《微型计算机原理及其接口技术》导学资料三（第五章-第六章）各位同学，现在我们开始第三阶段内容的学习，在这阶段的学习中，希望大家能认真学习课件中的相关内容，在理解的基础上，认真复习本阶段的练习题，学习中如有不明白或不理解的地方，可以到课程论坛里提问交流。一、本阶段学习内容概述微型计算机的存储器，详细熟悉半导存储器及其存储的设计方法、地址空间计算方法。输入/输出接口的基本概念、CPU 与外部设备的数据传送方式、中断传送方式及相关的技术，以总线引脚功能及总线时序的特点和规律为要点，增加了其系统性、概念性及可读性。二、重难点讲解（一）处理器与外设之间数据交换方式处理器与外设之间数据交换方式通常有 3 种：查询方式、中断方式和直接内存存取（DMA）方式。1．查询方式设备驱动程序通过设备的 I/O 端口空间，以及存储器空间完成数据的交换。例如，网卡一般将自己的内部寄存器映射为设备的 I/O 端口，而显示卡则利用大量的 存储器空间作为视频信息的存储空间。利用这些地址空间，驱动程序可以向外设发送指定的操作指令。通常来讲，由于外设的操作耗时较长，因此，当处理器实际执 行了操作指令之后，驱动程序可采用查询方式等待外设完成操作。2．中断方式查询方式白白浪费了大量的处理器时间，而中断方式才是多任务操作系统中最有效利用处理器的方式。当 CPU 进行主程序操作时，外设的数据已存入端口的数据输 入寄存器，或端口的数据输出寄存器已空，此时由外设通过接口电路向 CPU 发出中断请求信号。CPU 在满足一定条件下，暂停执行当前正在执行的主程序，转入执行相应能够进行输入/输出操作的子程序，待输入/输出操作执行完毕之后，CPU 再返回并继续执行原来被中断的主程序。这样，CPU 就避免了把大量时间耗 费在等待、查询外设状态的操作上，使其工作效率得以大大提高。 3．直接访问内存（DMA）方式利用中断，系统和设备之间可以通过设备驱动程序传送数据，但是，当传送的数据量很大时，因为中断处理上的延迟，利用中断方式的效率会大大降低。而直接内存 访问（DMA）可以解决这一问题。DMA 可允许设备和系统内存间在没有处理器参与的情况下传输大量数据。设备驱动程序在利用 DMA 之前，需要选择 DMA通 道并定义相关寄存器，以及数据的传输方向，即读取或写入，然后将设备设定为利用该 DMA 通道传输数据。 设备完成设置之后，可以立即利用该 DMA 道在设备 和系统的内存之间传输数据，传输完毕后产生中断以便通知驱动程序进行后续处理。在利用 DMA 进行数据传输的同时，处理器仍然可以继续执行指令。（二）DMA 控制方式当高速外设要与系统内存或者要在系统内存的不同区域之间，进行大量数据的快速传送时，查询方式和中断方式可能不能满足要求；直接存储器存取(DMA)就是为解决这个问题提出的；采用 DMA 方式，在一定时间段内，由 DMA 控制器取代 CPU，获得总线控制权，来实现内存与外设或者内存的不同区域之间大量数据的快速传送。 DMA 的传送工作过程：1）DMAC 发出 DMA 传送请求；2）DMAC 通过连接到 CPU 的 HOLD 信号向 CPU 提出 DMA 请求； 3）CPU 在完成当前总线操作后会立即对 DMA 请求做出响应，CPU 的响应包括两个方面： CPU 将控制总线、数据总线和地址总线浮空，即放弃对这些总线的控制权；CPU 将有效的 HLDA 信号加到 DMAC 上，以通知 DMAC CPU 已经放弃了总线的控制权；4）CPU 将总线浮空，即放弃了总线控制权后，由 DMAC 接管系统总线的控制权，并向外设送出 DMA的应答信号。 5） DMAC 送出地址信号和控制信号，实现外设与内存或内存之间大量数据的快速传送。 6） DMAC 将规定的数据字节传送完之后，通过向 CPU 发 HOLD 信号，撤消对 CPU 的 DMA 请求。CPU 收到此信号，一方面使 HLDA 无效，另一方面又重新开始控制总线，实现正常取指令、分析指令、执行指令的操作。（三）输入输出接口I/O（输入/输出）接口的基本功能是在系统总线和 I/O 设备之间传输信号，提供缓冲作用，以满足接口两边的时序要求。1） 寻址功能2） 输入输出功能3） 联络功能4） 速度匹配功能5） 数据格式转化功能6） 中断管理功能7） 可编程功能I/O 端口的编址方式有存储器统一编址方式和 I/O 端口独立编址方式两种。 三、本阶段综合练习【题型】简答题接口按功能可分为哪几类？举例说明？【答案】接口按功能可分为通用接口和专用接口两类。通用接口适用于大部分外设，如行式打印机、电传打字机和键盘等都可经通用接口与 CPU 相连。专用接口仅适用于某台外设或某种微处理器，用于增强 CPU 的功能。此外，在微机控制系统中专为某个被控制的对象而设计的接口，也是专用接口。【题型】简答题I/O 端口的编址方式有哪两种?【答案】与存储器统一编址方式和 I/O 端口独立编址方式。【题型】简答题外部设备为什么要通过接口电路和主机系统相连？【答案】因为外部设备种类繁多，输入信息可能是数字量、模拟量和开关量，而且输入速度、电平、功率与 CPU差距很大。所以通常要通过接口电路与主机系统相连。【题型】简答题存储器是计算机系统的记忆设备，它主要用来存储哪些东西？【答案】存储器用来存储地址、数据和程序。【题型】简答题子程序说明中必须包括的部分有？【答案】功能描述，所用存储器和存储单元，子程序的入口、出口参数。 【题型】简答题在外设与微处理器接口时，为什么要进行电平转换？【答案】一般 CPU 输入输出的信号都是 TTL 电平，而外设的信号就不一定是 TTL 电平，为此，在外设与 CPU 连接时，要进行电平转换，使 CPU 与外设的电压（或电源）相匹配。【题型】填空题Intel 公司推出的第一个实用的 32 位微处理器是_______________。【答案】80386;【题型】填空题8086CPU 内部的 4 个专用寄存器是 CS 、DS 和 SS 及_______________。【答案】ES;【题型】填空题80386 内部有_______________个寄存器（含保留的寄存器）。【答案】40;【题型】填空题8086 微处理器寻址 I/O 端口最多使用_______________条地址线。【答案】16; 【题型】填空题8086 能够直接访问的存储器地址空间是_______________MB。【答案】1;【题型】综合应用题说明 8086、8088CPU 中有哪些寄存器，各有哪些用途。【答案】1、数据寄存器，AX、BX、CX、DX，用来暂时存放计算过程中所遇到的操作数、结果和其他信息；2、指针及变址寄存器，SP、BP、SI、DI，可向寄存器一样在运算过程中存放操作数，只能以字为单位使用；3、段寄存器，CS、DS、SS、ES,专门存放段地址；4、控制寄存器，包括 IP 和 PSW 两个 16 位寄存器，IP 是指令指针寄存器，用来存放代码段中的偏移地址，PSW 为程序状态字寄存器，由条件码标志和控制标志构成。条件码标志用来记录程序运行结果的状态信息，包括 OF、SF、ZF、CF、AF、PF,控制标志位由 3 个寄存器DF、IF、TF 组成。