chp6上海交通大学微机原理电子教案

第六章I/O接口和总线I/O接口的功能

CPU与存储器交换信息— 数据格式和存取速度基本匹配由于外设种类的多样性— 常规和专用设备，快速和慢速设备

CPU与外设交换信息：（1）速度不匹配 （2）信号电平不匹配（3）信号格式木匹配（4）时序不匹配接口：

Interface，是为两不相容部件能连接而设置的一个界面。在计算机中是连接外设，实现数据传送的控制电路，是CPU与外设间信息通讯的桥梁。接口功能：⑴协调速度 采用缓冲锁存⑵电平转换 电平转换，TTL,MOS⑶信息格式转换 正负逻辑、串并、A/D、D/A等⑷时序控制实现CPU与外设同步⑸地址译码实现设备选择二简单I/O接口常用I/O芯片：缓冲器（Buffer)和锁存器（Latch)缓冲器：无锁存功能，在外设和CPU之间起缓冲驱动和隔离作用。总线缓冲器具有三态功能。锁存器：除具有缓冲功能外还有数据锁存记忆功能。

缓冲器74LS2448路单向数据缓冲器74LS2458路双向数据缓冲器74LS2448路单向数据缓冲器四单元一组分两组第一组：四输入1A1～1A4；四输出1Y1～1Y4；允许端1G第二组：四输入2A1～2A4；四输出2Y1～2Y4；允许端2G74LS2458路双向数据缓冲器8输入：A1～A8 8输出：B1～B8允许端：G 方向端：DIRGDIR功能00AB01BA1ⅹ高阻A B 锁存器74LS3738D锁存器8输入：1D~8D8输出：1O~8O输入允许端：OE输出预选端：G74LS373电平触发，锁存缓冲74LS374上升沿触发74LS273无三态门，用于只需 输不需三态场合I/O端口及寻址方式I/O端口（Port)：I/O接口电路中的寄 存器及其控制逻辑。接口信息：①数据信息②状态信息③控制信息I/O接口中的三种I/O端口

如图所示CPU外设数据端口状态端口命令端口接口⑴数据端口：8位⑵状态端口：指示当前状态。常用状态位有。1位～n位①准备就绪位（READY）：对CPU而言，是否可读写数据。a.输入端口

READY=1，数据寄存器准备好，待CPU读取，取走则清0。b.输出端口

READY=1，输出寄存器为空，可接收CPU下一个数据，数据到，则清零。②忙碌位（BUSY）：表示输出设备能否接收数据。

BUSY=1，外设正在进行操作，暂不允许CPU送新数据；操作完，则清零表示外设处于清闲状态，又允许CPU送下一数据到输出端口。③错误位（Error）：如奇偶错，溢出错等⑶命令端口（CommandPortorCntrolPort)1位～n位存放CPU发出的命令和控制字，控制设备和接口动作。各种芯片的控制字无统一格式，其意义和用法要查阅用户手册。用户设计：用D触发器或三态缓冲器信息传送：用INPORT，OUTPORT指令BUSYREADYERROR状态端口I/O端口寻址CPU通过对I/O端口寻址，连接并访问与I/O端口相连的外设。每个外设I/O端口都有自己的地址。I/O端口寻址方式I/O指令寻址方式存储器映象寻址方式（MemorymappedI/O)⑴I/O指令寻址方式系统中的I/O端口单独编址，构成一个I/O地址空间；与存储器地址空间无关，故不占用其空间。8086的I/O寻址方式：可用A0～A15寻址65536个I/O端口8086有两个地址空间：I/O地址空间和存储器地址空间， 用M/IO选择，=0，I/O寻址，=1为M寻址。存储器地址空间(1MB)I/O空间(64KB)I/O空间存储器空间存储器空间存储器映象寻址I/O指令寻址I/O指令寻址方式优点：①指令独立，程序清晰，可读性好； ②指令短，执行速度快，不占内存空 间； ③I/O译码电路简单。缺点：①指令功能没有存储器指令强； ②CPU需专门信号（M/IO）区分M

