微型计算机原理(第6章)

第6章输入/输出系统2本章内容讲授学时4第6章输入／输出系统

6.1概述

6.2数据传送方式

6.3I／O端口地址译码与读写控制

本章重点端口分类I/O端口的地址译码微型机与I/O设备的信息交换方式456.1.1输入/输出接口功能不同类型的外设，需要配置不同功能的接口。接口功能根据需要有多种，复杂程度各不相同。通常需要提供数据缓冲信息格式的相容性变换管理数据传送进行地址译码选择设备电气特性适配中断管理时序控制等6.1概述

66.1.2输入输出接口信号类型及基本结构数据状态控制命令从含义和功能上来看，数据信息、控制信息和状态信息是各不相同的，必须分别传送，各有通路，我们称这些通路为端口(PORT)，三种端口的集合就是接口。6.1概述

CPU数据端口控制端口状态端口外部设备接口电路地址数据数据状态控制76.1.3I/O端口类型三类信息分别有寄存器（缓冲器）。数据端口：双向传输状态端口：单向输入控制端口：单向输出各端口可独立工作，可分别寻址。6.1概述

CPU数据端口控制端口状态端口外部设备接口电路地址数据数据状态控制8(1)I/O端口和存储器统一编址(2)I/O端口独立编址统一编址把外设接口与内存统一进行编址。各占据统一地址空间的不同部分。优点指令统一，灵活；访问控制信号统一，使用同一组的地址/控制信号。

缺点内存可用地址空间减小0地址空间(共1MB)内存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H6.1.4I/O端口编址方式6.1概述

9独立编址外设地址空间和内存地址空间相互独立。优点：内存地址空间不受I/O编址的影响缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制信号00000H内存地址空间内存空间(1MB)I/O空间(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空间0000H106.2.0输入输出指令直接的输入/输出指令间接的输入/输出指令直接的输入输出指令提供端口号。如：IN AL，50H ；将50H端口的字节读入ALIN AX，70H ；分别将70H、71H端口的内容读入AL、AHOUT44H，AL ；将AL中的内容输出到44H端口OUT80H，AX ；将AL、AH中的内容分别输出到80H、81H两端口

6.2数据传送方式11

间接的输入输出指令，地址由DX指出，如：

IN AL，DX ；从DX所指的端口中读取

IN AX，DX ；从DX和DX+1所指出的两个端口中读取

OUTDX，AL ；将AL中的字节输出到DX所指的端口中

OUTDX，AX ；将AL中的字节输出到DX所指的端口中，同时将AH中的字节输出到DX+1所指的端口中6.2数据传送方式12输入输出指令注意点：①只能用累加器作为执行输入输出的机构②寻址范围： 直接输入输出指令为0～255

间接输入输出指令为0～65535。6.2数据传送方式6.2数据传送方式CPU和输入输出设备之间有以下几类信号:（1）数据信息,又分为：

数字量

模拟量开关量（2）状态信息

（3）控制信息

146.2.1无条件传送方式这是一种简单的数据传送方式，适用于任何时候均处于“准备就绪”状态的外部设备，CPU可以随时执行I/O指令来完成数据传送操作。适用于总是处于准备好状态的外设优点：软件及接口硬件简单缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄156.2.2条件传送方式（程序查询方式）查询方式的三个环节：CPU从接口中读取状态字CPU检测状态字传送数据16RD接D7查询方式输入17SCAN: MOV DX,S_ADDR IN AL,DX TEST AL,80H JZ SCAN MOV DX,D_ADDR IN AL,DXD_PORTS_PORT接口18接D0“0”为空闲READY查询方式输出19将数据端口和状态端口共用一个，用SD_ADDR表示SCAN:MOV DX,SD_ADDR; 状态、数据共用端口 IN AL,DX TEST AL,1 JNZ SCAN MOV AL,DATA OUT DX,AL接口D_PORTS_PORT20适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“你准备好没有？”对外设的要求：应提供设备状态信息对接口的要求：需要提供状态端口优点：软件比较简单缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢21CPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进行数据传送时才中断CPU正在进行的工作，让CPU来为其服务。即CPU在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据，从而大大提高了CPU的利用率。优点：CPU效率高，实时性好，速度快。缺点：程序编制较为复杂。6.2.3中断方式数据传送6.2.4DMA数据传送方式(DirectMemoryAccess) DMA控制方式是一种完全由硬件（DMA控制器）完成输入/输出操作的工作方式，称为直接存储器存取控制方式。 DMA从CPU处接管系统总线的控制权，使存储器与高速外设之间直接进行数据交换，即外设数据可以直接写入存储器，存储器中的数据可直接读出送给外设，大大加快了数据传送的速度。23例题 1、设状态端口地址为60H，数据端口地址为61H，外部输入信息准备好状态标志位D0=1，请用查询方式写出读入外部数据的程序段。程序段:WT1：INAL，60H ；从状态端口读入状态信息

