16 《微型计算机及接口技术》
第6章 思考与习题参考答案
6-2简述微处理器与I/O设备之间的接口信息。
答：微处理器与外设之间交换的信息概括起来有数据信息、状态信息和控制信息。 微机中的数据信息通常有数字量、模拟量和开关量三种基本形式。 (1) (2)
数字量信息：是以连续几位二进制形式表示的数或字符,数字量信息可直接与微处理器连接 模拟量信息：是时间上连续变化的量，如电流、电压等都是模拟量信息。由于微处理器只能直接处理数字量信息，因此这些模拟量信息在从外界输入微机前或微机处理之后送到外界时都必须相应转换，如A/D或D/A变换等.
(3)
开关量信息：是只有两个状态的量，如电路的开与关、阀门的合与断等等。一个开关量只需一位二进制数来表示。
状态信息是外部设备向微处理器提供外设当前工作状态的信息，微处理器接收到这些状态就可以了解外设的情况，适时准确地进行有效的数据传送。
常见的外设状态信息如输入设备准备好信号（READY）、输出设备是否忙（BUSY）等等。 控制信息是微处理器通过I/O接口向外部设备发送控制命令的信息。控制命令主要用于I/O设备的工作方式设置等。
数据信息、状态信息还是控制信息，它们都是通过系统的数据总线传送的，因此，广义上讲数据信息、状态信息和控制信息都是数据信息。
6-3简述I/O编址方式及各自的特点。
答：I/O端口地址的编址有两种基本方法：存储器映射编址（统一编址）和I/O映射编址（独立编址）。
存储器映射I/O（Memory-Mapped I/O）编址就是I/O端口的地址与存储器的地址统一混合编址，即把一个I/O口地址看作是一个存储单元。在这种编址方式中，I/O口地址与内存单元统一安排在整个内存空间中。对I/O的读写相当于对存储器的读写，即只用访问存储器的指令，而无需用IN或OUT指令即可对I/O进行访问。
采用这种编址方法的优点是：
● 微处理器对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，指令多，使用方便。 ● 内存与外设地址分布相同。 ●无需专用的I/O指令。 其缺点是：
● 外设占用了内存单元，使内存空间减少。 ● 寻址速度比专用I/O指令慢。
I/O映射编址（Input/Ouptput Mapped）是指I/O端口与存储器分开独立编址，即I/O端口和存储器都有自己的一套地址空间，而且互不相干。这样，I/O端口不占用内存空间，但在这种编址方式下，必须采用专用的I/O指令（IN或OUT指令）才能访问I/O设备。
采用I/O映射的优点是：
● I/O设备不占用内存单元，节约了内存空间。 ● 指令执行速度快。
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从8086到Pentium，仅支持I/O映射的编址方法，而P6架构及之后的处理器既支持I/O映射编址1IN/OUT等专用I/O指令外，还可以用访问存储器的指令访问被映2又支持存储器映射编址，即除了用射的I/O端口。 6-4微机系统中的16位、32位以及64位I/O组织的特点是什么？各自由哪些信号线访问I/O端口？ 答：16位采用2个8位I/O体，32位采用4个8位I/O体，64位采用8个8位I/O体构成完整的I/O系统。I/O端口地址范围0000H~FFFFH， 不管是哪一种形式，处理器仅提供16条地址线来寻址I/O。主要信号线有： 16位I/O组织的8086～80286：A15~A0以及IORC、IOWC和BHE； D32位的I/O组织80386～Pentium：A15~A2以及BE0~BE3、IORC和IOWC； 64位的I/O组织Pentium Pro～Cure 2：A15~A3以及BE0~BE7、IORC和IOWC。 6-5简述I/O指令IN和OUT的含义（结合时序图）。 RA解： IORC及IOWC由处理器的读/写控制信号与存储器/IO选择信号等通过外围电路组合产生如下： 74F139W/RM/IOADS231ABEY0Y1Y2Y34567IORCIOWCMRDCMWTC IN和OUT指令操作对应的时序关系如图所示。 C ADS ABus P8或DX指示的地址 ADS IOWC DBus ABus P8或DX指示的地址 IORC DBus (a) IN指令操作时序 (b)OUT指令操作时序 IN指令是将指定外部设备的数据读入到累加器中，如图(a)所示，IN指令，如IN AL，DX执行时，DX指示的地址有效选中相应I/O端口，同时ADS为低电平，将地址锁存，处理器在外围电路的作用下，产生的IORC控制信号有效，在该信号的上升沿，将外设的数据通过数据总线DBus读入内部，送累加器AL中。 