第三章-地址译码技术及存储器接口PPT课件

1 第三章地址译码技术及存储器接口 微机接口技术 德才兼备知行合一 2 第3章地址译码技术及存储器接口 学习目标 掌握I O端口的概念及端口地址的编址方式 掌握访问I O端口的指令 掌握固定式端口地址译码 开关式可选端口地址译码的实现方法 重点掌握地址译码的原则和端口地址范围的计算方法 了解GAL器件的特点及其在地址译码电路中的作用 掌握用GAL16V8进行译码设计的过程以及应注意的问题 掌握SRAM DRAM EPROM与CPU典型的连接方式 重点掌握三总线的连接以及采用不同的连接方法时地址范围的计算方法 3 第3章地址译码技术及存储器接口 本章目录 3 1I O端口3 2I O端口地址译码3 3GAL器件在I O地址译码电路中应用3 4半导体存储器接口习题与思考题 4 3 1I O端口 3 1 1I O端口概述3 1 2端口编址方式3 1 3端口访问指令3 1 4I O端口地址分配 返回上一级 5 3 1 1I O端口概述 I O接口 CPU与外围设备连接的中间部件 电路 是CPU与外界进行信息交换的电子系统 I O端口 I O接口电路中能被CPU直接访问的寄存器或某些特定器件称为端口 CPU通过这些端口发送命令 读取状态和传送数据 6 3 1 2端口编址方式 1 统一编址从存储空间划出一部分地址空间给I O设备 把I O接口中的端口当作存储器单元一样进行访问 不设置专门的I O指令 与地址线结合 形成一个独立的I O空间 2 独立编址微处理器设置专门的输入 输出指令来访问端口 产生专用访问检测信号 与地址线结合 形成一个独立的I O空间 7 两种编址方式的比较 优缺点 编址方式 8 3 1 3端口访问指令 1 16位汇编指令 端口输入输出指令 累加器专用传送指令 IN OUT2 32位汇编指令 端口输出字 节 串指令 INSB INSW OUTSB OUTSW3 C语言I O语句 inport outport 4 C 语言I O语句 inp outp 9 汇编语言中的累加器专用传送指令 IN 输入指令 该指令将一个字或一个字节由输入端口传送到AX或AL中 合法格式 IN累加器 端口号例 INAL 0 x23H 1 端口输入输出指令 OUT 输出指令 该指令将AX中的16位数或AL中的8位数输出到端口 合法格式 OUT端口号 累加器例 OUT0 x23H AL 10 例 I O端口与累加器传送数据 假设PORT是一个8位的字节地址 则最多可寻址256个端口输入INAX PORT 输入16位数据 INAL PORT 输入8位数据 输出OUTPORT AX 输出16位数据 OUTPORT AL 输出8位数据 11 例 I O端口与累加器传送数据 若用双字节地址作为端口地址 则最多可寻址64K个端口输入MOVDX XXXXHINAX DX 16位传送或INAL DX 8位传送输出MOVDX XXXXHOUTDX AX 16位传送或OUTAL DX 8位传送 12 2 端口输入输出字 节 串指令 INSB 端口输入字节串合法格式 INSB INSW 端口输入字串合法格式 INSW OUTSB 端口输出字节串合法格式 OUTSB OUTSW 端口输出字串合法格式 OUTSW 13 目的地址传送指令 LDS传送目标指针 把指针内容存入DS指令格式 LDS目标寄存器 源操作数指令功能 把4个字节地址指针 包括一个段地址和一个偏移地址 从源操作数指定的4个存储单元取出 低地址的两个字节送目的寄存器 高地址的两字节送DS寄存器 LES传送目标指针 把指针内容存入ES 14 目的地址传送指令 15 例 端口直接与RAM之间传送数据 输入MOVDX PORTLESDI BUFFER ININSB 8位传送 INSW 16位传送输出MOVDX PORTLDSSI BUFFER OUTOUTSB 8位传送 OUTSW 16位传送 16 3 C语言中的端口读 写函数 在接口设计中 常用到的TurboC函数如下 inportb 从指定端口读入一个字节原型 voidinportb intport outport 从指定端口输出一个字节原型 voidoutportb intport unsignedcharvalue clrscr 清除文本模式窗口清屏的意思原型 voidclrscr void getch 从控制台读取一个字符 但不显示在屏幕上原型 intgetch void 17 3 C语言中的端口读 写函数 续 kbhit 检查当前是否有键盘输入 若有则返回一个非0值 否则返回0原型 intkbhit void delay 延时原型 voiddelay intms sound 