微型计算机原理与接口技术第六章课后答案pdf

第六章1.CPU与外设交换数据时，为什么要通过I/O接口进行？I/O接口电路有哪些主要功能？答：CPU和外设之间的信息交换存在以下一些问题：速度不匹配；信号电平不匹配；信号格式不匹配；时序不匹配。I/O接口电路是专门为解决CPU与外设之间的不匹配、不能协调工作而设置的，处于总线和外设之间，一般应具有以下基本功能：⑴设置数据缓冲以解决两者速度差异所带来的不协调问题；⑵设置信号电平转换电路，来实现电平转换。⑶设置信息转换逻辑，如模拟量必须经A/D变换成数字量后，才能送到计算机去处理，而计算机送出的数字信号也必须经D/A变成模拟信号后，才能驱动某些外设工作。⑷设置时序控制电路；⑸提供地址译码电路。2.在微机系统中，缓冲器和锁存器各起什么作用？答：缓冲器多用在总线上，可提高总线驱动能力、隔离前后级起到缓冲作用，缓冲器多半有三态输出功能。锁存器具有暂存数据的能力，能在数据传输过程中将数据锁住，然后在此后的任何时刻，在输出控制信号的作用下将数据传送出去。3.什么叫I/O端口？一般的接口电路中可以设置哪些端口？计算机对I/O端口编址时采用哪两种方法？在8086/8088CPU中一般采用哪些编址方法？答：在CPU与外设通信时，传送的信息主要包括数据信息、状态信息和控制信息。在接口电路中，这些信息分别进入不同的寄存器，通常将这些寄存器和它们的控制逻辑统称为I/O端口。一般的接口电路中可以设置数据端口、状态端口和命令端口。计算机对I/O端口编址时采用两种方法：存储器映像寻址方式、I/O单独编址方式。在8086/8088CPU中一般采用I/O单独编址方式。4.CPU与外设间传送数据主要有哪几种方式？答：CPU与外设间的数据传送方式主要有：程序控制方式、中断方式、DMA方式。程序控制传送方式：CPU与外设之间的数据传送是在程序控制下完成的。⑴无条件传送方式：也称为同步传送方式，主要用于对简单外设进行操作，或者外设的定时是固定的或已知的场合。⑵条件传送：也称为查询式传送方式，在开始传送前，必须先查询外设已处于准备传送数据的状态，才能进行传送。采用中断方式：CPU平时可以执行主程序，只有当输入设备将数据准备好了，或者输出端口的数据缓冲器已空时，才向CPU发中断请求。CPU响应中断后，暂停执行当前的程序，转去执行管理外设的中断服务程序。在中断服务程序中，用输入或输出指令在CPU和外设之间进行一次数据交换。等输入或输出操作完成之后，CPU又回去执行原来的程序。DMA方式：也要利用系统的数据总线、地址总线和控制总线来传送数据。原先，这些总线是由CPU管理的，但当外设需要利用DMA方式进行数据传送时，接口电路可以向CPU提出请求，要求CPU让出对总线的控制权，用DMA控制器来取代CPU，临时接管总线，控制外设和存储器之间直接进行高速的数据传送。这种控制器能给出访问内存所需要的地址信息，并能自动修改地址指针，也能设定和修改传送的字节数，还能向存储器和外设发出相应的读/写控制信号。在DMA传送结束后，它能释放总线，把对总线的控制权又交还给CPU。5.说明查询式输入和输出接口电路的工作原理。答：查询式传送方式也称为条件传送方式。一般情况下，当CPU用输入或输出指令与外设交换数据时，很难保证输入设备总是准备好了数据，或者输出设备已经处在可以接收数据的状态。为此，在开始传送前，必须先确认外设已处于准备传送数据的状态，才能进行传送，于是就提出了查询式传送方式。查询式传送方式的工作过程：在传送数据前，CPU要先执行一条输入指令，从外设的状态口读取它的当前状态。如果外设未准备好数据或处于忙碌状态，则程序要转回去反复执行读状态指令，不断检测外设状态；如果该外设的输入数据已经准备好，CPU便可执行输入指令，从外设读入数据。查询式输入方式的接口电路如下：查询式输入方式的工作过程：当输入设备准备好数据后，就向I/O接口电路发一个选通信号。此信号有两个作用：一方面将外设的数据打入接口的数据锁存器中，另一方面使接口中的D触发器的Q端置l。CPU首先执行IN指令读取状态口的信息，这时IOM/和RD信号均变低，IOM/为低，使I/O译码器输出低电平的状态口片选信号1CS。1CS和RD经门1相与后的低电乎输出，使三态缓冲器开启，于是Q端的高电平经缓冲器(1位)传送到数据线上的READY(D0)位，并被读入累加器。程序检测到READY位为1后，便执行IN指令读数据口。这时IOM/和RD信号再次有效，先形成数据口片选信号CS2，CS2和RD经门2输出低电平。它一方面开启数据缓冲器，将外设送到锁存器中的数据经8位数据缓冲器送到数据总线上后进入累加器，另一方面将D触发器清0，一次数据传送完毕。