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微机接口答案

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。

11.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

12.什么是端口？

端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。

13.I/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

14.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：

（1）凡是被系统配置所占用了的地址一律不能使用

（2）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

（3）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。

15.I/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。

16.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。

17.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：

18.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：

DMAC：

00H～1FH；INTR：

20H～3FH；T/C：

40H～5FH；PPI：

60H～7FH

19.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：

A11

A10

……

开

合

开

所以，S0～S9中S5、S6和S9是闭合的，其余的开关全部断开。

20.GAL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。

21.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。

22.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。

23.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。

24.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。

25.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。

26.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。

27.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。

28.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。

29.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。

30.

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：

开

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

31.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。

32.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，需要用户根据外设的要求进行安排。

时序配合是指用户在考虑外设与CPU连接时，不能脱离计算机的定时要求，即以计算机的时序关系为依据来设计外部定时机构，以满足计算机的时序要求。

33.微机系统中的外部定时有哪两种方法？

其特点如何？

微机系统中的外部定时有软件定时和硬件定时两种方法。

软件定时：

利用CPU执行指令需要一定时间的特点产生延时。

这种方法不需增加硬件设备，只需编制延时程序即可；但是它降低了CPU的效率，浪费了CPU的资源，而且由于同样的延时程序在不同计算机上运行的时间会不同，所以通用性比较差。

34.8253定时/计数器有那些特点？

8253是一个减1的定时/计数器（逆计数器），它内部有3个相互独立的16位减1计数通道，每个通道有自己独立的计数脉冲输入信号（CLK）、门控信号（GATE）和计数/定时到的输出信号（OUT），每个通道有6种工作方式，1个通道最多可以计65536个脉冲。

35.8253初始化编程包括哪两项内容？

在对8253进行始化编程时，首先向命令寄存器中写入方式字，选择计数通道、工作方式、计数初值的长度及写入顺序、计数码制。

然后按方式字的要求向选定的计数通道中写入计数初值。

36.8253有哪几种工作方式？

区分不同工作方式的特点体现在哪几个方面？

为什么3方式使用最普遍？

8253有6种工作方式——方式0～方式5。

区分不同工作方式的特点主要体现在以下的4个方面：

（1）启动计数器的触发方式不同

（2）计数过程中门控信号GATE对计数操作的控制作用不同

（3）计数/定时到时输出端OUT输出的波形不同

（4）在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同

3方式由于具有自动重新装载计数初值，能输出重复波形，且输出波形的高低电平比为1:

1或近似1:

1（方波或近似方波），所以在实际中应用最广泛。

37.何谓日时钟？

日时钟是指对一天的时间进行统计，判断一天（24小时）的时间是否已到。

38.利用8253进行日时钟计时的计时单位是什么？

CPU采用什么技术把这些计时单位进行累加？

利用8253进行日时钟计时的计时单位是

在系统中，设置了两个对计时单位进行统计的字单元TIMER_HI（高字单元）和TIMER_LO（低字单元），8253产生的周期为54.9254ms的方波申请中断，CPU在中断服务程序中通过对两个字单元组成的双字单元进行加1操作来实现对计时单位的统计。

39.8253通道0的定时中断是硬中断（8号中断），它不能被用户调用，当用户对系统的时间进行修改时，需采用软中断INT1AH。

试问这两种中断有何关系？

8253通道0定时中断的服务程序中实现对双字计时单元的加1操作，而软中断INT1AH完成的功能是将这双字单元的内容读出，保存在两个字寄存器中，其中，TIMR_HI单元的内容送入CX，TIMER_LO单元的内容送入DX中。

40.利用8253作为波特率发生器，当CLK＝1.1931816MHz，波特因子为16时，要求产生4800波特的传输速率，试计算8253的定时常数。

由于

，所以8253输出的频率应该是

，由此可计算出8253的定时常数：

习题四

41.采用DMA方式为什么能实现高速传送？

DMA传送方式能够实现高速数据传送主要有两个原因：

（1）它为两个存储介质提供了直接传输通道，不象CPU控制的传送那样要通过内部寄存器中转。

（2）用硬件取代了软件，它直接发出对两个介质的选中信号及其读写控制信号，而不是通过执行指令来控制传送

42.DMA方式传送的一般过程如何？

DMA方式在传送之前，要对DMA控制器进行初始化编程，设置诸如传送方向、内存首址、数据块大小等信息，而传送过程一般可分为4个阶段：

（1）申请阶段：

外设向DMA控制器发出DREQ信号请求DMA服务，DMA控制器向CPU发出HRQ信号，请求占用总线

（2）响应阶段：

CPU向DMA控制器发出HLDA信号，将总线控制权让给DMA控制器，DMA控制器接管总线

（3）数据传送阶段：

DMA控制器发出DACK信号，选中I/O设备；发出内存地址，选中存储单元，并根据初始化时设定的传送方向给I/O设备和存储器发出读写控制信号，数据由源介质直接传送到目的介质

（4）传送结束阶段：

传送了指定长度的数据块后，或收到外部强制结束的控制信号（EOP）时，外设、DMA控制器相继撤除DREQ、HRQ信号，CPU撤除HLDA信号，总线控制权归还CPU。

