和外部设备进行信息交换则只需和不同的I/O地址执行读写即可。采用独立端口I/O指令寻址有利于计算机实现内存数据访问和I/O并行操作，提高计算机的使用效率。计算机接口与通信I/O端口与内存单元独立编址00000HFFFFFH存储器I/OFFFFH0000H计算机接口与通信输入输出地址译码外部设备必须占用某个特定的I/O地址，计算机系统才能通过该特定的I/O地址和特定的外部设备进行信息交换。由于每个外部设备都占用特定的地址，这就需要对计算机系统给出的I/O地址译码，才能对对应的外部设备进行寻址。常见的译码形式有：固定地址译码、手动设置译码、软件编程译码计算机接口与通信与门（ANDGate）Ｙ＝ＡＢABY000110110001逻辑符号逻辑表达式&ABY计算机接口与通信或门（ORGate）Y=A+BABY000110110111逻辑符号逻辑表达式YAB≥1计算机接口与通信非门（NOTGate）YA1逻辑符号逻辑表达式Y=AAY0110计算机接口与通信与非门（1）与非运算：逻辑表达式为：ABYABY000110111110真值表YAB与非门的逻辑符号L=A+B&计算机接口与通信或非门（2）或非运算：逻辑表达式为：BAYABY000110111000真值表YAB或非门的逻辑符号L=A+B≥1计算机接口与通信常用的74LS系列集成电路的型号及功能型号逻辑功能型号逻辑功能74LS002输入端四与非门74LS273输入端三或非门74LS04六反相器74LS204输入端双与非门74LS082输入端四与门74LS214输入端双与门74LS103输入端三与非门74LS308输入端与非门74LS113输入端三与门74LS322输入端四或门计算机接口与通信74系列芯片的管脚编号方法74系列门电路芯片外形如上图所示，管脚编号方法：管脚向下半月形缺口向左，从下排自左向右顺序编号，上排自右向左顺序编号。计算机接口与通信74LS00、74LS20内部电路和管脚排列1211109814133456712&&VCC2D3C2BNC2A2Y1B1ANC1D1C1YGND(b)74LS20&&11109814133456712&&VCC4B4A4Y3B3A3Y1B1A1Y2B2A2YGND(a)74LS0012计算机接口与通信固定地址译码固定地址译码是指外部设备的对应I/O地址为一个固定不变的地址时的译码形式。在I/O接口芯片中，没有专门的片选信号，只要根据外部设备的特定地址，产生该外部设备接口芯片的片选信号，从而选中其接口芯片，就完成了正确的I/O地址译码。计算机接口与通信AEN74LS04A10A9A6A7A8A4A5A374LS3074LS13974LS04A1123A1A0S17654Y0Y1Y2Y3异步通信接口COM1软磁盘接口0011111111101“–”表示低电平有效计算机接口与通信2-4线译码器74LS139输入控制端输出&&&&1Y0Y2Y3YA1A0SA1A01XX11110000111001101101011010111110S0Y1Y2Y3Y74LS139的功能表“–”表示低电平有效