第四章数据传输与输入输出接口

CPU与外设之间的数据传输，没有地址总线，是以接口芯片通过中转、桥接的方式来进行的。

有三种方式可以进行CPU与数据的联系：

查询、中断和直接存储器存取（DMA）。

查询：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。这个查询方式的弊端是如果设备状态未就绪CPU就会一直踏步等待，影响CPU的执行效率。
中断：CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已准备就绪，继续执行自身程序，只在设备准备就绪并向CPU发出中断请求后予以响应。这样可以避免CPU出现“踏步”现象，提高CPU的利用率。

只有收到I/O设备的请求后才会将从接口读数据至CPU再至主存（依赖中断程序服务ISR实现），依次循环直到数据传输完成。

中断的过程：

设备发出中断请求给CPU，CPU在每个总线周期内检测中断请求，并给予相应的中断许可（禁用中断：阻止其他的中断信号保存中断点程序转到设备设定的中断处理程序的首地址），接着保护现场（终端服务程序保存环境，开放中断流程，检索环境）

最后中断返回

8086/8088中断

8086用8位二进制码表示一个中断类型，一共有256个中断
中断分为外部中断和内部中断
8086中断向量表：中断类型号与对应的终端服务函数入口地址的换算表
- 每个中断类型对应一个中断向量，由四个字节组成
  - 高地址字节：存放中断服务程序的代码段的段址
  - 低地址字节：存放中断服务程序的偏移地址
- 地址范围：
- 00000H - 03FFFH

直接存储器存取：

DMA是指外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据的接口技术。通常系统总线是由CPU管理的，在DMA方式中，就希望CPU把这些总线让出来，即CPU连到这些总线上的线处于第三态（高阻状态），而由DMA控制器接管，控制传送的字节数，判断DMA是否结束，以及发出DMA结束信号。

适用于高速数据传输。

8253定时器和计数器

控制字寄存器

先写低8位，再写高8位。

六种工作方式

mode 0：计数结束中断
- 计数器写完计数值时，开始计数(软件触发)，相应的输出信号OUT就开始变成低电平。当计数器减到零时，OUT立即输出高电平。
- 门控信号高电平时，计数器工作；为低电平时，计数器停止工作，计数值保持不变
- 在计数器工作期间，如果重新写入新的计数值，计数器将按新写入的计数值重新工作，可实现重复计数功能
mode 1：可编程单稳脉冲
- 写入计数初值后，计数器开始工作。门控信号GATE上升沿有效，才开始工作(硬件触发)，使输出OUT变成低电平，直到计数器减到0后，输出才变高电平。
- 在计数器工作期间，当GATE又出现一个上升沿时，计数器重新装入原计数初值并重新开始计数
- 如果工作期间对计数器写入新的计数初值，则要等到当前的计数值记满回零且门控信号再次出现上升沿后，才按新写入的计数初值开始工作
mode 2：分频器
- 一次设置计数初值，计数器可自动重复进行减“1”操作，减“1”计数回“0”，可以输出端输出一负脉冲信号
- 写入计数初值后，GATE为高开始工作，计数器为0时，OUT输出一个时钟脉宽的负脉冲后自动回复高电平；同时自动重新装入原计数初值，反复计数
- 如果工作期间对计数器写入新的计数初值，则要等到当前的计数值记满回零后，才按新写入的计数初值开始工作
- 在计数器工作期间，当GATE为低则停止计数，待GATE恢复后计数器重新装入原计数初值并重新开始计数
mode 3：方波输出
- 方式3工作方式与方式2基本相同，也具有自动装入时间常数(计数初值)的功能
- 不同之处在于：工作在3方式，引脚OUT输出的不是一个时钟周期的负脉冲，而是占空比为1:1或近似1:1的方波。当计数值为偶数时，输出在前一半的计数过程中为高电平，在后一半的计数过程中为低电平；为奇数时高电平比低电平宽一个时钟脉冲
mode 4：软件触发选通
- 输出OUT就开始变为高电平，GATE为高时，当写完计数值后开始计数。当计数器减到零后，OUT输出一个宽度为一个时钟脉冲的负脉冲，然后恢复高电平，并一直保持高电平
- 门控信号GATE为高电平时，计数器工作，为低电平时，计数器停止工作，恢复为高电平后计数器又从原装入的计数初值开始减1工作。
- 在计数器工作期间，如果重新写入新的计数初值，不影响当前计数状态，仅当当前计数值记完后，计数值才按写入的计数值工作
mode 5：硬件触发选通
- 由GATE上升沿触发计数器开始工作
- 当写入计数初值后，计数器并不立即开始计数，而要由门控信号的上升沿启动计数
- 在计数过程中(或者计数结束后)，如果门控信号再次出现上升沿，计数器将从原装入的计数初值重新计数