43.什么是DMA方式的操作类型和操作方式？

DMA方式一般有哪几种操作类型和操作方式？

DMA方式的操作类型是指进行DMA操作的种类，一般有3种：

（1）数据传送：

将源介质中的数据传送到目的介质中，包括DMA读（MI/O）和DMA写（I/OM）

（2）数据校验：

对数据块内部的每个字节进行某种校验，而不进行数据传送（不发出读写控制信号）

（3）数据检索：

也不进行数据传送，而是在指定的内存区内查找某个关键字节或某几个关键数据位是否存在

DMA方式的操作方式是指在进行DMA操作时，每次所操作的字节数，不同的操作方式释放总线的条件不同。

操作方式一般有以下3种：

（1）单字节方式（单一方式）：

每次取得总线控制权只操作一个字节就释放总线，下个字节的操作要重新申请

（2）连续方式（块字节方式）：

只要DMA操作一开始，就一直占用总线，直到全部操作完毕。

在操作过程中，即使DMA请求信号无效，也只是暂停操作，将总线暂时挂起，而不释放，待DREQ有效后再继续操作

（3）请求方式（询问方式）：

这种方式是否释放总线取决于DREQ信号，若DREQ保持有效，则占用总线，进行DMA操作；若DREQ变为无效，就释放总线

44.DMA控制器在微机系统中有哪两种工作状态？

其工作特点如何？

DMA控制器在微机系统中有主动工作状态和被动工作状态。

主动工作状态：

在DMA操作期间，DMAC控制总线，控制数据在两个存储介质之间直接传送

被动工作状态：

非DMA操作期间，DMAC受CPU的控制，此时它主要有两个工作，一是检测片选信号，看CPU是否对它进行读写控制；二是检测DMA请求信号，看外设是否有DMA操作请求。

45.DMA控制器的地址线和读写控制线与一般的接口控制芯片的相应信号线有什么不同？

由于DMA可以作为系统的主控器，所以在地址线和读写控制线的设置上与一般的接口控制芯片有所不同，主要体现在以下几个方面：

（1）地址线中的端口选择信号线是双向的，被动态时接收CPU发出的低位地址，实现片内端口选择；主动态时发出内存地址的低位。

如：

8237A-5的A0～A3

（2）

除了端口选择信号线，还有其他的地址线，输出方向，用于主动态发出内存地址。

如：

8237A-5的A4～A7（发出内存地址的A4～7），DB0～7（送出内存地址的A8～15）

（3）

读写控制信号中的、是双向的，被动态时接收CPU的读写信号；主动态时向I/O发出读写控制信号

（4）除了和以外，读写控制信号还设置了和，输出方向，用于在主动态时向存储器发出读写控制信号

46.可编程DMA控制器8237A-5的操作功能由它的寄存器内容来体现，请指出它有哪些寄存器，其功能如何？

8237A-5的内部寄存器有以下几种：

（1）基地址寄存器：

16位，每个通道都有。

寄存内存首址，写入后不变，自动预置方式中用于为当前地址寄存器重新装入初值

（2）当前地址寄存器：

16位，提供当前操作的内存单元的地址，具有自动修改的功能

（3）基字节计数器：

16位，每个通道都有。

寄存操作数据块的大小（N-1），写入后不变，自动预置方式中用于为当前字节计数器重新装入初值

（4）当前字节计数器：

16位，指示当前还有多少字节没有操作，具有自动减1的功能

（5）命令寄存器：

用于设置该片8237A-5的工作条件及相关信息

（6）状态寄存器：

寄存各通道是否已完成DMA操作及是否有未处理的DMA请求

（7）请求寄存器：

用于软件发出DMA请求

（8）屏蔽寄存器：

用于控制各通道是否允许DMA请求

（9）方式寄存器：

用于设置各通道具体的工作方式

（10）暂存寄存器：

在存储器到存储器的数据传送方式中，用于暂存由源单元中读出的数据

47.

什么叫软命令？

8237A-5有几个软命令？

所谓软命令就是只要对特定的地址进行一次写操作（即、及内部寄存器地址同时有效），命令就生效，与写入的具体数据无关。

8237A-5有3条软命令：

清先/后触发器软命令、总清除软命令、清屏蔽寄存器软命令。

48.什么是DMA页面地址寄存器？

它的作用如何？

由于DMAC8237A-5只能提供内存地址的低16位，而实际中内存地址可能是20位、24位或32位的，等等，这样就要在DMA系统中配置寄存器组，由这些寄存器组提供存储器的高位地址，这些寄存器组就是页面地址寄存器。

它的作用是提供存储单元的页面地址，即高位地址。

49.采用DMA方式在内存与I/O设备之间传送数据时，DMA控制器8237A-5怎样实现对I/O设备的寻址？

DMA控制器8237A-5提供DACK信号给I/O设备，取代其地址选择信号，使申请DMA传送并被允许的设备在DMA传送过程中一直是有效设备。

即：

用DACK信号取代了芯片选择和片内端口选择信号。

50.DMA控制器8237A-5在系统中如何生成访问内存的有效地址？

内存地址是通过地址线传送的，如在PC机系统中，20位物理地址由几部分构成：

A0～7：

由8237A-5的A0～7引脚直接发出

A8～15：

由8237A-5的DB0～7引脚发出，然后由外部地址锁存器锁存后提供

A16～19：

由页面地址寄存器74LS670提供A4～7

51.IBM-PC系列微机中DMA系统的配置情况有哪两种？

在IBM-PC系列微机中DMA系统有单片DMAC和双片DMAC两种配置。

单片系统：

支持4个通道的8位数据传送。

每个通道有64KB的计数能力，有一个能提供4位地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到1MB

双片系统：

支持7个通道的数据传送，其中3个通道支持8位传送，4个通道支持16位传送。

每个通道有64KB的计数能力，系统配置了一个能提供8位地址的页面地址寄存器，所以寻址能力达到16MB。

52.用户利用PC微机的DMA系统资源进行DMA传送时，是否要求用户对8237A-5的16个寄存器全部进行编程？

为什么？

一般需要对8237A-5的哪几个寄存器进行编程？

用户利用PC微机的DMA系统资源进行DMA传送时，并不需要也不能对16个寄存器全部进行编程。

因为系统在ROM-BIOS的初始化测试阶段已对82

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