时钟如何控制 CPU 与外部接口的通信方式

键盘和处理器之间的通信是通过从内存交换数据来完成的。

在微程序控制器中，定时信号比较简单，一般采用拍电位-拍脉冲两级系统。 也就是说，它只需要一个拍位，并且拍位包含几个拍位脉冲（时钟周期）。 节拍电位表示 CPU 周期的时间，而节拍脉冲将 CPU 周期划分为几个较小的时间间隔。

这些时间间隔可以根据需要相等或不相等。 指令期是取出和执行指令的时间。 指令周期通常有几个 CPU 周期，CPU 周期也称为机器周期，因为 CPU 需要很长时间才能访问内存，因此 CPU 周期通常由读取内存中指令字所需的最短时间来定义。

这意味着命令提取阶段（通常是手指检索）需要 CPU 周期时间。 反过来，CPU 周期时间由多个时钟周期组成（通常是拍脉冲或 T 周期，它们是处理操作的最基本单位）。 这些时钟周期的总和指定 CPU 周期的时间宽度。

时钟周期是时间的度量，10 纳秒 （ns） 定义为时钟周期。

这个问题既简单又复杂。 例如，它相当于从 0 到 100 的时间，称为周期。

有几种方法可以在 CPU 和外围设备之间传输数据：

1、查询控制方式：

CPU通过程序主动读取状态寄存器，了解接口情况，完成相应的数据操作。 查询操作需要以较少的时钟周期间隔重复，因此 CPU 效率较低。

2、中断控制方式：

在程序的例行运行过程中，如果外部有更高优先级的事件，中断请求会通知CPU，CPU随后读取状态寄存器以确定事件类型，从而执行不同的分支处理。 该方法CPU效率高，实时性好。

3. DMA（Direct Memory Access）控制模式：

顾名思义，直接内存访问是指内存和 IO 之间的硬件（DMA 控制器）直接完成特定的数据传输过程。 CPU 仅在数据传输开始时临时控制 DMA，直到数据传输结束。 这样，传输速度比 CPU 快，尤其是在批量传输方面。

