時鐘如何控制 CPU 與外部介面的通訊方式

鍵盤和處理器之間的通訊是通過從記憶體交換資料來完成的。

在微程式控制器中，定時訊號比較簡單，一般採用拍電位-拍脈衝兩級系統。 也就是說，它只需要乙個拍位，並且拍位包含幾個拍位脈衝（時鐘週期）。 節拍電位表示 CPU 週期的時間，而節拍脈衝將 CPU 週期劃分為幾個較小的時間間隔。

這些時間間隔可以根據需要相等或不相等。 指令期是取出和執行指令的時間。 指令週期通常有幾個 CPU 週期，CPU 週期也稱為機器週期，因為 CPU 需要很長時間才能訪問記憶體，因此 CPU 週期通常由讀取記憶體中指令字所需的最短時間來定義。

這意味著命令提取階段（通常是手指檢索）需要 CPU 週期時間。 反過來，CPU 週期時間由多個時鐘週期組成（通常是拍脈衝或 T 週期，它們是處理操作的最基本單位）。 這些時鐘週期的總和指定 CPU 週期的時間寬度。

時鐘週期是時間的度量，10 納秒 （ns） 定義為時鐘週期。

這個問題既簡單又複雜。 例如，它相當於從 0 到 100 的時間，稱為週期。

有幾種方法可以在 CPU 和外圍裝置之間傳輸資料：

1、查詢控制方式：

CPU通過程式主動讀取狀態暫存器，了解介面情況，完成相應的資料操作。 查詢操作需要以較少的時鐘週期間隔重複，因此 CPU 效率較低。

2、中斷控制方式：

在程式的例行執行過程中，如果外部有更高優先順序的事件，中斷請求會通知CPU，CPU隨後讀取狀態暫存器以確定事件型別，從而執行不同的分支處理。 該方法CPU效率高，實時性好。

3. DMA（Direct Memory Access）控制模式：

顧名思義，直接記憶體訪問是指記憶體和 IO 之間的硬體（DMA 控制器）直接完成特定的資料傳輸過程。 CPU 僅在資料傳輸開始時臨時控制 DMA，直到資料傳輸結束。 這樣，傳輸速度比 CPU 快，尤其是在批量傳輸方面。

4、通道控制方式：

基本方法與上述DMA控制方法相同，但DMA由DMA控制器完成，通道控制方法由專用通道匯流排完成通訊和傳輸。 比 DMA 更高效。

CPU和外設之間的資料傳輸有三種模式：程式模式、中斷模式和DMA模式。

其中，程式模式可分為無條件傳輸模式和有條件傳輸模式兩種方式。 在CPU外設不頻繁傳輸資料的情況下，一般採用無條件傳輸方式。

當CPU長時間使用資料傳輸且外設數量較少時，使用條件下發。 在實時系統和具有多個外設的系統中，中斷傳輸用於提高 CPU 效率並實現系統的實時效能。

如果IO裝置的資料傳輸效率較高，即使盡可能壓縮程式查詢模式和中斷模式下的非資料傳輸時間，CPU與此類外設之間的資料傳輸仍然不足以滿足要求。

這是因為在這兩種情況下，速度還有另乙個原因，即它們以位元組或字的形式傳輸。 為了解決這個問題，實現分塊傳輸，需要改變傳輸方式，即直接儲存器傳輸模式，即DMA模式。

