计算机接口技术ppt课件.ppt

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1、接口技术串讲课件（一）,第一章 概述本章要点：1、2、微机系统的硬件组成，及各部分作用3、接口的功能和作用4、CPU与外设之间的数据传送方式 5、CPU的结构6、计算机基本操作过程,接口技术串讲课件（一）,1、CPU的发展历程第一代：4位，Intel4004,第二代：8位，Intel8080等，第三代：16位，Intel8086，80186，80286等，第四代：32位，Intel80386，80486等，第五代：64位，Intel586（Pentium），Power PC等第六代：64位，Pentium Pro,Pentium 2及以上。,接口技术串讲课件（一）,2、微机系统的硬件组成，及各

2、部分作用微处理器CPU：由运算器、控制器、寄存器3部分组成。实现运算和控制功能。 存储器：由CPU之外的半导体存储器芯片组成，存放程序、操作数、运算的中间结果和最终数据。 I/O设备及其接口电路：输入设备将程序、原始数据和现场信息送给计算机；输出设备将计算机的计算和处理结果或回答信号以各种形式表现出来。外设与CPU间的硬件连线和信息交换要经接口电路。,接口技术串讲课件（一）,2、微机系统的硬件组成，及各部分作用接口电路：是微处理器与I/O设备联系的必经之路，具有协调和转换功能。种类很多。总线：连结微机的各个部件，具有逻辑控制功能。分为数据总线DB ，地址总线AB ，控制总线CB。,接口技术串讲

3、课件（一）,第一章 概述3、接口的功能和作用1） 信号电平转换2） 数据格式转换3） 数据寄存和缓冲4） 对外设的控制与检测5） 产生中断请求, DMA请求6） 寻址功能7） 可编程功能8） 错误检测功能,接口技术串讲课件（一）,第一章 概述4、CPU与外设之间的数据传送方式 1） 什么叫地址，地址空间，字节 地址辨识存储器和I/O寄存器内的存储单元。 地址空间所有地址的组合。 字节存储器和I/O寄存器的单位。 1字节=8bit。 地址线的多少，决定了地址空间的大小 n 2n,接口技术串讲课件（一）,第一章 概述4、CPU与外设之间的数据传送方式 2）编址方式 :存储器映射 I/O映射3) 传

4、送方式:无条件传送 程序查询传送 中断传送 DMA传送,5 CPU的结构PC：程序寄存器。保存下一条指令地址。自动加1。IR： 指令寄存器：存储当前正在译码、执行的指令。PSW：状态字寄存器：存储前一时刻指令执行的状 态标志。SP： 堆栈指针：保存断点地址和现场信息。6 计算机基本操作过程 ：取指，分析指令，执行指令。,指令执行流程,启动,CPU发指令地址,CPU取指令,CPU将指令存IR并译码,分支？,条件分支？,检查PSW,分支条件满足？,设置PC至分支地址,执行指令,设置下一个顺序指令地址,T,F,F,T,T,F,接口技术串讲课件（一）,第二章 CPU技术本章要点：1、CPU的内部结构2

5、、控制器结构3、8086/8088微处理器的编程结构4、最小工作模式，最大工作模式 5、80386的内部结构和工作模式,接口技术串讲课件（一）,1、CPU的内部结构,接口技术串讲课件（一）,2、控制器结构,接口技术串讲课件（一）,第二章 CPU技术3、8086/8088微处理器的编程结构总线接口部件BIU指令译码部件IDU指令预取部件CPU执行部件EU段管理部件SU页管理部件PU,接口技术串讲课件（一）,第二章 CPU技术3、8086/8088微处理器的编程结构,总线接口部件BIU： 用于访问CPU片外的存储器和I/O口，提供所需地址、数据总线、控制与命令信号。此外，控制协处理器。 指令预取部