ANDAL，01H

；判断D0=1? JZWT1 ；D0=0，返回再读状态信息

INAL,，61H ；D0=1，从数据端口读入解：分析：这是查询输入。流程图：242、设状态端口地址为086H，数据端口地址为085H，外设忙碌状态D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区Buffer送出1000B的数据给外设的程序段。解：分析，这是查询输出。要求输出1000字节，流程图：25LEASI,Buffer ；取Buffer的有效地址送SIMOVCX,1000 ；循环次数W1:MOVDX,086H ；状态端口地址送DXINAL,DX

；从状态端口读入状态信息ANDAL，80H ；BUSY=0?JNZW1 ；BUSY=1，返回等待MOVAL,[SI] ；BUSY=0，取数据

MOVDX,085H ；数据端口送DXOUTDX,AL ；数据从数据端口输出 INCSI ；SI指向下一个字节数据LOOPW1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束26

、、A15

～A0OUT指令将使总线的信号有效IN指令将使总线的信号有效AEN为“地址允许”信号，ISA总线控制信号，和地址总线一起参加译码。

例如：某外设接口有4个端口，地址为2F0H～2F3H，则其基地址为2F0H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用来确定4个端口中的某一个。6.3I/O端口地址译码与读写控制27用门电路设计口地址译码电路28对1#端口的读操作指令MOV DX,34EHIN AL,DX对2#端口的写操作指令MOV DX,34EHOUT DX,AL29用译码器设计口地址译码电路30简单的输入接口举例83FCH～83FFH译码器

K6K7+5VI0I3D0-D7DO0DO7~74LS244E1E2≥1＆

A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15IOR系统总线信号≥1K5K4K3K2K1K0I1I2I4I5I6I731锁存器：由D触发器构成通常一个器件包含8个D触发器常用芯片：74LS273、74LS374应用例子：发光二极管接口简单的输出接口举例译码器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15IOW74LS273R32输入/输出接口综合应用例子根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号共阳极7段数码管结构用74LS244作为输入口，读入开关K0～K3的状态74LS244的地址假设为F1H用74LS273作为输出接口，把数据送到7段数码管74LS273的地址假设为F0H当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数码管上对应显示’0’～’F’(7段码表见下页)33

符号形状7段码.gfedcba符号形状7段码.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’0111000134F0H=0000000011110000F1H=0000000011110001O1I1O2I2O3I3O4I4E1

K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7

abcdefgDP74068个反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOWIORY0Y1&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0D0D1D2D3译码电路35相应程序段如下： ……Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H …… LEA BX,Seg7 ；取7段码表基地址 MOV AH,0GO:

MOV DX,0F1H ；开关接口的地址为F1H IN AL,DX ；读入开关状态

AND AL,0FH ；保留低4位

MOV SI,AX ；作为7段码表的表内位移量

MOV AL,［BX+SI］ ；取7段码

MOV DX,0F0H ；7段数码管接口的地址为F0H OUT DX,AL JMP GO36例：用查询方式进行输出 外设状态端口地址为3FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备