它們有四種型別。

1.無條件交付

當外圍裝置相對簡單且工作速度快時，無需等待即可使用此方法。

例如，如果外圍裝置是LED數字顯示器，則可以使用此方法。

例如，CPU 在讀取狀態暫存器時也使用此方法。

例如，CPU 在從外圍裝置輸出各種命令時也使用此方法。

這樣，它花費的時間最少，因此 CPU 效率最高。

2.基於查詢的交付

如果外圍裝置工作緩慢，您必須等待它準備就緒才能輸入和輸出資料，則可以使用此方法。

然後，在傳輸資料之前，必須（無條件）讀取狀態暫存器。

當滿足條件時，將傳輸資料。

這樣一來，就需要很多時間，所以CPU的效率不高。

特別是一些級別很低的碼農可以編譯乙個“SI等等”程式，效率當然是最低的。

3.顛覆付

這樣，CPU就不需要讀取狀態暫存器。

一旦滿足條件，硬體可以使CPU進入中斷程式並立即傳輸資料。

這樣，它花費的時間更少，因此 CPU 效率更高。

4.DMA 傳輸

有了CPU輸入輸出資料，速度還是很低的。

使用DMA控制器，資料傳輸直接在“記憶體”和“IO介面”之間進行，速度高於CPU。 尤其是在批量傳輸方面。

CPU 僅在資料傳輸開始時設定 DMA 控制器。

交付 DMA 時，CPU 不工作，因此沒有 CPU 效率。

使用 DMA 不是 CPU 可以完成的，需要相當複雜的硬體裝置。

另外有些人在胡說八道”。通道控制方式

其實這也是一種DMA方法，不能算是獨立的方式。

硬體條件要求更高，沒有就只是個餡餅。

CPU 和外設之間的資料傳輸是通過記憶體實現的。

有四種常用方法可以控制外設和儲存器之間的資料傳輸。

1）直接程式控制：是使用者程序直接控制記憶體或CPU與外設之間的資訊傳輸。這樣，控制器都是使用者程序。

2）中斷控制方式：用於控制外圍裝置與記憶體和CPU之間的資料傳輸。這種方法要求 CPU 和裝置（或控制器）之間有相應的中斷請求線，並且相應的允許中斷位位於裝置控制器的控制狀態暫存器中。

3）DMA模式：又稱直接接入模式。其基本思想是在外設和儲存器之間開闢乙個直接的資料交換通道。

4）通道模式：與DMA模式類似，也是一種以記憶體為中心的方式，實現裝置和記憶體之間的直接資料交換。

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無條件交付方式。

如何查詢程式。

中斷傳遞模式。

直接記憶體訪問 （DMA） 方法。

無條件傳輸方式，又稱同步模式，適用於簡單外設的資料輸入和輸出。 如開關、繼電器、步進電機、發光二極體等。

CPU 首先讀取快取，如果不讀取快取，則通過系統匯流排在記憶體中定址快取，如果沒有讀取快取，則必須轉到硬碟才能找到它。

快取速度最快但容量小，記憶體處於中間位置，硬碟速度最慢但容量最大。

有四種方法可以在 CPU 和 IO 裝置之間傳輸資料：

查詢控制模式：

CPU通過程式主動讀取狀態暫存器，了解介面情況，完成相應的資料操作。 查詢操作需要以較少的時鐘週期間隔重複，從而使 CPU 效率低下。

2.中斷控制模式：

當程式正常執行時，如果外部有更高優先順序的事件，則通過中斷請求通知 CPU，CPU 讀取狀態暫存器以確定事件型別，以便執行不同的分支處理。 該方法CPU效率高，實時性好。

記憶體訪問）控制方式：

顧名思義，直接記憶體訪問，即資料傳輸的具體過程由硬體（DMA控制器）直接在記憶體和IO之間完成，CPU只是在資料傳輸開始時暫時將控制權移交給DMA，直到資料傳輸結束。 這種方法比通過 CPU 更快，並且在批量傳輸時特別有效。

4.通道控制模式：

基本方法與上述DMA控制方式相同，不同之處在於DMA通過DMA控制器完成，通道控制方式由具有特殊通訊傳輸的通道匯流排完成。 效率高於DMA。

在 CPU 和 I-O 裝置之間傳輸資料的方法有哪些？

1.什麼是介面？

介面是微處理器CPU與外界的連線部分，是CPU與外界交換資訊的中繼站。

2.為什麼需要在 CPU 和外設之間設定介面？

在 CPU 和外設之間設定介面有 4 個主要原因：

1）CPU與外設的訊號不相容，包括訊號線的功能定義、邏輯定義和時序關係。

2）CPU和外設的速度不匹配，CPU的速度快，外設的速度慢。

3）如果CPU不經過介面直接控制外設的執行，CPU將處於疲憊不堪的狀態來處理外設，這將大大降低CPU的效率。

4）如果外設由CPU直接控制，則外設的硬體結構將取決於CPU，不利於外設本身的發展。

如圖所示：微控制器51，需要溫度感測器為RS485。 直接使用串列埠控制項，設定通訊引數，然後向串列埠傳送資料。

例如，傳送 1，然後使用事件觸發器接收微控制器的資料，如果雙方通訊正常，計算機將接收 2，然後顯示它或做其他處理。