微機(jī)接口技術(shù)期末考試重要知識點總結(jié)微機(jī)接口技術(shù)是連接微處理器與外部設(shè)備的核心技術(shù)，其本質(zhì)是解決CPU與外設(shè)間的速度匹配、信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式兼容等問題。以下從基礎(chǔ)概念、總線技術(shù)、I/O控制、中斷與DMA、典型接口芯片、總線標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計調(diào)試等方面，梳理期末備考的核心知識點。一、微機(jī)接口基礎(chǔ)概念1.接口的定義與功能接口是CPU與外設(shè)（如鍵盤、磁盤、顯示器）之間的硬件邏輯與軟件協(xié)議的集合，核心功能包括：數(shù)據(jù)緩沖：緩解CPU（納秒級）與外設(shè)（毫秒/微秒級）的速度差異；信號轉(zhuǎn)換：實現(xiàn)電平（如TTL→RS-232）、時序（同步→異步）、格式（并行→串行）的轉(zhuǎn)換；控制邏輯：解析CPU的控制命令，生成外設(shè)的操作信號（如讀寫、選通）；狀態(tài)反饋：向CPU匯報外設(shè)狀態(tài)（如“忙”“就緒”）。2.接口的分類按數(shù)據(jù)傳輸方式：并行接口（多數(shù)據(jù)線同時傳輸，如8255A）、串行接口（單數(shù)據(jù)線分時傳輸，如8250）；按控制方式：程序查詢接口、中斷接口、DMA接口；按外設(shè)類型：輸入接口（如鍵盤）、輸出接口（如顯示器）、存儲接口（如硬盤）。二、總線技術(shù)1.總線的定義與分類總線是計算機(jī)各部件間傳輸信息的公共通道，分為：系統(tǒng)總線：連接CPU、內(nèi)存、I/O接口，包含地址總線（單向，傳地址）、數(shù)據(jù)總線（雙向，傳數(shù)據(jù)）、控制總線（雙向，傳讀寫/中斷等信號）；外部總線：連接計算機(jī)與外部設(shè)備，如RS-232（串行）、USB（通用串行）、PCI（外設(shè)互聯(lián)）。2.典型總線標(biāo)準(zhǔn)ISA總線：早期工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，16位，速度較慢（約8MHz），兼容舊設(shè)備；PCI總線：即插即用，32/64位，時鐘同步（33/66MHz），支持高速外設(shè)（如顯卡、網(wǎng)卡）；USB總線：熱插拔，多設(shè)備級聯(lián)（通過集線器），傳輸速率分USB1.1（12Mbps）、USB2.0（480Mbps）、USB3.0（5Gbps）；PCI-E總線：串行點對點，速率隨版本提升（如PCI-E3.0為8Gbps/通道），適合高性能設(shè)備（如SSD、高端顯卡）。3.總線性能指標(biāo)帶寬：單位時間傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)量（如PCI-E3.0x16帶寬為16×8Gbps）；同步/異步：同步總線由統(tǒng)一時鐘驅(qū)動（如PCI），異步總線由握手信號協(xié)調(diào)（如RS-232）；負(fù)載能力：總線可驅(qū)動的最大設(shè)備數(shù)（如PCI總線最多支持10個設(shè)備）。三、I/O編址與控制方式1.I/O編址方式統(tǒng)一編址（存儲器映射）：將I/O端口視為內(nèi)存單元，用內(nèi)存指令（如`MOV`）訪問，優(yōu)點是指令豐富，缺點是占用內(nèi)存空間；獨立編址（I/O映射）：I/O端口與內(nèi)存獨立編址，用專用I/O指令（如`IN/OUT`）訪問，優(yōu)點是I/O空間獨立，缺點是指令功能單一。2.I/O控制方式程序查詢（輪詢）：CPU主動查詢外設(shè)狀態(tài)（如“是否就緒”），流程為：讀狀態(tài)→判忙→傳數(shù)據(jù)。優(yōu)點是硬件簡單，缺點是CPU效率極低（需反復(fù)等待）；中斷控制：外設(shè)主動向CPU發(fā)請求，CPU響應(yīng)后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。