OUT指令是将累加器的数据写入指定的外部设备中，如图(b)所示，OUT指令，如OUT DX,AX执行时，DX指示的地址有效选中相应I/O端口，同时ADS为低电平，将地址锁存，处理器在外围电路的作用下，产生的IOWC控制信号有效，在该信号的上升沿，将累加器AX中的数据，通过数据总线DBus，B送给外设。 6-6简述I/O的主要控制方式及其特点。 答：主要的输入输出（主机与外设间的数据传送）控制方式有直接程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取控制方式等。
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直接程序方式分为无条件传送方式和查询传送方式。在程序确信外设已经准备就绪，或外设没有必要提供准备就绪信号的情况下，就不需要去查询外设的状态而直接进行数据传送的方式称为无条件传送方式。这种方式常用于简单外部设备的输入输出中。
在条件传送方式下，首先查询外设状态，满足条件时才进行数据的传送，因此也叫查询传送方式。 在外设状态满足要求时，外设通过I/O接口向微处理器发出要求数据传送的请求信号，接到请求信号后，微处理器才去响应，执行输入或输出操作。这就是中断控制的输入输出方式或中断传送方式（简称中断方式）。
DMA传送方式是在内存与外设之间开辟的专用数据通道，这个数据通道在DMA控制器硬件的控制下，直接进行数据交换而不通过微处理器，不用I/O指令。这样，数据传送的速度上限取决于存储器的存取速度。DMA方式传送时，由DMA控制器向微处理器请求总线服务，微处理器响应后让出总线，这时系统总线由DMA支配并接管。数据的输入和输出完全由DMA控制器指挥。因此除微处理器外，DMA控制器也是主控设备之一。
为了让处理器彻底摆脱管理和控制I/O设备的负担，引入了I/O处理机控制方式。这种方式下，由专用I/O协处理器负责I/O操作和处理。
6-7通常输入接口和输出接口硬件上需要什么逻辑电路？
答：由于不同类型的I/O接口都是通过总线接到处理器上的，而处理器与I/O接口的数据交换是分时复用的，也就是说同时仅允许访问一个外部设备，因此在输入时只有被选中的I/O接口的数据通过进入数据总线，其它未被选中的I/O接口的数据不能呈现在总线上，因此通常输入接口需要接具有可控的三态功能的缓冲器，而由于处理器速度很快，又在不断访问存储器或I/O，为了让外设稳定接到处理器发送的数据，输出接口需要锁存器。
6-10已经波特率为2400bps，字符格式为7位数据，1位校验位，1位停止位，UART发送端的波形如图所示（下方为参考方波，说明该数据是多少（用十六进制表示），采用什么校验？
+4.8V 0V
解：由UART字符格式知，传送数据是低位在前高位在后，据已经条件知，1位起始位，7位数据，1位校验位，1位停止位，共10位为一帧，从图中找出起始位（低电平）开始的连接10位，图从2.4KHz的一个脉冲对应2400bps波特率的一个位，即从第3个脉冲开始10位恰是传送的一帧字符，去掉开始的起始位，从第4个脉冲开始取7位数据位，依次是D0＝1,D1＝1,D2＝0,D3＝1,D4＝0,D5＝1和D6＝1,校验位＝0,停止位＝1,因此数据为D6D5D4D3D2D1D0＝1101011B＝3BH，由于校验为0,因此传送的字符中（含校验位）1的个数为5,奇数，因此为奇校验。
6-12如果通过RS-232C进行双机通信，波特率为11520bps，字符格式为1位停止位，没有校验，8位数据，通过示波器得到的波形如图6-54所示，上图是RS－232C的连接器DB9－2脚（RXD）的波形，下面是为了比较方便输入的频率为11.52Kz的参考方波。指出波形对应的数据（用十六进制表示）。
f=2.4KHz参考方波)
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RS-232C RXD(DB9-2)引脚波形 +9.6V0V -9.6V f=11.52KHz(参考方波)
图6-54 题6-11图
解：分析方法同6-10，只是逻辑关系是相反的，＋9.6V对应逻辑0,－9.6V对应逻辑1。 第3个参考脉冲对应起始位＋9.6V（逻辑0），数据位从第4个脉冲开始的8位，依次为D0＝1,D1＝0,D2＝0,D3＝1,D4＝0,D5＝1,D6＝0,D7＝0,因此传送的数据为00101011B=2BH
