第IO接口技术学习教案

1、会计学1第第IO接口技术接口技术第一页，共40页。2021/11/29数字：如二进制表示的字母数字：如二进制表示的字母(zm).BCD码码.ASC2码码或字符。或字符。开关量：一些两个开关量：一些两个(lin )状态的量。状态的量。状态信号：表示状态信号：表示I/O装置状态的量。装置状态的量。控制信号：如控制信号：如CPU发出的发出的R/W信号和从外设发来的中信号和从外设发来的中断信号等。断信号等。MPUI / O设置设置数据状态控制第2页/共40页第1页/共40页第二页，共40页。2021/11/29第3页/共40页第2页/共40页第三页，共40页。2021/11/29Note:1.一个外设

2、与一个外设与CPU交换信息往往需要几个端口：交换信息往往需要几个端口： 数据数据(shj)端口端口 控制端口控制端口 状态端口状态端口有时可以(ky)合用第4页/共40页第3页/共40页第四页，共40页。2021/11/29 2.在微机系统中，每个端口在微机系统中，每个端口 分配有唯一的地址码，称之分配有唯一的地址码，称之 为为端口地址。端口地址。 3.CPU对外设的访问实际对外设的访问实际(shj)上是通过对上是通过对I/O端口的访端口的访问来实现的问来实现的-因为端口与设备是一一对应的关系因为端口与设备是一一对应的关系 4.I/O通道也就是可以传送和暂存数据的实际通道也就是可以传送和暂存数

3、据的实际(shj)通路通路,所以所以 I/O端口有时也称作端口有时也称作I/O通道。通道。第5页/共40页第4页/共40页第五页，共40页。2021/11/29ABDBCBCPUI/O接口接口(ji ku)I/O设备设备(shbi) 端口数据(shj)控制状态CPU与外设通过与外设通过I/O接口通信示意图接口通信示意图：第6页/共40页第5页/共40页第六页，共40页。2021/11/29第7页/共40页第6页/共40页第七页，共40页。2021/11/292：特点：特点（1） 主存单元与主存单元与I/O端口一起编址。端口一起编址。（2） 据地址区分访问是据地址区分访问是I/O端口还是主存。端

4、口还是主存。（3） 系统中可以不设系统中可以不设I/O指令。指令。3：优缺点：优缺点（1）指令兼容性，存储器指令也可用于）指令兼容性，存储器指令也可用于I/O数据数据(shj)。（2）I/O接口有较大的编址空间。接口有较大的编址空间。（3）I/O部分的控制逻辑比较简单。部分的控制逻辑比较简单。但是，其指令功能不强，且处理机芯片有额外的对但是，其指令功能不强，且处理机芯片有额外的对I/O进进行操作的控制引脚。行操作的控制引脚。第8页/共40页第7页/共40页第八页，共40页。2021/11/29第9页/共40页第8页/共40页第九页，共40页。2021/11/29 但是，其指令功能不强，且处理机

5、芯片有额外( wi)的对I/O进行操作的控制引脚。（2） 单独的单独的I/O指令，可与访问存储器的指令指令，可与访问存储器的指令区分。区分。（3） 指令地址较短，所需译码硬件较少。指令地址较短，所需译码硬件较少。（4） 指令格式较短，执行指令格式较短，执行(zhxng)时间也短。时间也短。第10页/共40页第9页/共40页第十页，共40页。2021/11/29第11页/共40页第10页/共40页第十一页，共40页。2021/11/29n四、独立编址方式的端口访问n1.I/O指令中端口地址的宽度nIBM-PC系列(xli)采用I/O(input/output)指令访问端口，实现数据的I/O传送。

6、在I/O指令中可采用单字节地址或双字节地址寻址方式。若用单字节地址作业端口地址，则最多可访问256个端口。其指令格式为：IN AL,PORT ；输入OUT PORT,AL ；输出(shch)这里，PORT是一个8位的字节地址。n例如(lr)：nIN AL,60H ；60H为系统板8255A的PA端口地址nOUT 61H,AL ；61H为系统板8255A的PB端口地址第12页/共40页第11页/共40页第十二页，共40页。2021/11/29n双字节地址作为端口地址，则最多可寻址216=64K个端口。nMOV DX, H nIN AL, DX ；8位传送(chun sn)nMOV DX, H n