和I/O读写信号。⑵存储器映象寻址即I/O地址映射到存储器空间把I/O端口看作一个存储器单元，与存储器单元统一编址，系统只有一个地址空间。优点：①指令集中，不必包含I/O指令，简化指令 系统设计。 ②可使用功能强而灵活的存储器访问指令。缺点：①占用存储器地址，译码电路用全译码， 故电路教I/O寻址复杂。 ②I/O操作时使用的指令字节长，增加操作时间。四数据传送的控制方式⑴程序传送：无条件传送（同步）CPU与外设外设与外设 查询传送（异步）只能串行传送⑵中断传送：实现主机和外设并行工作，提高效率⑶DMA传送：周期挪用利用CPU总线周期的不访存状态 （8080）

DMA。传送过程不连续，不规则。

周期扩展增加CPU总线周期中时钟周期，利用增加 的周期DMA。CPU速度减慢，一次送1B。

CPU停机把控制权交给DMA控制器，由其控 制DMA。大部分DMA采用的方式。⑷通道传送（I/O处理机方式）采用I/O处理机完成对外设数据的传送控制及一些简单的数据处理功能。处理功能如信息格式变换，装配拆卸和数据校验等。 8089即8086系统常用的I/O处理机，拥有自己的指令系统，能独立执行程序，对外设控制及处理数据信息。内有2个独立的I/O通道，有灵活的DMA控制功能。⑴程序控制：①同步传送（无条件） ②异步传送（条件）①同步传送外设处于数据就绪或准备接收状态缓冲器或锁存器

EN外设CPU输入设该端口地址为PORT，则执行指令

INAL，PORTCS端为低电平，选中该端口

锁存器或驱动器

STBCPU外设b.输出执行指令

OUTPORT，ALCS端为低电平，选中该端口

例：⑴图6-4，同步输入。外设是功能键盘。⑵图6-5，同步输出。外设是LED。⑵异步传送（条件传送方式）采用软件查询方式，外设通过I/O端口提供状态信息供CPU查询，CPU不断检测状态，当条件满足时，交换数据。图6-6为查询输入方式。图6-8为查询输出方式。异步传输的联络：输入：1.输入设备发送数据时发数据选通信号锁存数据，并使状态端 口发出输入数据准备好高电平信号（READY）； 2.CPU检测到准备好高电平信号就读数据端口,同时清零触发器 使状态端口状态改变（低电平）； 3.CPU继续检测状态端口； 重复1，2步骤。

MOVBX，0 MOVCX，COUNTRDS1：INAL，P1 TESTAL，01H JZRDS1 INAL，P2 MOV[BX]，AL INCBX LOOPRDS1P1P26-6输出：1.CPU输出数据时发数据选通信号锁存数据，并使触发器Q端为高电 平信号，状态端口为高电平忙（BUSY）； 2.输出设备检测高电平信号就读数据端口,读数据后发出应答信号 （ACK），触发器复位，并使状态端口状 态改变（低电平）；3.CPU检测到状态端口由高电平忙（BUSY）变为低电平（不忙）又 输出下一个数据； 重复1，2步骤。P1P2

MOVBX,OFSETDAT MOVCX，COUNTRDS2：INAL，P1 TESTAL，02H JNZRDS2 MOVAL，[BX] INCBX LOOPRDS26-8DMA基本功能：由DMA控制器取代CPU程序控制传送中 的各项功能。 ⑴能接受外设的DMA请求DREQ，并能向外设发DMA响 应信号DACK。 ⑵能向CPU发总线请求信号HOLD，CPU发HLDA后即能 接管总线控制权，进入DMA。 ⑶能发地址信息，对存储器寻址并修改地址指针。 ⑷能发读/写控制信号，包括M和IO的访问信号。 ⑸能决定传送字节数，判断DMA传送是否结束。 ⑹能发DMA结束信号，释放总线，使CPU恢复正常工作。6-10I/O译码电路和PC机的I/O地址分配⒈I/O指令寻址方式的I/O译码电路采用I/O单独编址方案控制外设。 用单独的译码芯片74LS138和74LS139。