微型計算機接口技術及應用習題答案(劉樂善)

微型計算機接口技術及應用習題答案（劉樂善）習題一什么是接口？接口就是微處理器CPU與外部世界的連接部件，是CPU與外界進行信息交換的中轉站。□為什么要在CPU與外設之間設置接口？口在CPU與外設之間設置接口主要有4個原因：□（1）CPU與外設二者的信號不兼容，包括信號線的功能定義、邏輯定義口和時序關系（2）CPU與外設的速度不匹配，CPU的速度快，外設的速度慢口（3）若不通過接口，而由CPU直接對外設的操作實施控制，會使CPU處于窮于應付與外設打交道之中，大大降低CPU的效率口（4）若外設直接由CPU控制，會使外設的硬件結構依賴于CPU，對外口設本身的發(fā)展不利。微型計算機的接口一般應具備那些功能？微機的接口一般有如下的幾個功能：（1）執(zhí)行CPU命令的功能：CPU將對外設的控制命令發(fā)到接口電路中口的命令寄存器（命令口）中，在經分析去控制外設返回外設狀態(tài)的功能：通過狀態(tài)寄存器（狀態(tài)口）完成，包括正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)（3）數(shù)據緩沖的功能：接口電路中的數(shù)據寄存器（數(shù)據口）對CPU于外口設間傳送的數(shù)據進行中轉（4）設備尋址的功能：CPU某個時刻只能和一臺外設交換數(shù)據，CPU發(fā)口出的地址信號經過接口電路中的地址譯碼電路來選中I/O設備口（5）信號轉換的功能：當CPU與外設的信號功能定義、邏輯關系、電平口高低及工作時序不兼容時接口電路要完成信號的轉換功能（6）數(shù)據寬度與數(shù)據格式轉換的功能：由于CPU處理的數(shù)據都是并行口的，當外設采用串行傳送方式時，接口電路就要完成串、并之間的轉換，并進行數(shù)據格式的轉換。接口技術在微機應用中起的作用？隨著計算機技術的高速發(fā)展，計算機的應用越來越廣泛。然而，在微機系統(tǒng)中，微處理器的強大功能必須通過外部設備才能實現(xiàn)，而外設與微處理器之間的信息交換和通信又是靠接口來實現(xiàn)的，所以，接口技術成為了一門關鍵技術，它直接影響微機系統(tǒng)的功能和微機的推廣應用。5.接口電路的硬件一般由哪幾部分組成？接口電路的硬件一般由以下幾部分組成：基本邏輯電路：包括命令寄存器、狀態(tài)寄存器和數(shù)據緩沖寄存器，是接口電路中的核心端口地址譯碼電路：實現(xiàn)設備的選擇功能供選電路：根據不同任務和功能要求而添加的功能模塊電路。6.接口電路的軟件控制程序一般包括哪幾部分？接口電路的軟件控制程序一般包括以下的程序段，各部分程序是相互滲透、融為一體的：初始化程序段：對可編程接口芯片進行初始化編程（2）傳送方式處理程序段：不同的傳送方式（查詢、中斷、DMA方式）□程序段不同主控程序段：完成接口任務的程序段程序終止與退出程序段：程序退出前對接口電路中硬件進行保護的程序段輔助程序段：人－機對話、菜單等7.接口電路的結構有哪幾種形式？接口電路的結構主要有四種：（1）固定式結構：不可編程的接口電路，結構簡單、功能單一、固定（2）半固定式結構：由PAL或GAL器件構成的接口電路，功能和工作口方式可以通過改寫內部的邏輯表達式來改變，但邏輯表達式一旦燒入芯片，其功能和工作方式就固定下來了可編程結構：其功能和工作方式可由編程指定，使用靈活、適應面廣，且種類繁多智能型結構：芯片本身就是一個微處理器，外設的全部管理都由智能接口完成，如I/O處理器I0809或通用單片機口CPU與接口之間有哪幾種傳送數(shù)據的方式？它們各應用在什么場合？□CPU與接口之間的數(shù)據傳送方式主要有查詢方式、中斷方式和DMA方式：（1）查詢方式：主要用于CPU不太忙且傳送速度不高的情況下。無條件口傳送方式作為查詢方式的一個特例，主要用于對簡單I/O設備的控制或CPU明確知道外設所處狀態(tài)的情況下。（2）中斷方式：主要用于CPU的任務比較忙的情況下，尤其適合實時控口制和緊急事件的處理（3）DMA方式（直接存儲器存取方式）：主要用于高速外設進行大批量口數(shù)據傳送的場合。分析和設計接口電路的基本方法是什么？