第IO接口技术PPT学习教案

1、会计学1第第IO接口技术接口技术2021/10/10数字：如二进制表示的字母数字：如二进制表示的字母.BCD码码.ASC2码或字符。码或字符。开关量：一些两个状态的量。开关量：一些两个状态的量。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信号和从外设发信号和从外设发来的中断信号等。来的中断信号等。MPUI / O设置设置数据状态控制第2页/共40页第1页/共40页2021/10/10第3页/共40页第2页/共40页2021/10/10Note:1.一个外设与一个外设与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

2、据端口数据端口 控制端口控制端口 状态端口状态端口有时可以合用第4页/共40页第3页/共40页2021/10/10 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 为端口地址。为端口地址。 3.CPU对外设的访问实际上是通过对对外设的访问实际上是通过对I/O端口的访问端口的访问来实现的来实现的-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路通道也就是可以传送和暂存数据的实际通路,所所以以 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2021

3、/10/10ABDBCBCPUI/O接接口口I/O设备设备 端口数据控制状态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2021/10/10第7页/共40页第6页/共40页2021/10/102：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数数据。据。（2）I/O接口有较大的编址空间。接口有较大的编址

4、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进行操作的控制引脚。进行操作的控制引脚。第8页/共40页第7页/共40页2021/10/10第9页/共40页第8页/共40页2021/10/10 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进行操作的控制引脚。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指令，可与访问存储器的指令区分。令区分。（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

5、。（4） 指令格式较短，执行时间也短。指令格式较短，执行时间也短。第10页/共40页第9页/共40页2021/10/10第11页/共40页第10页/共40页2021/10/10n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系列采用I/O(input/output)指令访问端口，实现数据的I/O传送。n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：nIN AL,PORT ；输入nOUT PORT,AL ；输出n这里，PORT是一个8位的字节地址。n例如：nIN AL,60H ；60H为系统板82

6、55A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2021/10/10n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nMOV DX, H nOUT DX,AL ；8位传送n这里， H 为16位的两字节地址。n 例如：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2021/10/10n2. I/O端口访

7、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 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2021/10/10 3 I/O端口地址分配n一、I/O接口硬件分类nI/O接口的硬件分成两类：n1.系统板上的I/O芯片如定时/计数器、中断控制器、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

8、、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2021/10/10 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，把I/O空间分成两部分。 PC微机I/O地址线可有16根，对应的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2021/10/10表2.1 系统板上接口芯片的端口地址nI/O芯片名称 端口地址nDMA控制器1 00001FHnDMA控制器2 0C00DFH nDMA页面寄存器

9、 08009FHn中断控制器1 02003FHn中断控制器2 0A00BFH 定时器 04005FHn并行接口芯片（键盘接口） 06006FHnRT/CMOS RAM 07007FHn 协处理器 0F00FFH第17页/共40页第16页/共40页2021/10/10表表2.22.2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nI/0接口名称 端口地址n游戏控制卡 20020FHn并行口控制卡1 37037FHn并行口控制卡2 27027FHn串行口控制卡1 3F83FFHn串行口控制卡2 2F02FFHn原型插件板（用户可用） 30031FHn同步通信卡1 3A03AFHn同步通信

10、卡2 38038FHn单显MDA 3B03BFHn彩显CGA 3D03DFHn彩显EGG/VGA 3C03CFHn硬驱控制卡 1F01FFHn软驱控制卡 3F03F7HnPC网卡 36036FH第18页/共40页第17页/共40页2021/10/10n三、I/O端口地址选用的原则n凡是被系统配置占用了的地址一律不能使用；n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。n用户可使用300H31FH地址。第19页/共40页第18页/共40页2021/10/10 4 I/O端口地址译码n一、I/O地址译码电路工作原理及作用n1. 译码电路的输入信号nI/O地址译码电路不仅仅与地址信号有关

11、，而且与控制信号有关。n二、I/O地址译码方法n高位地址线与CPU的控制信号进行组合，经译码电路产生I/O接口芯片CS的片选。n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2021/10/10n三、I/O端口地址译码电路设计n1.固定式端口地址译码n固定式是指接口中用到的端口地址不能更改。n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。n分析：若要产生2F8H端口地址，则译码电路的输入地址线就应具有如下所示的 值。n 译码电路输入地址线的值n地址线 0 0 A9

12、A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 n二进制 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 n十六进制 2 F 8 第21页/共40页第20页/共40页2021/10/10译码电路输入： 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2021/10/10A9A8A7A3A2A1A0AENIOR&Y第23页/共40页第22页/共40页2021/10/10当执行指令： MOV DX，2F8H I N AL，DX 时， Y=0 ，对应端口被选中第

13、24页/共40页第23页/共40页2021/10/10 例 用门电路设计地址为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2021/10/10例 使用专用译码器LS138设计PC机主板接口的译码 电路。 LS138译码器功能：当控制信号G2A=0 ，G2B=0 G=1，对应ABC任一组合，Y0Y7中一定有一个为（0）。第26页/共40页第25页/共40页2021/10/10 74LS138译码器输入与输出对应关如下：C B A 输出0 0 0/Y0=0 其它输出为高电平0 0

14、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/共40页2021/10/10A /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

15、28页/共40页第27页/共40页2021/10/10n2.可选式端口地址译码-即 采用比较器设计可选址的译码n 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，A9A8A7A6采用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2021/10/10A0A1A2A3B0B1B2B3A=B A=BA B C /G2A/G2BG1A5A6A7A8SWLS138/Y

16、0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7A2A3A4A5AENVCC第30页/共40页第29页/共40页2021/10/10n例：设计扩展板上的I/O端口地址译码电路，要求让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2021/10/10条件：必须在已知并确信外设已准备就绪下，才能应用。条件：必须在已知并确信外设已准备就绪下，才能应用。（1） 输入操作的进行输入操作的进行输入时

17、，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指指令。令。 在这种传送方式中，微型机与外设间的数据传送由在这种传送方式中，微型机与外设间的数据传送由程序来控制程序来控制。第32页/共40页第31页/共40页2021/10/10三太缓冲器地址译码器M/IO RDDATA数据来自外设此时，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。选中的地址信号与选中的地址信号与M/IO及及RD信号相信号相与与，选通缓冲，选通缓冲器，同时外设数据经数据总线输入器，同时外设数据经数据总线输入CPU。1CPU第33页/共40页第32页/

18、共40页2021/10/10地址译码器锁存器CE1M/IORD地址总线到外设此时，此时，CPU信息经数据总线输出到锁存器，端口地址送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，由它把信息通过外设输去选通锁存器，信息保留其中，由它把信息通过外设输出。出。CPU第34页/共40页第33页/共40页2021/10/10测试I/O设备状态准备就绪？启动执行数据传送I/O设备暂停结束NY例如：程序TEST:IN AL ,2: 将二将二号端口内容送于号端口内容送于AL .AND 0010H; 为析取第为析取第四位而屏蔽其余各位四位而屏蔽其余各位.JZ TEST; 若忙若忙,则转向则转向TEST,循环测试循环测试.IN AL, 1; 1号端口数号端口数据输入至累加器据输入至累加器A;第35页/共40页第34页/共40页2021/10/10如图：oEN输入EN输入输出其中EN开门： 输入为1时输出为1输入为0时输出为0其中EN关门： 输入