6、件CPU： 80386的CPU中，含有16个字节的指令队列，存放预取指令。按“先进先出”原则进行管理。 指令译码部件IDU： 对指令的操作码进行译码，并将其存放在指令队列里。 指令执行部件EU： 80386的EU，含有8个32位通用寄存器，1个64位的移位器。用于数据处理，地址计算。,接口技术串讲课件（一）,第二章 CPU技术4、最小工作模式，最大工作模式 系统中只有一个8086或一个8088微处理器。在这种系统中，所有总线控制信号都直接由8086/8088产生，从而系统中的总线控制电路被减至最少。 最大模式相对最小模式而言，在这种模式中，微处理器有两个或多个，其中一个主处理器是8086或80

7、88，其他处理器为协处理器，它们协助主处理器工作 。,接口技术串讲课件（一）,5、80386的内部结构和工作模式,接口技术串讲课件（一）,第二章 CPU技术5、80386的内部结构和工作模式 三种工作方式： 实地址方式（Real Address Mode）， 保护虚拟地址方式（Protected Virtual Address Mode） 虚拟 8086方式（Virtual 8086 Mode）。,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术本章要点：1、存储器分类2、主要性能指标3、存储系统的构成4、存储器时序图5、地址译码,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术1、存储器分类 按作用：主

8、存，辅存，缓存 按介质：磁表面，半导体，光介质 按存取方式：RAM，ROM2、主要性能指标 1）存储容量 2）存取时间 3）可靠性 4）功耗 5）价格,分类,半导体存储器,只读ROM,随机读取RAM,掩膜ROM可编程PROM电擦除EPROM光擦除EPROM,双极性RAMMOS型RAM,非易失性静态动态组合,组合ROM,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术3、存储系统的构成 主-辅存层次解决了存储器的大容量和低成本间的矛盾。 Cache-主存层次解决了速度与成本间的矛盾。 现代计算机同时采用这两种存储层次，构成Cache-主存-辅存三级存储层次。,3、存储系统2）Cache-主存存储层次,

9、CPU,Cache,主存,辅助硬件,高速缓冲存储器,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术4、存储器时序图,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术4、存储器时序图,接口技术串讲课件（一）,第三章 存储器技术5、什么叫地址译码 存储空间常常由多片存储器组成。为访问其中的一片，就要知道它的片选地址。片选地址由高位地址译码产生。,接口技术串讲课件（一）,第四章 总线技术本章要点：1）计算机常用系统总线2）PCI总线特点3）总线数据传输4个阶段4）PCI总线信号的组成5）总线仲裁,接口技术串讲课件（一）,第四章 总线技术1）计算机常用系统总线,PC 总线 ISA总线 EISA总线 MCA总线

10、VL-BUS总线 PCI总线 AGP总线2）总线数据传输4个阶段 1）申请占用总线阶段：需要使用总线的主控模块， 如CPU或DMAC。由总线仲裁机构判别。 2）寻址阶段：通过地址总线发出访问地址 3）传送阶段：主从模块间进行数据交换。 4）结束阶段：有关信息撤除，让出总线。,接口技术串讲课件（一）,第四章 总线技术3）PCI总线特点 外设互连总线，数据宽度16位-64位，与CPU时钟频率无关，支持即插即用，支持自动配置，支持32位/64位并行数据传输，支持多总线结构和猝发传输方式，支持多处理器和并发工作，与其他总线兼容，是目前定义最完善，性能价格比最高的总线标准。4）PCI总线信号的组成 系统

11、信号，地址和数据信号，接口控制信号，总线仲裁信号，错误报告信号，中断信号， Cache支持信号，64位总线扩展信号，边界扫描信号,接口技术串讲课件（一）,第四章 总线技术5）总线仲裁串行链式查询方式 计数器定时查询方式 独立申请方式,接口技术串讲课件（一）,第五章 中断技术,1.中断定义2.中断功能3中断类型及中断向量表4.中断作用5.中断控制器作用6.中断处理过程,接口技术串讲课件（一）,第五章 中断技术,1、中断定义： 是中断源中止CPU当前正执行的程序,转而为其服务.运行结束,再返回原程序继续工作.2、中断功能： 解决快速主机与慢速外设速度匹配 ，分时操作，实现实时处理，故障处理。,3、