4、通道控制方式：

基本方法与上述DMA控制方法相同，但DMA由DMA控制器完成，信道控制方法由专用信道总线完成通信和传输。 比 DMA 更高效。

CPU和外设之间的数据传输有三种模式：程序模式、中断模式和DMA模式。

其中，程序模式可分为无条件传输模式和有条件传输模式两种方式。 在CPU外设不频繁传输数据的情况下，一般采用无条件传输方式。

当CPU长时间使用数据传输且外设数量较少时，使用条件下发。 在实时系统和具有多个外设的系统中，中断传输用于提高 CPU 效率并实现系统的实时性能。

如果IO设备的数据传输效率较高，即使尽可能压缩程序查询模式和中断模式下的非数据传输时间，CPU与此类外设之间的数据传输仍然不足以满足要求。

这是因为在这两种情况下，速度还有另一个原因，即它们以字节或字的形式传输。 为了解决这个问题，实现分块传输，需要改变传输方式，即直接存储器传输模式，即DMA模式。

它们有四种类型。

1.无条件交付

当外围设备相对简单且工作速度快时，无需等待即可使用此方法。

例如，如果外围设备是LED数字显示器，则可以使用此方法。

例如，CPU 在读取状态寄存器时也使用此方法。

例如，CPU 在从外围设备输出各种命令时也使用此方法。

这样，它花费的时间最少，因此 CPU 效率最高。

2.基于查询的交付

如果外围设备工作缓慢，您必须等待它准备就绪才能输入和输出数据，则可以使用此方法。

然后，在传输数据之前，必须（无条件）读取状态寄存器。

当满足条件时，将传输数据。

这样一来，就需要很多时间，所以CPU的效率不高。

特别是一些级别很低的码农可以编译一个“SI等等”程序，效率当然是最低的。

3.颠覆付

这样，CPU就不需要读取状态寄存器。

一旦满足条件，硬件可以使CPU进入中断程序并立即传输数据。

这样，它花费的时间更少，因此 CPU 效率更高。

4.DMA 传输

有了CPU输入输出数据，速度还是很低的。

使用DMA控制器，数据传输直接在“内存”和“IO接口”之间进行，速度高于CPU。 尤其是在批量传输方面。

CPU 仅在数据传输开始时设置 DMA 控制器。

交付 DMA 时，CPU 不工作，因此没有 CPU 效率。

使用 DMA 不是 CPU 可以完成的，需要相当复杂的硬件设备。

另外有些人在胡说八道”。通道控制方式

其实这也是一种DMA方法，不能算是独立的方式。

硬件条件要求更高，没有就只是个馅饼。

CPU 和外设之间的数据传输是通过内存实现的。

有四种常用方法可以控制外设和存储器之间的数据传输。

1）直接程序控制：是用户进程直接控制内存或CPU与外设之间的信息传输。这样，控制器都是用户进程。

2）中断控制方式：用于控制外围设备与内存和CPU之间的数据传输。这种方法要求 CPU 和设备（或控制器）之间有相应的中断请求线，并且相应的允许中断位位于设备控制器的控制状态寄存器中。

3）DMA模式：又称直接接入模式。其基本思想是在外设和存储器之间开辟一个直接的数据交换通道。

4）通道模式：与DMA模式类似，也是一种以内存为中心的方式，实现设备和内存之间的直接数据交换。

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无条件交付方式。

如何查询程序。

中断传递模式。

直接内存访问 （DMA） 方法。

无条件传输方式，又称同步模式，适用于简单外设的数据输入和输出。 如开关、继电器、步进电机、发光二极管等。

CPU 首先读取缓存，如果不读取缓存，则通过系统总线在内存中寻址缓存，如果没有读取缓存，则必须转到硬盘才能找到它。

缓存速度最快但容量小，内存处于中间位置，硬盘速度最慢但容量最大。

有四种方法可以在 CPU 和 IO 设备之间传输数据：

查询控制模式：

CPU通过程序主动读取状态寄存器，了解接口情况，完成相应的数据操作。 查询操作需要以较少的时钟周期间隔重复，从而使 CPU 效率低下。

2.中断控制模式：

当程序正常运行时，如果外部有更高优先级的事件，则通过中断请求通知 CPU，CPU 读取状态寄存器以确定事件类型，以便执行不同的分支处理。 该方法CPU效率高，实时性好。

内存访问）控制方式：

顾名思义，直接内存访问，即数据传输的具体过程由硬件（DMA控制器）直接在内存和IO之间完成，CPU只是在数据传输开始时暂时将控制权移交给DMA，直到数据传输结束。 这种方法比通过 CPU 更快，并且在批量传输时特别有效。

4.通道控制模式：

基本方法与上述DMA控制方式相同，不同之处在于DMA通过DMA控制器完成，信道控制方式由具有特殊通信传输的信道总线完成。 效率高于DMA。

在 CPU 和 I-O 设备之间传输数据的方法有哪些？

1.什么是接口？

接口是微处理器CPU与外界的连接部分，是CPU与外界交换信息的中继站。

2.为什么需要在 CPU 和外设之间设置接口？

在 CPU 和外设之间设置接口有 4 个主要原因：

1）CPU与外设的信号不兼容，包括信号线的功能定义、逻辑定义和时序关系。

2）CPU和外设的速度不匹配，CPU的速度快，外设的速度慢。

3）如果CPU不经过接口直接控制外设的运行，CPU将处于疲惫不堪的状态来处理外设，这将大大降低CPU的效率。

4）如果外设由CPU直接控制，则外设的硬件结构将取决于CPU，不利于外设本身的发展。

如图所示：单片机51，需要温度传感器为RS485。 直接使用串口控件，设置通信参数，然后向串口发送数据。

例如，发送 1，然后使用事件触发器接收微控制器的数据，如果双方通信正常，计算机将接收 2，然后显示它或做其他处理。