接着就可以开始下一个数据的传送。当规定数目的数据传送完毕后，传送程序结束，程序将开始处理数据或进行别的操作。查询式输出方式的接口电路如下：查询式输出方式的工作过程：当CPU准备向外设输出数据时，它先执行IN指令读取状态口的信息。这时，低电平的IOM/和有效的端口地址信号使I/O译码器的状态口片选信号1CS变低，1CS再和有效的RD信号经门l相与后输出低电平，它使状态口的三态门开启，从数据总线的D1位读入BUSY状态。若BUSY＝l，表示外设处在接收上一个数据的忙碌状态。只有在BUSY＝0时，CPU才能向外设输出新的数据。当CPU检查到BUSY＝0时，便执行OUT指令将数据送向数据输出口。这时低电平的IOM/使I／O译码器的状态口片选信号CS2变低，CS2再和WR信号经门2相与后输出低电平的选通信号，它用来选通数据锁存器，将数据送向外设。同时，选通信号的后沿还使D触发器翻转，置Q为高电平，即把状态口的BUSY位置成l，表示忙碌。当输出设备从接口中取走数据后，就送回一个应答信号ACK，它将D触发器清0，即置BUSY＝0，允许CPU送出下一个数据。6.简述在微机系统中，DMA控制器从外设提出请求到外设直接将数据传送到存储器的工作过程。答：DMA方式，外设向內存传输数据的过程：当一个接口中有数据要输入时，就向DMA控制器发送DMA请求；DMA控制器接收到请求后，便往控制总线上发一个总线请求；如果CPU允许让出总线，则发一个总线允许信号；DMA控制器接到此信号后，就将地址寄存器的内容送到地址总线上，同时往接口发一个DMA回答信号，并发一个1/O读信号和一个内存写信号；接口接到DMA回答信号以后，将数据送到数据总线上，并撤除DMA请求信号；内存在接收到数据以后，一般往DMA控制器回送一个准备好信号，DMA控制器的地址寄存器内容加1或减1，计数器的值减1，而且撤除总线请求信号，这样，就完成了对一个数据的DMA输入传输。DMA传输结束时，往接口发一个结束信号，向CPU交回总线控制权。其状态寄存器的传输结束标志置“1”。查询时，CPU在主程序中通过查询状态寄存器的传输结束标志，决定是否进行后续处理。7.某一个微机系统中，有8块I/O接口芯片，每个芯片占有8个端口地址，若起始地址为300H，8块芯片的地址连续分布，用74LS138做译码器，试画出端口译码电路，并说明每块芯片的端口地址范围。答：8.什么叫总线？总线分哪几类？在微型计算机中采用总线结构有什么好处？答：在微型计算机系统中，将用于各部件之间传送信息的公共通路称为总线（BUS）。总线分三类：片级总线、系统总线、外部总线。在微型计算机中采用总线的好处有：（1）总线具有通用性，只要按统一的总线标准进行设计或连接，不同厂家生产的插件板可以互换，不同系统之间可以互连和通信，很适合于大批量生产、组装和调试，也便于更新和扩充系统。（2）对于用户来说，可以根据自身需要，灵活地选购接口板和存储器插件，还可以根据总线标准的要求，自行设计接口电路板，来组装成适合自己应用需要的系统或更新原有系统。9.PC总线和ISA总线各用于何种类型的微型计算机中？它们的数据总线各有多少根？答：IBMPC/XT使用的总线称为PC总线，有8条数据线。ISA总线又称AT总线，是以80286为CPU的PC/AT机及其兼容机所用的总线，具有16条数据线。10.PCI总线有哪些主要特点？根据PCI总线引脚图和典型时序图，说明如何完成PCI突发读交易。答：PCI总线的特点：（1）PCI总线传输数据的位数为32位，也可扩展到64位。32位PCI总线在读写传送中，以33MHz的频率进行，传输速率为132MB/s，当数据宽度为64位时，以66MHz的频率运行，传输速率高达528MB/s。（2）PCI总线支持突发传送方式（BurstTransfer）。（3）PCI总线支持即插即用（PlugandPlay，PnP）功能。（4）PCI总线与微处理器之间不直接相连，而是通过与CPU结构无关的中间部件桥接器相连。PCI总线突发读交易的过程：PCI突发读交易以周期帧信号FRAME#有效后开始进行PCI交易，交易的第一个时钟周期为地址时段，此时主设备通过驱动地址总线寻址目标，驱动PCI命令确定交易类型。因PCI的地址线/数据线（AD）和命令信号（C/BE#）都是分时复用的，所以每个PCI目标设备在下一个时钟周期的上升沿将地址信号和命令信号锁存，然后经译码，确定自己是否是本次寻找的目标和将要交易的类型是什么。PCI目标确定自己是交易的目标后，则将设备选择信号DEVSEL#置为有效状态，向交易的启动方声明本次交易有效。在主设备的IRDY#和目标设备的TRDY#都有效的情况下可以连续进行交易，传送多个数据，直至交易结束为止。