以指定频率打开PC扬声器原型 voidsound unsignedfrequency 18 C语言中的端口读 写函数示例 例 利用inportb 函数从指定的输入端口2F0H读取一个字节的数据 并显示在屏幕上 main unsignedcharc c inport 0 x2f0 printf data 0 x c 19 C语言中的端口读 写函数示例 例 将一个字节输出到输出端口360H main outport 0 x360 0 x55 20 4 用Win98下VC VisualC 语言访问端口 1 在C源程序中嵌入汇编代码 asm 内联汇编 movdx 264hmoval 100outdx al 21 4 用Win98下VC VisualC 语言访问端口 2 用 inp outp 函数 inp 从端口输入一个字节 原型 int inp unsignedshortport 例 intPort 0 x08 intByte Byte inp Port outp 将数据输出到字节型端口 原型 int outp unsignedshortport unsignedcharvalue 22 3 1 4I O端口地址分配 1 PC微机I O端口有16根 对应的I O端口编址可达64K字节 2 其端口地址译码采用非完全译码方式 既只考虑了低10位地址线 A9 A0 而没有考虑高6位地址线A15 A10 3 I O端口地址范围是 0 x0000 0 x03ff 总共1024个端口 其中 前256个端口 000 0FFH 供系统板上的I O接口芯片使用 后756 100 3FFH 为扩展槽上的I O接口控制卡使用 23 系统主板上I O接口芯片的端口地址 24 I O扩展槽上接口控制卡的端口地址 25 选I O端口地址时注意问题 凡是已被系统配置所占用的地址一律不能使用 未被占用的地址 用户可以使用 但申明保留的地址不能使用 一般用户可使用300 31FH地址 26 3 2I O端口地址译码 3 2 1I O端口地址译码方法3 2 2固定式端口地址译码3 2 3开关式可选端口地址译码 返回上一级 27 3 2 1I O端口地址译码方法 I O端口地址译码的方法 通常是由地址信号和控制信号的不同组合来选择端口地址 一般把地址信号分为两部分 高位地址线与CPU或总线的控制信号组合 经过译码电路产生一个片选信号去选择某个I O接口芯片 从而实现接口芯片的片间寻址 低位地址线直接连到I O接口芯片 经过接口芯片内部的地址译码电路来选择该接口电路的某个寄存器端口 即实现接口芯片的片内寻址 28 I O端口地址译码相关信号 I O地址译码电路不仅有地址信号有关还与控制信号有关 用A0 A910根地址线对端口地址范围限定 利用IOR IOW信号控制对端口的读写 用AEN DMA控制器地址允许输出端 信号控制非DMA传送 用I OCS16 ISA总线I O16位片选信号 信号控制是8位还是16位的I O端口 用SBHE 或BHE 信号控制端口奇偶地址 29 3 2 2固定式端口地址译码 固定式端口译码 接口中用到的端口地址不能更改 一般接口卡中大部分都采用固定式译码 固定式端口译码方法 1 用门电路进行端口地址译码 2 用译码器进行端口地址译码 30 用门电路进行端口地址译码 门电路 与门 非门 或门 与非门 或非门等74LS30为8输入与非门74LS20为4输入与非门74LS32为2输入或门74LS04为6输入非门 反相器 31 用门电路进行端口地址译码 如何用门电路设计2F8H端口的译码电路 32 用门电路进行端口地址译码 2F8H端口读译码电路 8输入与非门 4输入与非门 2输入或门 6输入非门 4输入与非门 33 用门电路进行端口地址译码 2E2H端口读写译码电路 34 用译码器进行端口地址译码 译码器 2 4线译码器74LS1393 8线译码器74LS1384 16线译码器74LS154 74LS138译码器 译码输出 译码输入 译码使能 35 用译码器进行端口地址译码 3 8译码器74LS138的真值表 36 用译码器进行端口地址译码 PC XT系统板上的端口地址译码电路 37 3 2 3开关式可选端口地址译码 使用开关式端口地址译码的优点 1 适应不同的地址分配方法 2 便于系统以后的扩充 电路结构形式 1 用比较器和地址开关进行地址译码 2 使用跳线的可选式译码电路 38 8位比较器74LS688的可选式译码电路 开关式可选端口地址译码 39 3 3GAL器件应用 3 3 1GAL器件的特点3 3 2GAL器件的开发过程及工具 40 3 3 1GAL器件的特点 什么是GAL器件GAL GenericArrayLogic 