優(yōu)點是CPU效率高（可并行處理其他任務(wù)），適合隨機(jī)事件（如鍵盤輸入）；DMA控制（直接內(nèi)存訪問）：由DMA控制器（DMAC）接管總線，直接在內(nèi)存與外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)，無需CPU干預(yù)。優(yōu)點是速度極快（如磁盤讀寫），缺點是硬件復(fù)雜。四、中斷系統(tǒng)1.中斷的分類外部中斷：由硬件觸發(fā)（如8086的`INTR`、`NMI`），可屏蔽（`INTR`，受`IF`標(biāo)志控制）或不可屏蔽（`NMI`，如掉電）；內(nèi)部中斷：由軟件觸發(fā)（如`INTn`指令、除法錯、溢出），優(yōu)先級高于外部中斷。2.中斷優(yōu)先級與嵌套優(yōu)先級：解決多個中斷同時發(fā)生時的響應(yīng)順序（如系統(tǒng)故障中斷＞鍵盤中斷＞打印機(jī)中斷）；中斷嵌套：高優(yōu)先級中斷可打斷低優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序，需保護(hù)現(xiàn)場與恢復(fù)現(xiàn)場。3.中斷向量與中斷向量表中斷向量：中斷服務(wù)程序的入口地址（如8086中為`CS:IP`）；中斷向量表：存于內(nèi)存`0000:0000~0000:03FF`（共1KB），每個中斷向量占4字節(jié)，對應(yīng)256個中斷類型（0~255）。4.中斷響應(yīng)過程（以8086為例）1.外設(shè)發(fā)中斷請求→CPU檢測到后關(guān)中斷（`IF=0`）；2.保護(hù)斷點（壓棧`CS`、`IP`）；3.取中斷類型號`n`，計算向量表地址（`0000:0000+4n`）；4.從向量表中讀取`CS`、`IP`，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序；5.服務(wù)結(jié)束后恢復(fù)現(xiàn)場（彈棧`IP`、`CS`），開中斷（`IF=1`），返回斷點。五、DMA技術(shù)1.DMA工作原理DMA控制器（如8237）通過`HOLD`（總線請求）和`HLDA`（總線響應(yīng)）信號與CPU握手：1.外設(shè)向DMAC發(fā)請求→DMAC向CPU發(fā)`HOLD`；2.CPU完成當(dāng)前總線周期后，發(fā)`HLDA`，放棄總線控制權(quán)；3.DMAC控制總線，在內(nèi)存與外設(shè)間傳輸數(shù)據(jù)（修改地址、遞減計數(shù)器）；4.傳輸完成后，DMAC釋放`HOLD`，CPU收回總線。2.DMAC的結(jié)構(gòu)與功能寄存器：地址寄存器（存內(nèi)存地址）、計數(shù)器（存?zhèn)鬏斪止?jié)數(shù)）、控制寄存器（設(shè)傳輸模式）、狀態(tài)寄存器（匯報工作狀態(tài)）；工作模式：單字節(jié)傳輸（每次傳1字節(jié)，釋放總線）、塊傳輸（連續(xù)傳多字節(jié)，直到計數(shù)器為0）、請求傳輸（外設(shè)請求時傳輸，無請求時釋放總線）。六、典型接口芯片與應(yīng)用1.并行接口：8255A端口與方式：3個8位端口（A、B、C），C口可拆分為兩個4位端口；方式0：基本I/O（無握手，A、B口為輸出/輸入，C口分兩組）；方式1：選通I/O（A、B口需握手信號，C口提供選通、應(yīng)答信號）；方式2：雙向選通I/O（僅A口支持，C口提供雙向握手信號）。編程：先寫方式控制字（如`90H`設(shè)A口方式0輸入，B口方式0輸出），再寫端口數(shù)據(jù)（如`OUT81H,AL`）。2.串行接口：8250/____異步串行通信：幀格式為“起始位（1）+數(shù)據(jù)位（5~8）+奇偶位（0/1）+停止位（1~2）”；波特率：由波特率發(fā)生器（如1.8432MHz晶振分頻）決定，需與外設(shè)匹配；RS-232C標(biāo)準(zhǔn)：電平轉(zhuǎn)換（TTL→±12V），DB9引腳功能（如`TXD`發(fā)送、`RXD`接收、`GND`接地）。