12、中断类型及中断向量表 1) 外部中断 2）内部中断 中断向量表:中断类型号和中断服务程序入口连接表.,NMI非屏蔽中断电源掉电INTR可屏蔽中断软件设置,1.除法的除数为0-类型02.溢出中断-类型43.单步中断-类型14.软件中断-类型n优先权次序:04n NMIINTR单步中断,接口技术串讲课件（一）,第五章 中断技术,4、中断作用 CPU与 I/O设备并行工作，硬件故障处理，实现人机联系，多道程序和分时操作，实时处理，目态程序和管态程序的联系，多处理机系统各处理机间的联系。5、中断控制器作用 接受IRQ0IRQ7，经判优选中最高优先级的请求送至CPU。收到响应后，送中断类型号，经 CPU

13、读入，进入中断服务程序。,6.中断处理过程,关 中 断,保存断点,保护现场,执行 中 断服务程序,关 中 断,恢复现场,恢复断点,判别中断条件,转入中断服务程序,开 中 断,开 中 断,返回断点,接口技术串讲课件（二）,第六章 DMA技术,1.DMA方式2.DMA工作流程3.DMA工作过程4.DMA传送方式,1.DMA方式DMA方式:直接存储器访问 在存储器和外设间,直接进行 高速的数据传送,不需CPU优点: 由DMA控制器DMAC进行控制 由硬件代替软件,传送速度快 缩短数据响应时间缺点: DMAC占用总线,CPU不能读取指令 DMA操作间,不能进行存储器刷新 额外开销:总线访问时间,DMA

14、C初始化,接口技术串讲课件（二）,流程,2.DMA工作流程,接口技术串讲课件（二）,第六章 DMA技术,3.DMA工作过程 一个完整的DMA过程应包括：初始化、DMA请求、DMA响应、DMA传输、DMA结束5个阶段。,接口技术串讲课件（二）,第六章 DMA技术,4.DMA传送方式1）. 单字节方式每次DMA请求只传送一个字节数据，每传送完一个字节，都撤除DMA请求信号，释放总线返回给CPU，这样CPU至少可以获得一个总线周期。当存储器的速度远高于外设速度时常采用这种方式。,接口技术串讲课件（二）,第六章 DMA技术,3.DMA传送方式2）. 成组连续传送方式即块传输方式，每次DMA请求获得CP

15、U响应后，DMAC就连续占用多个总线周期，传送一个数据块，待规定长度的数据块传送完，或外部作用要求强行结束DMA传送，才撤除DMA请求，释放总线。3）. 请求传送此方式与成组连续传送方式类似，即每次DMA请求允许传送多个字节的数据。但它比成组连续传送方式多了一种结束方式。,接口技术串讲课件（二）,第七章 人机界面接口技术,1、人机界面接口框图2、常见人机接口器件,接口技术串讲课件（二）,第七章 人机界面接口技术,1、人机界面接口框图,接口技术串讲课件（二）,第七章 人机界面接口技术,2、常见人机接口器件 键盘，鼠标，显示器，打印机，数码相机，扫描仪，触摸屏等。,接口技术串讲课件（二）,第八章

16、串行接口技术,1、数据的三种传送方式2、异步通信、同步通信的规程和特点3、差错控制方法4、CRC校验码5、MODEM6、RS-2327、异步串行接口基本结构,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,1、数据的三种传送方式：单工、半双工和全双工。,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,2、异步通信规程和特点 通信线路上传送的每个字符的数据内容规定有起始位、数据位、奇偶校验位、停止位、空闲时间。 优点：（1）控制简单。异步传送以字符为单位，接收方在收到起始位后只要在一个字符的传输时间内能和发送器保持同步就能正确接收，因此允许收发双方的时钟频率可略有偏差，一般发送器和接收器双方各自用晶