6-15简述8255的工作方式。并说明端口A和B作为方式1输入或输出时，C端口与之配合的引脚的含义。
解：8255有三种工作方式，方式0,1,和2,方式0为基本的输入输入方式，其输入输出没有固定用于联络的信号，方式1为选通的输入输出方式，A和B口作为I/O，Ｃ端口指定的位作为联络应用信号，包括选通信号、输入输出缓冲器满信号和中断信号，方式２为双向通信的方式，主要限于Ａ组的Ａ端口，Ｃ用于配合，作为联系信号。
Ａ口作为方式１输入时，PC4作为选通输入信号，PC5作为输入缓冲器满信号，PC3作为中断信号；
B口作为方式１输入时，PC2作为选通输入信号，PC1作为输入缓冲器满信号，PC0作为中断信号；
Ａ口作为方式１输出时，PC6作为输出缓冲器满信号，PC7作为应答信号，PC3作为中断信号； B口作为方式１输出时，PC1作为输出缓冲器满信号，PC2作为应答信号， PC0作为中断信号； 6-16假设8255的端口地址为60H-63H，试分别编写满足条件的初始化程序：
(1) 将A组和B组设置为方式0，端口A和B设成输入端口，C上半口为输入，下半口为输出。 (2) 将A口设为方式2，B口设为方式1输出。
(3) 将A口设为方式1输出，B口为方式1输出，PC4和PC5为输出。 解：
（1）
MOV AL，10011000B
OUT 63H，AL MOV AL，11000100B
OUT 63H，AL MOV AL，10100100B
OUT 63H，AL
6-17如图6.55所示为以8086为核心采用8255扩展I/O接口，A口接一输入设备，B接输出设备，PC2作为检测输入设备的的准备就绪信号READY，PC6作为输出设备忙BUSY检测端。
(1) 写出8255的初始化程序片段
（2）
（3）
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(2) 写出读取输入设备数据并存入内存ES:DI指示单元的子程序 (3) 写出从DS:SI指示的内存单元取出数据写到输出设备的子程序
(4) 已知8255的PC7接一上拉电阻，其对地连接一细长微型导线(A与B之间)，PC0通过驱动接
一蜂鸣器构成一简易防盗报警系统，如果微型导线被碰断，则蜂鸣器发出报警声(蜂鸣器得电123而响)直到导线被保安人为接上，报警的同时向输出设备发送字符串“Grasp the burglar!”通知D值班人员采取措施。写出有关程序。 D7-D03433323130292827U174F308WR36WRD0D1D2D3D4D5D6D7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC743214039383718192021222324251415161713121110输入设备M/IOCA15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2N2READY1234561112U48255输出设备VCCVCCR11KA7 A1A0A561112U2845U3B674F326CSBUSYBN11234RDRESET535RDRESETR210KBELL74F30BG19013ABTitle89A1A0SizeN 3A4Date:File:10-F:\\教1图6.55 题6-17图 ;控制口 ;C口 ;Ready
;A口
2解：(1) MOV AL,10011000B
MOV DX,0FEFFH OUT DX,AL MOV DX,0FEFEH
MOV DX,0FEFCH IN AL，DX
TEST AL,00100000B ;PC5 JZ WAITL IN AL,DX
;未准备好等待
;A口 ;读输入设备数据 ；写入指定内存单元 ;C口
MOV DX,0FEFCH MOV ES:[DI],AL MOV DX,0FEFEH
(2)
WAITL: IN AL,DX
（3）
WAITP：IN AL，DX
TEST AL，01000000B ；PC6（BUSY） JNZ WAITP MOV AL，DS[SI]
MOV DX，0FEFDH ；B口 OUT DX，AL
IN AL,DX TEST AL,80H
;判断PC7
； 数据输出
（4）START: MOV DX,0FEFEH