3.定時/計數(shù)器：8253/8254工作方式：方式0：計數(shù)結(jié)束中斷（計數(shù)器減到0時發(fā)中斷）；方式1：可編程單穩(wěn)態(tài)（觸發(fā)后輸出窄脈沖）；方式2：分頻器（自動重裝初值，輸出占空比1:n的脈沖）；方式3：方波發(fā)生器（輸出對稱/近似對稱方波）；方式4/5：軟件/硬件觸發(fā)選通（單次脈沖）。編程：先寫控制字（選計數(shù)器、方式、進(jìn)制），再寫初值（如計數(shù)器0，方式3，初值100：`MOVAL,36H`；`OUT43H,AL`；`MOVAX,100`；`OUT40H,AL`；`OUT40H,AH`）。4.A/D與D/A轉(zhuǎn)換ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換）：如ADC0809（8位逐次逼近型），8路模擬輸入，需通道選擇（如`IN0`對應(yīng)地址`0FE00H`）、啟動轉(zhuǎn)換（寫信號）、讀取結(jié)果（轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀數(shù)據(jù)）；DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）：如DAC0832（8位電流輸出型），工作方式：直通：寄存器透明，數(shù)據(jù)直接輸出；單緩沖：一個寄存器鎖存，另一個直通（如用于單路波形生成）；雙緩沖：兩個寄存器都鎖存（如用于多路同步輸出）。七、總線標(biāo)準(zhǔn)與接口擴(kuò)展1.總線擴(kuò)展技術(shù)PCI/PCI-E擴(kuò)展卡：通過主板插槽擴(kuò)展高速外設(shè)（如獨立顯卡、NVMeSSD）；USB集線器：級聯(lián)多個USB設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、U盤），支持熱插拔；串口/并口擴(kuò)展：通過PCI轉(zhuǎn)串口卡，擴(kuò)展RS-232接口（如工業(yè)設(shè)備通信）。2.兼容性與性能匹配總線帶寬需匹配外設(shè)（如PCI-Ex16插槽接高端顯卡，避免瓶頸）；電平標(biāo)準(zhǔn)需一致（如RS-232設(shè)備需通過MAX232與TTL電路連接）。八、接口電路設(shè)計與調(diào)試1.硬件設(shè)計要點地址譯碼：全譯碼（無地址重疊，如`A19~A0`參與譯碼）或部分譯碼（簡化電路，如僅`A15~A0`參與，可能重疊）；電平轉(zhuǎn)換：TTL→RS-232用MAX232，RS-485用MAX485；緩沖與鎖存：輸入接口加三態(tài)緩沖器（如74LS244），輸出接口加鎖存器（如74LS273）。2.軟件編程要點初始化：對接口芯片寫控制字（如8255的方式字、8253的控制字）；數(shù)據(jù)傳輸：程序查詢（循環(huán)讀狀態(tài)）、中斷（寫中斷向量、開中斷）、DMA（配置DMAC寄存器）；中斷服務(wù)程序：保護(hù)現(xiàn)場（壓棧寄存器）、處理數(shù)據(jù)（如讀串口、寫并口）、恢復(fù)現(xiàn)場（彈棧寄存器）。3.調(diào)試方法硬件調(diào)試：用萬用表測電源、地是否短路，示波器看時鐘、選通信號波形；軟件調(diào)試：單步執(zhí)行（查看寄存器變化）、斷點調(diào)試（檢查關(guān)鍵變量）；常見問題：地址沖突（設(shè)備間地址重疊）、時序不匹配（如讀寫周期過短）、驅(qū)動錯誤（如中斷向量設(shè)置錯誤）?？偨Y(jié)與備考建議微機(jī)接口技術(shù)的核心是“如何讓CPU高效控制外設(shè)”，需重點掌握：接口的功能與分類，理解“速度、信號、格式”三大匹配問題；I/O控制方式的對比（查詢、中斷、DMA的適用場景與流程）；典型芯片（8255、8253、8250、ADC0809、DAC0832）