微型计算机接口技术及应用习题答案 华中科技大学出版社 刘乐善主编

习题一1.什么是接口？接口就是微处理器CPU与外部世界的连接部件，是CPU与外界进行信息交换的中转站。2.为什么要在CPU与外设之间设置接口？在CPU与外设之间设置接口主要有4个原因：（1）CPU与外设二者的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义和时序关系（2）CPU与外设的速度不匹配，CPU的速度快，外设的速度慢（3）若不通过接口，而由CPU直接对外设的操作实施控制，会使CPU处于穷于应付与外设打交道之中，大大降低CPU的效率（4）若外设直接由CPU控制，会使外设的硬件结构依赖于CPU，对外设本身的发展不利。3.微型计算机的接口一般应具备那些功能？微机的接口一般有如下的几个功能：（1）执行CPU命令的功能：CPU将对外设的控制命令发到接口电路中的命令寄存器（命令口）中，在经分析去控制外设（2）返回外设状态的功能：通过状态寄存器（状态口）完成，包括正常工作状态和故障状态（3）数据缓冲的功能：接口电路中的数据寄存器（数据口）对CPU于外设间传送的数据进行中转（4）设备寻址的功能：CPU某个时刻只能和一台外设交换数据，CPU发出的地址信号经过接口电路中的地址译码电路来选中I/O设备（5）信号转换的功能：当CPU与外设的信号功能定义、逻辑关系、电平高低及工作时序不兼容时接口电路要完成信号的转换功能（6）数据宽度与数据格式转换的功能：由于CPU处理的数据都是并行的，当外设采用串行传送方式时，接口电路就要完成串、并之间的转换，并进行数据格式的转换。4.接口技术在微机应用中起的作用？随着计算机技术的高速发展，计算机的应用越来越广泛。然而，在微机系统中，微处理器的强大功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之间的信息交换和通信又是靠接口来实现的，所以，接口技术成为了一门关键技术，它直接影响微机系统的功能和微机的推广应用。5.接口电路的硬件一般由哪几部分组成？接口电路的硬件一般由以下几部分组成：（1）基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄存器，是接口电路中的核心（2）端口地址译码电路：实现设备的选择功能（3）供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电路。6.接口电路的软件控制程序一般包括哪几部分？接口电路的软件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互渗透、融为一体的：（1）初始化程序段：对可编程接口芯片进行初始化编程（2）传送方式处理程序段：不同的传送方式（查询、中断、DMA方式）程序段不同（3）主控程序段：完成接口任务的程序段（4）程序终止与退出程序段：程序退出前对接口电路中硬件进行保护的程序段（5）辅助程序段：人－机对话、菜单等7.接口电路的结构有哪几种形式？接口电路的结构主要有四种：（1）固定式结构：不可编程的接口电路，结构简单、功能单一、固定（2）半固定式结构：由PAL或GAL器件构成的接口电路，功能和工作方式可以通过改写内部的逻辑表达式来改变，但逻辑表达式一旦烧入芯片，其功能和工作方式就固定下来了（3）可编程结构：其功能和工作方式可由编程指定，使用灵活、适应面广，且种类繁多（4）智能型结构：芯片本身就是一个微处理器，外设的全部管理都由智能接口完成，如I/O处理器I0809或通用单片机8.CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？它们各应用在什么场合？CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方式和DMA方式：（1）查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情况下。（2）中断方式：主要用于CPU的任务比较忙的情况下，尤其适合实时控制和紧急事件的处理（3）DMA方式（直接存储器存取方式）：主要用于高速外设进行大批量数据传送的场合。9.分析和设计接口电路的基本方法是什么？