分析和設計接口電路通常采用兩側分析法和硬軟件結合法相結合：（1）兩側分析法：CPU一側，主要是了解CPU的類型、它提供的數(shù)據口線的寬度、地址線的寬度、控制線的邏輯定義、時序關系的特點；外設一側，主要是了解被連接外設的外部特性及被控外設的工作過程（2）硬軟件結合法：硬件設計主要是合理選用外圍接口芯片、有針對性地設計附加電路；軟件設計可以采用匯編語言（或高級語言）直接對低層硬件編程，也可以采用DOS系統(tǒng)功能調用和BIOS調用編程。:外圍接口芯片在微機接口技術中的作用如何？你所知道的外圍接口芯片有那些？略。你認為學習接口技術的難點在哪幾個方面？應如何對付？略。習題二1什么是端口？端口是接口電路中能被CPU直接訪問的寄存器。2I/O端口的編址方式有幾種？各有何特點？i/o端口的編址方式有兩種一一統(tǒng)一編址方式（存儲器映象方式）和獨立編址方式（I/O映象方式、專用I/O指令方式）□（1）統(tǒng)一編址方式：從整個尋址空間中劃出一部分給I/O設備，其余的口給存儲器，通過地址碼區(qū)分操作對象是存儲器還是I/O,二者的地址碼不重疊。這種方式的優(yōu)點是①I/O端口的編址空間大，且易于擴展②I/O指令豐富、功能齊全；缺點是①存儲器的地址空間減少，達不到系統(tǒng)最大的尋址空間②I/O指令比獨立編址方式的專用I/O指令長，譯碼時間長，執(zhí)行速度慢口（2）獨立編址方式：存儲單元與I/O端口分別編址，地址碼重疊，通過口操作碼區(qū)分操作對象是存儲器還是I/O。這種方式的優(yōu)點是①I/O端口不占存儲器的編址空間，使存儲器的容量可達系統(tǒng)的最大尋址能力②I/O指令短、執(zhí)行速度快；指令清晰、可讀性強；缺點是①I/O端口地址范圍一旦確定，不易擴展②I/O指令種類有限，操作單一3設計I/O設備接口卡時，為防止地址沖突，選用I/O端口地址的原則是什么？口為了避免端口地址發(fā)生沖突，在選擇I/O端口地址時一般要遵循以下的原則：□凡是被系統(tǒng)配置所占用了的地址一律不能使用原則上講，未被占用的地址，用戶可以使用，但對計算機廠家申明保留的地址，不要使用，否則會發(fā)生I/O端口地址重疊和沖突口（5）一般，用戶可使用300H?31FH地址，這是IBM—PC微機留作實口驗卡的，用戶可以使用。為了避免與其他用戶開發(fā)的插件板發(fā)生地址沖突，最好采用地址開關。4I/O端口地址譯碼電路在接口電路中的作用是什么？□I/O端口地址譯碼電路的作用就是把地址和控制信號進行邏輯組合，從而產生對接口芯片的選擇信號。5在I/O端口地址譯碼電路中常常設置AEN=0,這有何意義？□AEN=1,表示正在進行DMA操作，在I/O端口地址譯碼電路中，常常令AEN=0時，譯碼輸出才有效，這樣做的目的是為了避免在DMA操作周期中，由DMA控制器對這些以非DMA方式傳送的I/O端口執(zhí)行DMA方式的傳送。6若要求I/O端口地址為374H，則在圖2.1（b）中的輸入地址線要作哪些改動？□為了使1/。端口的地址為374H，圖2.1（b）中地址線A2、A8后的非門去掉，而在地址線A3、A7后面加上非門。即修改后地址線A0、A1、A3、A7后有非門，其余地址線后無非門。如圖所示：A9A8A7&1…AEN1IOR17圖2.2是PC機系統(tǒng)板的I/O端口地址譯碼電路，它有何特點？試根據圖中地址線的分配，寫出DMAC、INTR、T/C以及PPI的地址范圍？口A3A2A1A012111&Y在圖2.2的譯碼電路中，不管芯片本身需要多少個端口地址，一律分配一個含有32個地址的地址范圍。其中DMAC、INTR、T/C和PPI的地址范圍分別是：DMAC：00H?1FH；INTR：20H?3FH；T/C：40H?5FH；PPI：60H?7FH8在圖2.4譯碼電路中，若要改變I/O端口地址，使其地址范圍為300H?307H,則開關S0?S9應如何設置？□由于AEN必須為0,所以S9一定是閉合的，若使譯碼輸出地址范圍為300H?307H,則有如下的分析：A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0000??001100000111S8S7S6S5S4S3S2S1S0開開合合開開開開開所以，S0?S9中S5、S6和S9是閉合的，其余的開關全部斷開。