第一章第二部分 端口地址及译码技术

11.3I/O端口地址译码技术第一节I/O端口及其编址方式

第二节I/O端口地址分配

第三节I/O端口地址译码

2一、I/O端口和I/O操作1.I/O端口

I/O接口(Interface)电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址称之为端口(PORT)。

CPU通过这些端口发送命令、读取状态和传送数据。一个接口可有几个端口。如命令口、状态口、数据口等。编程时只需指明端口地址即可。2.I/O操作I/O操作是针对I/O端口的，而不是对I/O设备本身的。第一节I/O端口及其编址方式3二、端口地址编址方式

1.统一编址

把I／O端口与存储器进行统一的编址。

这就不需要专门的I／O指令。就把I／O端口当作存储器单元一样进行访问。由于访存指令相当丰富，所以，既可用端口实现输入／输出，还可对端口内容进行处理。

另外，能给端口有较大的编址空间。这对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的。

缺点是端口占用了存储器的地址空间、使存储器容量减小，另外指令长度比起专门I／O指令要长，因而执行时间较长。

42.独立编址

这种方式是接口中的端口单独编址而不占用存储空间，大型计算机通常采用这种方式。有些微机，如IBM-PC系列也采用这种方式。

这种方式的优点：

①专门的I／O指令对端口操作，可读性好，指令短，执行速度快。

②端口单独编址，不会与存储器地址相互混淆。

5三、独立编址方式的端口访问

通过I/O指令访问I/O端口

在汇编语言中有I/O指令。用于I/O端口与累加器(AX、AL)之间的数据传送。

在I／O指令中有单字节地址或双字节地址寻址方式。用单字节作为端口地址，则最多可访问256(0~0FFH)个端口。若用双字节地址作为端口地址，则最多可寻址216＝64K个端口。

系统主板上的I／O端口，采用单字节地址。在I／O扩展槽上的接口控制卡上，采用双字节地址。

I/O指令格式为；

输入

INAX/AL，PORT/DX

输出

OUTPORT/DX，AX/AL

这里，PORT是一个8位的字节地址。6第二节I/O端口地址分配进行接口设计，必须了解系统的端口地址的分配情况，只能使用那些允许用户使用的空闲端口。

7一、I／O接口硬件分类

按照I/O接口设备的配置情况，I/O接口的硬件分成两类：

(1)系统板上的I／O芯片。这些芯片大多是可编程的大规模集成电路，完成相应的接口操作。如定时／计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口以及利用单片机构成的键盘控制器等。

(2)I／O扩展槽上的接口控制卡。这些控制卡(适配器)是由若干个集成电路按一定的逻辑组成的一个部件，如软驱卡、硬驱卡、图形卡、打印卡、串行通信卡等。8二、I／O端口地址分配

不同的微机系统对I／O端口地址的分配不同。

PC系统提供了16根I/O地址线中的A9~A0这10根作为I／O端口地址寻址。共1024个端口。又根据I／O接口的硬件分类把它们分成两部分：1.前512个端口供系统板上的I／O接口芯片使用2.后512个端口归扩展槽上I／O接口控制卡使用PC／AT系统作了一些改动，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，

9实际上有的I／O接口可能仅用到其中的前几个地址。例如，8255A只用了60H~63H四个口地址。10留给用户使用的是300H~31FH。11第三节I/O端口地址译码

每当CPU执行IN或OUT指令时，就进入了I／O端口读／写周期。此时CPU首先给出端口地址，然后是I／O读写控制信号IOR、IOW以及其它一些控制信号有效，由端口地址同这些控制信号相结合来控制对I／O端口的读/写操作。具体是针对众多端口中的哪个端口进行操作呢?这就需要一个选中信号来选定一个特定端口。这个选中信号必须由上述地址信号和控制信号逻辑组合而产生。12一、I／O地址泽码电路工作原理及作用译码电路的输入信号

I／O地址译码电路的输入信号有两类：

(1)地址信号：

A0~A9这10根地址线。

(2)控制信号：I／O地址译码电路除了要接受所限定的地址信号之外，还要通常还需要考虑下面的一些控制信号。如：

①利用、、、、等信号控制端口的读写。

②用AEN信号控制非DMA传送。AEN=0为非DMA操作。13由上可见，在设计地址译码电路时，除了精心选择地址信号，还要考虑CPU对I／O端口进行操作的有关控制信号，合理选用地址信号和控制信号去形成地址译码电路。