分析和设计接口电路通常采用两侧分析法和硬软件结合法相结合：（1）两侧分析法：CPU一侧，主要是了解CPU的类型、它提供的数据线的宽度、地址线的宽度、控制线的逻辑定义、时序关系的特点；外设一侧，主要是了解被连接外设的外部特性及被控外设的工作过程（2）硬软件结合法：硬件设计主要是合理选用外围接口芯片、有针对性地设计附加电路；软件设计可以采用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程，也可以采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程。10.外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何？你所知道的外围接口芯片有那些？略。你认为学习接口技术的难点在哪几个方面？应如何对付？略。习题二1什么是端口？端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。2I/O端口的编址方式有几种？各有何特点？I/O端口的编址方式有两种——统一编址方式（存储器映象方式）和独立编址方式（I/O映象方式、专用I/O指令方式）（1）统一编址方式：从整个寻址空间中划出一部分给I/O设备，其余的给存储器，通过地址码区分操作对象是存储器还是I/O，二者的地址码不重叠。这种方式的优点是①I/O端口的编址空间大，且易于扩展②I/O指令丰富、功能齐全；缺点是①存储器的地址空间减少，达不到系统最大的寻址空间②I/O指令比独立编址方式的专用I/O指令长，译码时间长，执行速度慢（2）独立编址方式：存储单元与I/O端口分别编址，地址码重叠，通过操作码区分操作对象是存储器还是I/O。这种方式的优点是①I/O端口不占存储器的编址空间，使存储器的容量可达系统的最大寻址能力②I/O指令短、执行速度快；指令清晰、可读性强；缺点是①I/O端口地址范围一旦确定，不易扩展②I/O指令种类有限，操作单一3设计I/O设备接口卡时，为防止地址冲突，选用I/O端口地址的原则是什么？为了避免端口地址发生冲突，在选择I/O端口地址时一般要遵循以下的原则：（3）凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用（4）原则上讲，未被占用的地址，用户可以使用，但对计算机厂家申明保留的地址，不要使用，否则会发生I/O端口地址重叠和冲突（5）一般，用户可使用300H～31FH地址，这是IBM－PC微机留作实验卡的，用户可以使用。为了避免与其他用户开发的插件板发生地址冲突，最好采用地址开关。4I/O端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么？I/O端口地址译码电路的作用就是把地址和控制信号进行逻辑组合，从而产生对接口芯片的选择信号。5在I/O端口地址译码电路中常常设置AEN＝0，这有何意义？AEN＝1，表示正在进行DMA操作，在I/O端口地址译码电路中，常常令AEN＝0时，译码输出才有效，这样做的目的是为了避免在DMA操作周期中，由DMA控制器对这些以非DMA方式传送的I/O端口执行DMA方式的传送。6若要求I/O端口地址为374H，则在图2.1（b）中的输入地址线要作哪些改动？为了使I/O端口的地址为374H，图2.1（b）中地址线A2、A8后的非门去掉，而在地址线A3、A7后面加上非门。即修改后地址线A0、A1、A3、A7后有非门，其余地址线后无非门。如图所示：7图2.2是PC机系统板的I/O端口地址译码电路，它有何特点？试根据图中地址线的分配，写出DMAC、INTR、T/C以及PPI的地址范围？在图2.2的译码电路中，不管芯片本身需要多少个端口地址，一律分配一个含有32个地址的地址范围。其中DMAC、INTR、T/C和PPI的地址范围分别是：&A9A8A7A21A3A1A0&11111AENIOR≥1Y…DMAC：00H～1FH；INTR：20H～3FH；T/C：40H～5FH；PPI：60H～7FH8在图2.4译码电路中，若要改变I/O端口地址，使其地址范围为300H～307H，则开关S0～S9应如何设置？由于AEN必须为0，所以S9一定是闭合的，若使译码输出地址范围为300H～307H，则有如下的分析：A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0001100000000……111S8S7S6S5S4S3S2S1S0开开合合开开开开开所以，S0～S9中S5、S6和S9是闭合的，其余的开关全部断开。