通用阵列逻辑 是PLD ProgrammableLogicDevice 可编程逻辑器件 的一种 包含几百个门电路 可根据需要设计成多种专用集成电路 41 3 3 1GAL器件的特点 实现多种逻辑功能 它可以实现组合逻辑电路和时序逻辑电路的多种功能 采用电擦除工艺 门阵列的每个单元可以反复改写 至少100次 具有硬件加密单元 可以防止抄袭电路设计和非法复制 速度高而功耗低 GAL器件的特点 42 3 3 1GAL器件的特点 用GAL器件进行I O地址译码的优点 廉价 具有较高集成度 体积下 可靠性高 可被多次修改和反复使用 运行速度快 生产周期短 43 3 3 2GAL器件的开发过程及工具 GAL开发工具 编程写入器 PLD的开发软件 计算机 44 设计构思 用真值表 逻辑方法 状态图三中的任一种将所要设计的问题变为设计文件 选择器件型号 根据设计要求 选择合适的工业器件型号 要考虑到输入 输出的引脚数目 是组合逻辑器件还是时序逻辑器件等 将设计文件按照所应用的HDL语言的要求 写成源文件 然后上机编译 仿真和测试 编程器编程 将生成的编程文件下载到编程器 对器件编程 3 3 2GAL器件的开发过程及工具 GAL器件的开发过程 45 3 4半导体存储器接口 3 4 1半导体存储器接口的基本技术3 4 2SRAM与CPU的连接3 4 3DRAM与CPU的连接3 4 4ROM与CPU的连接 46 1 信号线连接要求 数据线的连接 系统的控制线与存储器的控制线相连 地址线的连接 CPU地址线的一部分输入至地址译码电路生成片选信号实现对存储器芯片的选择 剩余的地址线直接输入至存储器芯片 由存储器芯片内部的译码电路产生字选信号 用于选择存储器内部的某一存储单元 控制线的连接 系统控制线的读 写控制信号与存储器控制线相连 3 4 1半导体存储器接口基本技术 47 2 地址分配要求针对存储器地址的分配 要知道哪些地址区域需要ROM 哪些区域需要RAM 即在具体电路中需要明确地址译码与片选信号的产生 3 驱动能力考虑 是否需要加缓冲器 3 4 1半导体存储器接口基本技术 48 外部译码电路的三种译码方法 1 线性选择法 2 部分译码法 3 全译码法 49 1 线性选择法 直接用CPU地址总线中的某一高位线作为存储器芯片的片选信号 50 1 线性选择法 例 某一计算机共有16条地址线 接入1KB的RAM和1KB的ROM 字选线为10条A0 A9 若用A10作片选 则地址范围为图中的第一组 当用A11作片选时 地址范围如图中的第二组 51 1 线性选择法 线性选择法的优点 连接简单线性选择法的缺点 易出现地址的不连续和多义性 寻址能力有限 52 2 部分译码法 用部分高位地址进行译码产生片选信号 53 2 部分译码法 采用6116存储器芯片 2K 8 实现8KB存储器 CPU地址线16根 数据线8根 54 3 全译码法 将高位地址全部作为译码器输入 用译码器的输出作为片选信号 55 3 全译码法 12KB存储系统 低8KB为EPROM两片2732A 4KB 8位 芯片组成地址范围为0000H 1FFFHA0 A11作片内字选 A12 A15作片选高4KB为RAM两片6116 2KB 8位 芯片组成地址范围为2000H 2FFFHA0 A10作片内字选 A11 A15作片选 56 3 全译码法 全译码法例图 2KB 8位 4KB 8位 57 3 4 2SRAM与CPU的连接 RAM RandomAccessMemory 掉电丢失数据 典型的RAM就是计算机的内存 用于存放监控程序或操作系统的数据 用户程序 用户数据等 ROM ReadOnlyMemory 掉电不丢失数据 用于存放系统监控程序等固化程序及常数 58 RAM包括 SRAM 静态的随机存取存储器 加电情况下 不需要刷新 数据不会丢失 而且 一般不是行列地址复用速度快 价格高昂贵DRAM 动态随机存取存储器 需要不断的刷新 才能保存数据 而且是行列地址复用的 保留数据的时间短 速度比SRAM慢 比ROM快 价格便宜 计算机内存就是DRAM的 ROM包括 掩膜式只读存储器 MROM 一次性编程ROM PROM 可多次擦写的ROM EPROM 闪存 FLASH 铁电存储器 FRAM 等 3 4 2SRAM与CPU的连接 59 3 4 2SRAM与CPU的连接 通常一片存储器芯片的存储容量不可能正好是CPU的内存寻址范围 1 位扩展 对数据线的扩展2 字扩展 对地址线的扩展 60 1 位扩展 1KB 1的存储器芯片扩展为1KBX8RAM 61 2 字扩展 典型的8KB 8的SRAM芯片6264 有数据线8位D7 D0 地址线13位A12 A0 内部主要包括256 256的存储