8255A并行芯片

控制寄存器一般是放在最后一个地址上。

芯片结构：

数据总线缓冲：D7-D0和系统数据总线相连，负责与CPU进行数据交换。包括输入输出数据、控制字和状态字
读写控制逻辑：读写信号、片选信号，A1A0为端口选择输入引脚(ABC口)
A组控制和B组控制：A组控制端口A和端口C的高4位，B组控制端口B和端口C的低4位
端口A、B、C：它们对外的引线分别是PA7～PA0、PB7～PB0和PC7～PC0。C口可分成两个4位的端口：C口高4位（PC7～PC4）和C口低4位（PC3～PC0）。

三种工作方式：

方式0：基本输入输出方式
- 适用于无条件传输方式
- 输入时有锁存能力，输出时没有
方式1：选通输入输出方式
- 适用于程序查询和中断控制方式
- A口和B口通常用于I/O数据传送，C口用作A口和B口的联络线，以中断方式传送数据
- 在方式1下，A口、B口都可以选通输出数据，C口的6条线作为选通控制信号：PC3、PC6、PC7配合A口，PC0、PC1、PC2配合B口；
方式2：双向传输方式
- 只有A口可以工作在这种方式下
- A口的输入输出均具有数据锁存能力，数据的输入输出均可以引起中断
- 适用于程序查询和中断控制方式
- 这时B口可以工作在方式0或方式1，C口剩余的3条线可以作为输入输出线或方式1下的控制线。
应用：动态显示与矩阵键盘

PC7 - PC4表示行，PC3-PC0表示列，11011101表示第2行第2列被按下。

串行通信的特点

串行通信是指数据按位传输的一种通信方式
适用于远距离通信
按照收发双方的时钟是否统一，可以分为同步传输和异步传输

串行通信的传输过程（异步字框）

在异步方式下，收发两端各自有相互独立的位定时时钟，数据的传输速率是双方约定的。收发双方利用数据本身来进行同步，当双方时钟偏差不大时，只要一个同步周期内的位时钟不超过1个传输位，就可以满足正确接收的条件。

一帧信息是由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成的。

起始位：是在高电平后的一位宽的低电平，其下降沿表征了时钟关系，通知接收方传输开始
数据位：5位至8位，具体由双方通过软件约定
校验位：进行数据的奇偶检查；也可以不用
停止位：可以是1位、1位半或者2位，具体由收发双方约定。高电平有效，即停止位高电平表明一个字符的结束

异步串行通信通常会标识以下错误

奇偶校验错：接收器按照1的个数是奇数或者偶数进行奇偶校验计算，与期望值进行比较；不一致时可以中断或者查询；不禁止接口器件的工作
帧错：以起始位开头，停止位结束的二进制序列为一帧。接收器没有接收到足够的停止位即为帧错，有很多原因，如接收器或发送器的问题、传输线路上的干扰或者发送时钟误差超过允许值等。只报错不指明原因
溢出错：微处理器不能及时把移位寄存器中的数据取走，后一个数据会覆盖前一个数据

中断或者查询；不禁止接口器件的工作

帧错：以起始位开头，停止位结束的二进制序列为一帧。接收器没有接收到足够的停止位即为帧错，有很多原因，如接收器或发送器的问题、传输线路上的干扰或者发送时钟误差超过允许值等。只报错不指明原因
溢出错：微处理器不能及时把移位寄存器中的数据取走，后一个数据会覆盖前一个数据

RS-232逻辑电平是反过来的