微型計算機(jī)并行接口

劉威

微型計算機(jī)和外界的通信分并行和串行兩種方式。因此接口也分為并行接口和串行接口，并行接口由于接口直接和傳送速率高獲得廣泛的應(yīng)用，二串行接口在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中占據(jù)特別重要的地位。并行通信就是把一個字符的各數(shù)位用幾條線同時進(jìn)行傳送，通常每次傳送的位數(shù)為一個或兩個字節(jié)。并行數(shù)據(jù)傳送和串行數(shù)據(jù)傳送相比較，在同樣的傳送速度下，數(shù)據(jù)傳送速度快，這種高效率的數(shù)據(jù)傳送是以更多的物理線路為代價的，并行數(shù)據(jù)傳送需要更高的費用，所以在對數(shù)據(jù)傳送速率要求不高的場合一般使用串行通信，而在對數(shù)據(jù)傳送速度要求高的情況下一般使用并行傳輸。

計算機(jī)并行傳輸數(shù)據(jù)使用的接口就是并行接口，并行接口能從計算機(jī)或者其他與計算機(jī)連接的外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)，需要時再傳送到中央處理器或外設(shè)。因此，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，并行接口起著鎖存或緩沖作用，由于大多數(shù)外部設(shè)備和計算機(jī)運行速度不同，因此，數(shù)據(jù)傳送用狀態(tài)控制信號實現(xiàn)異步定時控制，大部分用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

并行接口需要具有一定功能的硬件支持，如兩個或兩個以上的具備鎖存器和緩沖器的交換數(shù)據(jù)端口，各端口應(yīng)具有與中央處理器用應(yīng)答方式交換數(shù)據(jù)所必需的控制和狀態(tài)信息；還有與外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)所必需的控制和狀態(tài)信息。每個端口通常都具備能夠使用中斷方式與中央處理器交換所必需的電路，還有片選控制邏輯和讀寫控制電路等。

并行接口分為不可編程接口和可編程接口兩種類型，不可編程接口一旦和計算機(jī)設(shè)備連接好，功能和使用方式就是固定的，不能隨著具體情況的需要進(jìn)行調(diào)整，使用起來靈活性差，可編程接口可以通過程序指令進(jìn)行使用方式的設(shè)置，能夠靈活適應(yīng)不同的需要?？删幊探涌陔娐返姆N類比較多，各種芯片的功能大體相同，由于生產(chǎn)廠家不同，使用時應(yīng)根據(jù)選用微處理器情況做一定處理才能兼容，對于同一系列的接口直接連接就可以了。

在微型計算機(jī)系統(tǒng)中，有的并行接口是不可編程的接口芯片，這種接口有很多用途，不僅可以用作有中斷請求的輸入輸出接口，還可以用作雙向總線驅(qū)動器，周期狀態(tài)鎖存器和數(shù)據(jù)傳送門等。這種接口通常都是用肖特基工藝制造，雙列式直插式封裝，有并行簡單輸入輸出端口，有三態(tài)輸出，控制選擇邏輯電路，有中斷請求能力，芯片內(nèi)部有數(shù)據(jù)鎖存器，輸出緩沖器以及控制邏輯電路，數(shù)據(jù)鎖存器由多個觸發(fā)器組成，鎖存由微處理器和其他外部設(shè)備送來的數(shù)據(jù)，鎖存器的時鐘脈沖由主板上的系統(tǒng)時鐘提供，對數(shù)據(jù)鎖存的關(guān)鍵是對觸發(fā)器時鐘的控制。數(shù)據(jù)鎖存器可以有一個異步的復(fù)位輸入信號清除。

輸出緩沖器由多個三態(tài)門組成，用于將鎖存的數(shù)據(jù)緩沖后再輸出，起到驅(qū)動、隔離、同步的作用。輸出緩沖器工作由啟動信號決定。當(dāng)啟動信號有效時，啟動輸出緩沖器的三態(tài)門，鎖存數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)線，當(dāng)啟動信號為無效狀態(tài)時，輸出緩沖器的三態(tài)門關(guān)閉，輸出信號端呈高阻態(tài)，鎖存器不能輸出，由此可見，數(shù)據(jù)輸出的關(guān)鍵是對緩沖器的啟動信號的控制。