注意：上述控制信号是8086的，若选用不同的CPU时，应先弄清控制信号的名称和功能、逻辑定义等才可使用。

142.译码电路的输出信号

译码电路的输出信号是一根低电平有效的选中线。当一个芯片被选中时，它内部的数据线打开，并与系统总线相连，于是接口电路与系统总线接通。15二、I／O地址译码方法

I／O端口地址译码的方法灵活多样，可由地址和控制信号的不同组合去译码。一般原则是把地址分为两部分：一部分高位地址线+某些控制信号→片选信号。另一部分低位地址线实现I／O接口芯片的片内端口寻址，即访问片内的寄存器。片内寻址所需的地址线根数由接口中的寄存器的个数决定。如，8255A包含4个寄存器，则需2根低位地址线(A1、A0)即可。16三、I／O端口地址译码电路设计

译码电路的形式可分为固定式和可选式译码。若按译码电路采用的元器件来分，则可分为门电路译码和译码器译码。171．固定式端口地址译码所谓固定译码是指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。(1)用门电路进行端口地址译码这是最基本的端口地址译码方法．它一般多采用门电路(如与门、或门、与非门、或非门及反相器等，如74LS08(四2输入与门)、74LS04(六反相器)、74LS32(四2输入或门)、74LS30(八输入与非门)等)。

例1：设计I/O端口地址为2F8H的只读译码电路。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表2.3所示的值。表2.3译码电路输入地址线的值地址线00A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0

二进制001011111000十六进制2F81.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。固定式端口地址译码电路：20例2：设计一个I/O端口地址为316H的能执行读／写操作的单端口地址译码电路。分析：①对应于地址316H的地址线A9~A0的值为1100010110B。②由于是非DMA操作，所以必须使用控制信号AEN，且地址信号译码必须在AEN=0时有效③题目要求能进行读写两种操作，所以还必须有控制信号=0和=0。由于读写操作要作用到同一个端口上，但它们是相互独立的操作，需要生成各自的选中信号。因此，我们只能先用A9~A0、AEN这11个信号进行组合译码，产生一个端口的选中信号。然后，将此信号分别与读写信号组合，形成选中同一端口的两个读/写信号。

21根据分析，由于输出信号只在输入信号A9~A0、AEN、为110001011000时输出选中信号

(读)=0，所以不必列出真值表，可直接写出译码电路的逻辑表达式：同理可得：选用集成门电路：74LS30(八输入与非门、74LS20(双4输入与非门)。由上两式可得所要求的地址译码电路：2223(2)用译码器进行端口地址译码

若接口电路中需要产生多个端口地址时，则采用译码器译码比较方便。译码器的型号很多，如3-8译码器74LS138，8205；4-16译码器74LS154；双2-4译码器74LS139和74LS155等。24例3(书例P16)：使用74LS138设计PC机系统板上的I/O端口地址译码电路，实现接口芯片(DMAC(8237)、PIC(8259)、T/C(8253)、PIO(8255A)的片选，并且让每个接口芯片内部的端口数目为32个。分析：通过前几节课的学习，我们已知：设计对接口芯片进行片选的地址译码电路需要有关的若干高位地址信号和控制信号，正确的选出这些信号是关键。251.地址信号的分析与选择：①PC机提供的用于I/O端口寻址的地址信号是：

A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0，共10位。系统板上A9A8=00②片内需寻址32个口，共需要低位地址线5根，选A4A3A2A1A0③选A7A6A5作为译码器译码输入信号。262.控制信号的选择

用AEN信号来禁止译码电路在DMA方式下工作。

非DMA操作时AEN=0，

DMA操作时AEN=1。273.译码器的选用：采用3-8译码器74LS138。这也正合题目要求3-8译码器所需的信号分析：①3-8译码器允许信号的要求是：G1=1以及。即G1必须为高电平，后2个信号必须为低电平。这些要求必须用上述的地址和控制信号来满足:根据前面的分析：(=1)→G1

，

A9(=0)→G2A

A8(=0)→G2B。②3-8译码器的译码输入信号：用A7A6A5担当。28由上分析可得如下译码电路：

292.可选式端口地址译码这种译码电路能适应不同的地址分配场合，有利于系统扩充。其电路可由地址开关、译码器、比较器或异或门等元器件组成。30

比较器工作原理：

常用的比较器有4位比较器74LS85、8位比较器74LS688。现用74LS85为例介绍：①比较数据输入端：A0~A3、B0~B3

接收2组进行比较的4位数据②比较方式选择控制端：A>B、A<B或A=B用于选择比较方式。方法：给选用的控制端提供高电平1。在地址译码中仅使用相等比较(A=B)。其余控制端A>B和A<B可为任意值，通常接低电平0(地)。③比较结果输出信号：FA=B满足比较条件时FA=B=1，否则FA=B=031例3(书P16)：设计扩展板上的I/O端口地址译码电路。要求扩展板上最多可寻址8个接口芯片，每个芯片的内部端口数目为4个。并且，端口