9GAL器件有那些特點？采用GAL器件進行I/O地址譯碼有何優(yōu)點？□略。10采用GAL器件設計開發(fā)一個地址譯碼電路的步驟和方法如何？□略。.通常所說的I/O操作是指CPU直接對I/O設備進行操作，這話對嗎？口這話不對，I/O操作是指I/O端口操作，即訪問與I/O設備相關的端口，而不是對I/O設備直接操作?！?在獨立編址方式下，CPU采用什么指令來訪問端口？口獨立編址方式下，采用專用的I/O指令一一輸入/輸出指令（如PC系列微機中的IN、OUT）來訪問端口?！?在I/O指令中端口地址的寬度及尋址方式有哪兩種？□PC系列微機中，I/O指令對端口的尋址方式有兩種：直接尋址和間接尋址（必須由DX間址）。直接尋址方式中，端口地址的寬度為8位，即地址范圍是00H?FFH;間接尋址方式中，端口地址的寬度為16位，即地址范圍是0000H?FFFFH。14.CPU從端口讀數(shù)據或向端口寫數(shù)據是否涉及到一定要與存儲器打交道？通常所說的CPU從端口讀數(shù)據或向端口寫數(shù)據，僅僅是指I/O端口與CPU的累加器之間的數(shù)據傳送，并未涉及數(shù)據是否傳送到存儲器。由于累加器只能保存一個數(shù)據，所以在實際中通常是I/O與存儲器交換數(shù)據。15.I/O端口地址譯碼電路一般有哪幾種結構形式？□I/O端口地址譯碼電路一般有兩種結構形式：□固定式端口地址譯碼一一硬件電路不改動，譯碼輸出的地址或地址范圍不變口可選式端口地址譯碼一一電路中有若干個DIP開關，硬件電路不改動，只改變開關的狀態(tài)，就可以使譯碼輸出的地址或地址范圍發(fā)生變化。I/O地址線用作端口尋址時，高位地址線和低位地址線各作何用途？如何決口定低位地址線的根數(shù)？一般情況下，高位地址線與控制信號線進行邏輯組合，經譯碼電路產生I/O口CS□接口芯片的片選信號 一一實現(xiàn)片間選擇；低位地址線不參與譯碼，直接與I/O接口芯片的地址線相連一一實現(xiàn)I/O接口芯片的片內端口選擇?！醯臀坏刂肪€的根數(shù)由I/O接口芯片內部的端口數(shù)量決定，如果I/O接口芯片口n內部有2個端口（其引腳上一定有n根地址線），那么，尋址端口時，低位地址線的根數(shù)就是n?！?可選式I/O端口地址譯碼電路一般由哪幾部分組成？口可選式I/O端口地址譯碼電路一般由地址開關（DIP開關）、譯碼器、比較器或異或門組成。.采用GAL器件設計地址譯碼電路時，其核心是編寫GAL器件輸入源文件口（即GAL設計說明書）?，F(xiàn)利用GAL16V8設計一個擴展系統(tǒng)的地址譯碼電路，要求該系統(tǒng)的I/O端口地址范圍分別為300H?31FH和340H?35FH；存儲器地址范圍為D0000H?EFFFFH。試編寫GAL16V8的編程輸入源文件。略。□.若將圖2.3中DIP開關狀態(tài)設置為：S2和S1合上（ON）；S3和S0斷開（OFF）,口試指出74LS138輸出端Y5 的地址范圍，并與圖中在DIP開關原來的狀態(tài)下Y5輸出端所產生的地址范圍進行比較，有何變化？如果S2和S1合上（ON）；S3和S0斷開（OFF）,Y5有效時,各位地址線的狀態(tài)如下：A9A8A7A6A5A4A3A210010101S3S2S1S0開合合開所以,這種開關狀態(tài)下,Y5的地址范圍是254H?257H；而DIP開關在原來的開關狀態(tài)下， 的地址范圍是314H?317H。這兩個地址范圍A9?A6Y5口的狀態(tài)不同，因為A9?A6的狀態(tài)是由開關的狀態(tài)決定的；而二者的A5?A2是相同的，因為它們不受開關狀態(tài)的影響。習題三1計數(shù)、定時與頻率、聲音以及音樂之間有什么關系？定時和計數(shù)的本質是相同的,當計數(shù)的基本脈沖是標準的時間單元時,計數(shù)就變成了定時。定時輸出脈沖的周期的倒數(shù)就是頻率。由定時輸出的脈沖可以產生聲音,脈沖的頻率就決定了聲音的頻率。脈沖頻率高,聲音的音調高（聽起來尖銳）；脈沖頻率低,聲音的音調低（聽起來低沉）。而由頻率不同、持續(xù)時間不同的聲音就可以產生動聽的音樂。2微機系統(tǒng)的定時有哪兩類？何謂時序配合？微機系統(tǒng)中的定時