9GAL器件有那些特点？采用GAL器件进行I/O地址译码有何优点？略。10采用GAL器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何？略。11.通常所说的I/O操作是指CPU直接对I/O设备进行操作，这话对吗？这话不对，I/O操作是指I/O端口操作，即访问与I/O设备相关的端口，而不是对I/O设备直接操作。12.在独立编址方式下，CPU采用什么指令来访问端口？独立编址方式下，采用专用的I/O指令——输入/输出指令（如PC系列微机中的IN、OUT）来访问端口。13.在I/O指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种？PC系列微机中，I/O指令对端口的寻址方式有两种：直接寻址和间接寻址（必须由DX间址）。直接寻址方式中，端口地址的宽度为8位，即地址范围是00H～FFH；间接寻址方式中，端口地址的宽度为16位，即地址范围是0000H～FFFFH。14.CPU从端口读数据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道？通常所说的CPU从端口读数据或向端口写数据，仅仅是指I/O端口与CPU的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器。由于累加器只能保存一个数据，所以在实际中通常是I/O与存储器交换数据。15.I/O端口地址译码电路一般有哪几种结构形式？I/O端口地址译码电路一般有两种结构形式：固定式端口地址译码——硬件电路不改动，译码输出的地址或地址范围不变可选式端口地址译码——电路中有若干个DIP开关，硬件电路不改动，只改变开关的状态，就可以使译码输出的地址或地址范围发生变化。16.I/O地址线用作端口寻址时，高位地址线和低位地址线各作何用途？如何决定低位地址线的根数？一般情况下，高位地址线与控制信号线进行逻辑组合，经译码电路产生I/O接口芯片的片选信号——实现片间选择；低位地址线不参与译码，直接与I/O接口芯片的地址线相连——实现I/O接口芯片的片内端口选择。低位地址线的根数由I/O接口芯片内部的端口数量决定，如果I/O接口芯片内部有2n个端口（其引脚上一定有n根地址线），那么，寻址端口时，低位地址线的根数就是n。CS17.可选式I/O端口地址译码电路一般由哪几部分组成？可选式I/O端口地址译码电路一般由地址开关（DIP开关）、译码器、比较器或异或门组成。18.采用GAL器件设计地址译码电路时，其核心是编写GAL器件输入源文件（即GAL设计说明书）。现利用GAL16V8设计一个扩展系统的地址译码电路，要求该系统的I/O端口地址范围分别为300H～31FH和340H～35FH；存储器地址范围为D0000H～EFFFFH。试编写GAL16V8的编程输入源文件。略。19.若将图2.3中DIP开关状态设置为：S2和S1合上（ON）；S3和S0断开（OFF），试指出74LS138输出端的地址范围，并与图中在DIP开关原来的状态下输出端所产生的地址范围进行比较，有何变化？如果S2和S1合上（ON）；S3和S0断开（OFF），有效时，各位地址线的状态如下：A9A8A7A6A5A4A3A210010101S3S2S1S0开合合开所以，这种开关状态下，的地址范围是254H～257H；而DIP开关在原来的开关状态下，的地址范围是314H～317H。这两个地址范围A9～A6的状态不同，因为A9～A6的状态是由开关的状态决定的；而二者的A5～A2是相同的，因为它们不受开关状态的影响。习题三1计数、定时与频率、声音以及音乐之间有什么关系？定时和计数的本质是相同的，当计数的基本脉冲是标准的时间单元时，计数就变成了定时。定时输出脉冲的周期的倒数就是频率。由定时输出的脉冲可以产生声音，脉冲的频率就决定了声音的频率。脉冲频率高，声音的音调高（听起来尖锐）；脉冲频率低，声音的音调低（听起来低沉）。而由频率不同、持续时间不同的声音就可以产生动听的音乐。2微机系统的定时有哪两类？何谓时序配合？微机系统中的定时分为内部定时和外部定时两类。内部定时是指计算机本身运行的时间基准或时序关系，是用户无法更改的。外部定时是指外部设备实现某种功能时，本身所需要的一种时序关系，需要用户