微机接口技术

微机接口技术是计算机科学中一个关键的领域，它涉及微处理器CPU与外部设备之间的通信和交互。接口是CPU与外部世界沟通的桥梁，充当着数据和控制信号的中转站。由于CPU与外设之间存在信号兼容性、速度匹配、效率优化以及硬件设计灵活性等问题，因此需要在两者之间设置接口电路。 接口电路通常由以下几个部分组成： 1. 基本逻辑电路：这是接口的核心，包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器，用于存储和处理CPU与外设之间的指令和数据。 2. 端口地址译码电路：该电路根据输入的地址信号来选择相应的接口设备，实现设备的选择功能。 3. 供选电路：这部分可以根据具体需求添加各种功能模块，以满足不同外设的控制需求。 接口电路的结构有多种类型： 1. 固定式结构：结构简单，功能固定，适用于简单应用。 2. 半固定式结构：使用PAL或GAL器件，可通过编程改变逻辑功能，但一旦设定就无法更改。 3. 可编程结构：允许通过编程灵活配置功能和工作模式，适应性广泛。 4. 智能型结构：包含微处理器的接口，能够自主处理外设的管理和控制。 CPU与接口之间的数据传送方式主要有三种： 1. 查询方式：适用于CPU不繁忙且数据传输速度较低的场景，例如无条件传送方式常用于简单的I/O设备控制。 2. 中断方式：适用于CPU忙碌且需要快速响应实时事件的情况。 3. DMA方式：直接存储器存取，适用于高速外设进行大量数据传输的场合。 端口是接口电路中可以直接被CPU访问的寄存器，用于数据和控制信号的交换。I/O端口的编址方式有两种： 1. 统一编址方式：I/O端口和存储器共用地址空间，通过地址码区分两者，优点是编址空间大，指令丰富，但会占用存储器地址空间，指令执行速度较慢。 2. 独立编址方式：存储器和I/O端口单独编址，通过操作码区分，优点是不占用存储器空间，指令执行速度快，但扩展性和指令功能相对有限。 I/O端口地址译码电路的作用是根据输入的地址信号产生接口芯片的选择信号。在DMA操作中，通常设置AEN=0以防止在DMA周期中对非DMA方式的I/O端口进行DMA传输。 在设计I/O端口地址时，需要考虑地址线的组合，例如要将I/O端口地址设置为374H，可能需要调整地址线A2、A8后的非门，并在A3、A7后面加上非门。 在独立编址方式下，CPU通过专用的输入/输出指令（如IN、OUT）来访问端口。I/O地址线在寻址时，高位地址线通常用于生成片选信号，低位地址线直接连接到接口芯片的地址线，用于具体端口的定位。低位地址线的根数取决于接口芯片的地址线数量和系统的实际需求。