17、振产生时钟即可满足要求，理论上要求这两个时钟的误差容限在5%以内。（2）如果传输有错只需重发一个字符。 缺点：这种方式控制信息至少占总信息的20%，造成额外开销大，传送效率低，速度慢。,异步通信的数据格式,起始位,数据位,奇偶校验位,停止位,同步通信方式,开始标志,数据场,校验码,SDLC/HDLC同步规程，数据帧,地址场,控制场,结束标志,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,3、差错控制方法1）反馈重传纠错方法ARQ：发送前先对所传数据进行差错校验编码，在所发送的数据块后附加一定的冗余检错码一并发送，接收方收完一帧后，根据检错码对数据帧进行错误检测，即可判断是否有差错发生，但不知道

18、是什么样的差错。如果没有发现出错，就返回肯定确认给发送方，发送方收到肯定确认，就可以发送新的帧。若发现错误，发送方便重新传送该数据帧。若仍有错，则重复上述过程，直至接收端判定无错为止。,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,3、差错控制方法2）前向纠错方法FEC 在每一个要发送的数据块上附加足够的冗余信息，使接收方不仅能够发现错误，而且能自动地纠正传输中的错误。这种方式使用纠错码，它的优点是不需要反馈确认信息，缺点是纠错编码复杂。,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,4、CRC校验码,奇校验：校验位=a1+a2+an+1 偶校验：校验位=a1+a2+an 循环校验CRC码：在

19、K位信息码后拼接R位校验码。可发现并纠正错误。 CRC码校验原理：发送时，CRC生成器由输出的数据信息和（X）计算出CRC码。附在数据串后发送出去。接收时，数据串和CRC码一起被读出，送到接受设备的CRC生成器进行计算。若C（X）/G（X）=0，则无错； 否则，出错。由循环规律可确定出错位并加以纠正。,校验码奇偶校验：,奇校验：校验位=a1+a2+an+1,偶校验：校验位=a1+a2+an,发送方10001110则p=1+1+1+1=0接收方正确接收：010001110,接收方接收错误：110011110接收方接收错误：010111110只能判断奇数个数据出错不能判断偶数个数据出错,校验码循环

20、校验CRC码：在K位信息码后拼接R位 校验码。可发现并纠正错误。 模2运算 0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=0,模2运算 0+0=0，0+1=1，1+0=0，1+1=0,101 10000 101 010 000 100 101 01,循环校验CRC码：设信息长度为K的信息码对应多项式为： M（X）=MK-1XK-1+MK-2XK-2+M1X1+M0附加R位后生成N位循环码。设生成多项式为G（X）则 M（X）=M K-1 X K-1 +M K-2 X K-2 +M1X1 +M0 附加R位后，得到N位循环码，其生成多项式为G（X） 有：M（X）X r =Q（X）+R（X）N位的循环冗

21、余码CRC码： C（X）=M（X）X r +R（X）,G(X),G(X),循环校验CRC码： CRC码校验原理 发送时，CRC生成器由输出的数据信息和（X）计算出CRC码。附在数据串后发送出去。 接收时，数据串和CRC码一起被读出，送到接受设备的CRC生成器进行计算。 若C（X）/G（X）=0，则无错 否则，出错。由循环规律可确定出错位并加以纠正。,循环校验CRC码： 例：4位有效信息1100，求CRC码。 生成多项式为：G（X）=1011M（X）=X3 +X2 =1100M（X）X3 =X6 +X5 =1100000G（X）=X3 +X +1=1011M（X）X3 =1100000 =111

22、0+ 010M（X）X3 +R（X）=1100000+010=1100010,G（X）,1011,1011,接口技术串讲课件（二）,第八章 串行接口技术,5、MODEM：完成由数字到模拟及由模拟到数字的转换。6、RS-232：定义DTE数据终端设备和DCE间数据通信设备的接口信息。,状态寄存器,控制寄存器,数据总线缓冲器,发送缓冲寄存器TBR,接收缓冲寄存器RBR,发送移位寄存器TSR控制,接收移位寄存器RSR控制,数据线,7、异步串行接口基本结构,接口技术串讲课件（二）,第九章 并行接口技术,1、并行接口与串行接口的应用范围2、并行接口特性3、并行接口配置,接口技术串讲课件（二）,第九章 并