7、OUT DX,AL ；8位传送(chun sn)n这里， H 为16位的两字节地址。n 例如(lr)：nMOV DX,300H ;300H为扩展板8255A的PA端口nIN AL,DX nMOV DX,301H ; 301H为扩展板8255A的PB端口nOUT DX,AL第13页/共40页第12页/共40页第十三页，共40页。2021/11/29n2. I/O端口访问n所谓对端口的访问就是CPU对端口的读/写。将端口的数据传送(chun sn)存储器n例如： 输入时 MOV DX,300H ;I/O端口n IN AL, DX ;从端口读数据到ALn MOV DI,AL ;将数据从AL存储器n

8、输出时 MOV DX,301H ;I/O端口n MOV AL,SI ;从内存取数到ALn OUT DX,AL ;数据从AL端口第14页/共40页第13页/共40页第十四页，共40页。2021/11/29 3 I/O端口地址分配一、I/O接口硬件分类I/O接口的硬件分成两类：1.系统板上的I/O芯片如定时/计数器、中断(zhngdun)控制器、DMA控制器、并行接口等。 2.I/O扩展槽上的接口控制卡如软驱卡、硬驱卡、图形卡、声卡、打印卡、串行通信卡等。 第15页/共40页第14页/共40页第十五页，共40页。2021/11/29 二、I/O端口地址分配 PC微机是根据上述I/O接口的硬件分类，

9、把I/O空间分成两部分。 PC微机I/O地址线可有16根，对应(duyng)的I/O端口编址可达64K字节，其端口地址译码是采用部分译码法，即只使用了低10位地址线一个A0A9，故其I/0端口地址范围是0000H003FFH,总共只有1024个端口。第16页/共40页第15页/共40页第十六页，共40页。2021/11/29表2.1 系统板上接口芯片的端口地址I/O芯片名称 端口地址DMA控制器1 00001FHDMA控制器2 0C00DFH DMA页面寄存器 08009FH中断(zhngdun)控制器1 02003FH中断(zhngdun)控制器2 0A00BFH 定时器 04005FH并行

10、接口芯片（键盘接口） 06006FHRT/CMOS RAM 07007FH 协处理器 0F00FFH第17页/共40页第16页/共40页第十七页，共40页。2021/11/29表表2.2扩展槽上接口控制卡的端口地址扩展槽上接口控制卡的端口地址I/0接口名称接口名称 端口地址端口地址游戏控制卡游戏控制卡 20020FH并行口控制卡并行口控制卡1 37037FH并行口控制卡并行口控制卡2 27027FH串行口控制卡串行口控制卡1 3F83FFH串行口控制卡串行口控制卡2 2F02FFH原型插件板（用户可用）原型插件板（用户可用） 30031FH同步通信同步通信(tng xn)卡卡1 3A03AFH

11、同步通信同步通信(tng xn)卡卡2 38038FH单显单显MDA 3B03BFH彩显彩显CGA 3D03DFH彩显彩显EGG/VGA 3C03CFH硬驱控制卡硬驱控制卡 1F01FFH软驱控制卡软驱控制卡 3F03F7HPC网卡网卡 36036FH第18页/共40页第17页/共40页第十八页，共40页。2021/11/29三、I/O端口地址选用的原则(yunz)凡是被系统配置占用了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，不要使用。用户可使用300H31FH地址。第19页/共40页第18页/共40页第十九页，共40页。2021/11/29 4 I/O端口地址译码一

12、、I/O地址译码电路工作原理及作用1. 译码电路的输入信号I/O地址译码电路不仅仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。二、I/O地址译码方法高位地址线与CPU的控制信号进行组合(zh)，经译码电路产生I/O接口芯片CS的片选。低位地址线不参加译码，直接连到I/O接口芯片，进行I/O接口芯片的片内端口寻址，即寄存器寻址。第20页/共40页第19页/共40页第二十页，共40页。2021/11/29三、I/O端口地址译码电路设计1.固定式端口地址译码固定式是指接口中用到的端口地址不能更改。例1：使用74LS20/30/32和74LS04设计I/O端口地址为2F8H的只读译码电路。分析：若要产生2F8

13、H端口地址，则译码电路的输入地址线就应具有如下(rxi)所示的 值。 译码电路输入地址线的值地址线 0 0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 二进制 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 十六进制 2 F 8 第21页/共40页第20页/共40页第二十一页，共40页。2021/11/29译码电路输入(shr)： 地址线:10根,地址值：2F8H A9A0=1011111000B 控制线：AEN=0 IOR=0 译码电路输出：Y=0 为译码选中。 第22页/共40页第21页/共40页第二十二页，共40页。2021/11/29A9A8A7A3A2A1A0AENI