控制邏輯電路，由中斷請求觸發(fā)器，或非門，及其他邏輯門組成，用于對鎖存器的時鐘脈沖和緩沖器的啟動信號及中斷請求信號進(jìn)行控制。另外還有器件選擇信號，當(dāng)器件選擇信號經(jīng)地址譯碼選中并行接口芯片時，芯片才可以開始工作。接口芯片上還有工作方式控制信號，由工作方式控制信號控制接口芯片的工作模式，清除負(fù)脈沖可以使接口芯片復(fù)位。

接口芯片上的中斷請求觸發(fā)器，用于在微型計算機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生中斷請求信號，當(dāng)中斷請求觸發(fā)器置位時，也就是為高電平時，芯片處于非中斷請求狀態(tài)，中斷請求觸發(fā)器的輸出端連接到中斷控制芯片上，例如8259等，經(jīng)過中斷控制芯片的排隊輸出到中央處理器，再由中央處理器進(jìn)行響應(yīng)，在進(jìn)行中斷響應(yīng)時，當(dāng)外設(shè)用設(shè)備選擇線當(dāng)傳送給中央處理器的數(shù)據(jù)鎖存在并行接口中的時候，設(shè)備選擇線的下降沿將使中斷請求觸發(fā)器復(fù)位，也就是變回低電平，這時，接口芯片將向中央處理器發(fā)出中斷請求信號。當(dāng)中央處理器響應(yīng)中斷訪問這個并行接口芯片時，器件選擇邏輯使中斷請求觸發(fā)器置位，當(dāng)數(shù)據(jù)讀走后，關(guān)閉三態(tài)門，撤銷中斷請求。整個過程就是由外設(shè)的設(shè)備選擇信號發(fā)出中斷請求信號開始，而由中央處理器讀數(shù)據(jù)的片選信號撤銷中斷請求結(jié)束。

有時微處理器和外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，可以采用異步定時方式，用選通信號作為外部定時信號，用中斷方式傳送數(shù)據(jù)，異步數(shù)據(jù)傳送通常要使用握手聯(lián)絡(luò)線，握手聯(lián)絡(luò)線是并行數(shù)據(jù)線以外的信息線，是為保證接口和外設(shè)間高效可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送而設(shè)置的控制信號線，而且這種信號線間有一定的應(yīng)答關(guān)系，根據(jù)外部通信設(shè)備的特性和并行通信協(xié)議的要求，決定是否需要握手聯(lián)絡(luò)線和需要幾條握手聯(lián)絡(luò)線。有些簡單的外設(shè)，如繼電器、指示燈及發(fā)光二極管，它們的工作狀態(tài)變化極緩慢，它們僅需要供給一個固定的電壓。無握手聯(lián)絡(luò)并行傳輸是最簡單的情況。為了提高傳輸速度和傳輸?shù)目煽啃裕话阈枰獢?shù)據(jù)線以外的握手聯(lián)絡(luò)線。例如，外設(shè)內(nèi)部有數(shù)據(jù)寄存器或者數(shù)據(jù)鎖存器，它接受并行接口傳給它的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在外設(shè)內(nèi)部寄存器的鎖存還需由并行接口提供的信號控制鎖存，這樣可以做到及時可靠。

如果外部設(shè)備和計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送是雙向傳送，可利用兩片并行接口芯片，完成雙向數(shù)據(jù)傳送。

另外，還有可以編程的并行數(shù)據(jù)接口。其主要特點在于可編程，工作方式可以用軟件編程序的方法來實現(xiàn)，也就是說接口采用軟件的管理方式。因此可編程并行接口使用十分靈活，應(yīng)用非常廣泛，可編程并行接口由總線接口部分與系統(tǒng)總線進(jìn)行連接，芯片內(nèi)有數(shù)據(jù)總線緩沖器，數(shù)據(jù)緩沖器是雙向、三態(tài)的所有數(shù)據(jù)，控制字，狀態(tài)字，都通過該數(shù)據(jù)總線緩沖器進(jìn)行傳送。編程管理就是軟件管理，這種管理是通過控制字來實現(xiàn)的，由控制字來規(guī)定并行接口芯片的工作方式，有多種方式可以供系統(tǒng)軟件選擇。

參考文獻(xiàn)：

周荷琴，吳秀清.微型計算計原理與接口技術(shù)[M].第4版.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2005-06.

編輯 李建軍