23、行接口技术,1、并行接口与串行接口的应用范围 在数据传输距离较短，数据传输量较大的时候，采用并行接口技术，可以取得满意的结果。与串行接口相比，并行接口能提供更为高速的数据传输速度。,接口技术串讲课件（二）,第九章 并行接口技术,2、并行接口特性 接口传输数据宽度：以并行方式传输的数据的位数，既CPU可以通过接口一次传送的数据位数。 接口控制线：用于协调并行的数据传输,接口技术串讲课件（二）,第九章 并行接口技术,3、并行接口配置,接口技术串讲课件（二）,第十章 IDE技术（了解）第十一章 SCSI技术（了解）第十二章 USB技术（了解）第十三章 BIOS技术（了解）,接口技术串讲课件（二）,第

24、十四章 信息采集技术,1.数据采集系统的组成，各部分作用2.数/模转换原理3.模/数转换器工作原理,接口技术串讲课件（二）,第十四章 信息采集技术,1、数据采集系统的组成，各部分作用传感器:把各种物理量转成数字量的器件.多路模拟开关:多输入单输出,单输入多输出信号协调器:整理信号采样保持电路:采样时,保持输入信号不变.A/D变换:将信号幅值量化,完成A/D转换,接口技术串讲课件（二）,第十四章 信息采集技术,1、数据采集系统的组成，各部分作用,接口技术串讲课件（二）,第十四章 信息采集技术,1.数据采集系统的组成，各部分作用2.数/模转换原理3.模/数转换器工作原理,2、模/数转换器工作原理

25、在A/D转换中，要完成采样，量化和编码3个步骤。量化以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量通过量化装置转变为数值上离散的阶越量的过程。 用逐次逼近法完成A/D转换,计算机处理的只能是数字量.因此,要经过转换分两步:计算机发控制信息,要经过D/A转换传给控制系统D/A是A/D的逆变换.,模拟量:信号是连续变化的数字量:信号是离散变化的,采样:得到离散脉冲序列A/D转换:得到离散数字信号,一个实时的控制系统,控制对象,传感器,执行部件,运放,A/D,计算机系统,功放,D/A,模拟量,数字量,数字量,模拟量,3、数/模转换器工作原理1）运算放大器,-,+,Vi,Vo,Ii,Ri,Ro,虚地,I i=

26、Ui / RiUo=-Ro Ii=-RoUi / RiUo=-InRo,-,+,VREF,Vo,Ro,虚地,D0,D1,D2,D3,R,2R,4R,8R,Vo=DVREFD=a12 +a22 +an2Vo=ai/2 VREF,基准电压,-1,-2,-n,i,其中，D1a=1或0,设输入端有4个支路，从开关全部断开到全部闭合，运放可得到16种不同的电流输入。若由数字0000每次增1，一直到1111，则可得到一个阶梯波电压。,数/模转换原理,分辨率=,1,2 -1,n,在A/D转换中，要完成采样，量化和编码3个步骤。1）采样,f(t),fs(t),s(t),t,s(t),模/数转换器工作原理1）采样,f(t),fs(t),s(t),t,s(t),t,t,2）量化以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量通过量化装置转变为数值上离散的阶越量的过程。,量化装置,X(t),y(t),X(t),y(t),0,a,2a,3a,4a,5a,a,2a,3a,4a,5a,模/数转换器工作原理,-,+,Vi,D/A转换器,逐次逼近寄存器SAR,时钟脉冲,数字输出,VF,比较器,模/数转换器工作原理设要实现8位A/D转换，待转的一个模拟电压相当于数据量121，则逐次逼近过程如下：,