14、OR&Y第23页/共40页第22页/共40页第二十三页，共40页。2021/11/29当执行指令(zhlng)： MOV DX，2F8H I N AL，DX 时， Y=0 ，对应端口被选中第24页/共40页第23页/共40页第二十四页，共40页。2021/11/29 例 用门电路设计地址(dzh)为2E2H的读写译码电路。 Y2(写写)& A9 A8 A7 A4 A3 A2 A1 A0AENIORIOWY1(读读)第25页/共40页第24页/共40页第二十五页，共40页。2021/11/29例 使用专用(zhunyng)译码器LS138设计PC机主板接口的译码 电路。 LS13

15、8译码器功能：当控制信号G2A=0 ，G2B=0 G=1，对应ABC任一组合(zh)，Y0Y7中一定有一个为（0）。第26页/共40页第25页/共40页第二十六页，共40页。2021/11/29 74LS138译码器输入与输出对应(duyng)关如下：C B A 输出0 0 0/Y0=0 其它输出为高电平0 0 1/Y1=0 其它输出为高电平0 1 0/Y2=0 其它输出为高电平0 1 1/Y3=0 其它输出为高电平1 0 0/Y4=0 其它输出为高电平1 0 1/Y5=0 其它输出为高电平1 1 0/Y6=0 其它输出为高电平1 1 1/Y7=0 其它输出为高电平 第27页/共40页第26页

16、/共40页第二十七页，共40页。2021/11/29A /Y0B /Y1C /Y2 /Y3/G2B /Y4/G2A /Y5G1 /Y6 /Y7 74LS138 A5A6 A7 A8 A9AENIOW/DMACS（8237）/INTERCS（8259）/TCCS（8253）/PPICS（8255）/WRTDMAPG/WRTNMIREG第28页/共40页第27页/共40页第二十八页，共40页。2021/11/292.可选式端口地址译码-即 采用比较(bjio)器设计可选址的译码 电路 地址线：A1A0不参加译码。 A4A3A2输入组合使74LS138译码器输出八个片选信号。 A5=0，A9A8A7

17、A6采用(ciyng)比较器和跳线开关变址。比较器为74LS85，A0A1A2A3和B0B1B2B3为待比较的数据。输入“A=B”为高选择相等比较。输出“A=B”为1输入两组数据相等，否则 输入两组数据不相等。 第29页/共40页第28页/共40页第二十九页，共40页。2021/11/29A0A1A2A3B0B1B2B3A=B A=BA B C /G2A/G2BG1A5A6A7A8SWLS138/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7A2A3A4A5AENVCC第30页/共40页第29页/共40页第三十页，共40页。2021/11/29n例：设计扩展板上的I/O端口地址译码电路，要求让

18、扩展板上每个接口芯片的内部端口数目为4个，并且，端口地址可选。例如，选择地址范围(fnwi)为300H31FH.n分析：n对于DIP开关，有两种状态：合（ON）和断（OFF）。n对于比较器有两点要考虑n，一是比较的对象，二是比较的结果。第31页/共40页第30页/共40页第三十一页，共40页。2021/11/29条件：必须在已知并确信外设已准备就绪下，才能条件：必须在已知并确信外设已准备就绪下，才能(cinng)应用。应用。（1） 输入操作的进行输入操作的进行输入时，认为外设数据已至三态缓冲器，输入时，认为外设数据已至三态缓冲器，CPU执行执行IN指令。指令。 在这种传送方式中，微型机与外设间

19、的数据传送由程序来在这种传送方式中，微型机与外设间的数据传送由程序来控制控制。第32页/共40页第31页/共40页第三十二页，共40页。2021/11/29三太缓冲器地址(dzh)译码器M/IO RDDATA数据(shj)来自外设此时，指定端口地址送至译码器，此时，指定端口地址送至译码器，CPU进入输入周期。进入输入周期。选中的地址信号选中的地址信号(xnho)与与M/IO及及RD信号信号(xnho)相相与与，选通缓冲器，同时外设数据经数据总线输入，选通缓冲器，同时外设数据经数据总线输入CPU。1CPU第33页/共40页第32页/共40页第三十三页，共40页。2021/11/29地址(dzh)译码器锁存器CE1M/IORD地址总线到外设此时此时(c sh)，CPU信息经数据总线输出到锁存器，端信息经数据总线输出到锁存器，端口地址送至译码器，选中的地址信号和口地址送至译码器，选中的地址信号和M/IO及及WR相相“与与”，去选通锁存器，信息保留其中，由它把信息通，去选通锁存器，信息保留其中，由它把信息通过外设输出。过外设输出。CPU第34页/共40页第33页/共40页第三十四页，共40页。2021