数据端口由锁存器实现基本输入输出接口34查询方式的典型课件

微型计算机系统微型计算机系统第六章：基本输入输出接口教学提示：按照冯·诺依曼对计算机的划分，计算机包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个大的部分。在前面的章节中，我们主要介绍了CPU与存储器之间的数据传送和数据处理。但是，计算机要与外界联系，就必须通过输入设备接收信息、通过输出设备发送信息，在本章中我们主要介绍这部分知识。教学要求:通过本章学习，需要掌握输入/输出接口的基本概念，掌握I/O接口的分类和基本功能，掌握CPU与外部设备数据传送的几种基本方式和相关的指令2CompanyLogo第六章：基本输入输出接口教学提示：教学要求:2Company基本内容:6.1I/O接口概述6.1.1I/O接口的主要功能

6.1.2I/O接口

6.1.3I/O端口的编址方法

6.1.48088/8086的输入/输出指令6.2I/O接口的数据传送方式6.2.1无条件传送方式及其接口

6.2.2查询传送方式及其接口

6.2.3中断传送方式及其接口

6.2.4DMA传送方式第六章：基本输入输出接口3CompanyLogo基本内容:6.1I/O接口概述第六章：基本输入输出接§6.1I/O接口概述输入/输出设备的种类十分繁杂，各自有着不同的电平信号、数据格式、传送速度等，通常与CPU的访问信号是不协调的，所以CPU一般不能直接访问这些输入/输出设备，而是要在CPU和输入/输出设备之间安置一个接口电路，通过接口电路的转换，使得来自输入设备的信号能够被CPU读取、CPU的输出信号能够被输出设备接受。第六章：基本输入输出接口4CompanyLogo§6.1I/O接口概述输入/输出设备的种类十分

用于连接CPU和外部设备，并进行相应信号转换的电路称为I/O接口电路(或接口电路)。

计算机

外设接口键盘鼠标CRT打印机绘图仪第六章：基本输入输出接口5CompanyLogo用于连接CPU和外部设备，并进行相应信号转换

I/O接口的基本功能是能够根据CPU的要求对I/O设备进行管理与控制，实现信号逻辑及工作时序的转换，保证CPU与外设之间能进行可靠有效的信息交换。

1、对输入/输出的信号进行变换

输入/输出设备的信号与CPU的信号在数据格式、电平高低、传送速度等方面有着很大的差别，所以接口电路就需要把这些信号变换成适合对方的形式。第六章：基本输入输出接口6CompanyLogoI/O接口的基本功能是能够根据CPU的要求对I/O设

2、对输入/输出的数据进行缓冲和锁存

通常输入/输出设备的工作速度比CPU都慢很多，而且CPU的工作繁忙，所以要对输入/输出的数据进行缓冲和锁存，有效地提高整个计算机的工作效率。第六章：基本输入输出接口7CompanyLogo2、对输入/输出的数据进行缓冲和锁存第六章：基本输入输（1）输出时，数据必须锁存。

CPU输出某个数据后，马上就要进行后续的其他工作，而这时输出设备还没取走该数据，这就需要接口电路（通常采用锁存器）把CPU输出的数据锁存下来，供输出设备读取。第六章：基本输入输出接口8CompanyLogo（1）输出时，数据必须锁存。第六章：基本输入输出接口8Com

（2）输入时，数据必须进行缓冲隔离。当输入设备向CPU送来一个数据时，此时CPU可能正在使用数据总线进行其他相关工作，所以需要接口电路（通常采用三态缓冲器）对数据进行缓冲。待CPU有空来选通接口电路读取这数据。第六章：基本输入输出接口9CompanyLogo（2）输入时，数据必须进行缓冲隔离。第六章：基本输入输出

3、完成设备的选择和寻址

一个计算机系统中，需要通过许多接口电路连接了许多外部设备，当CPU访问到该接口电路中寄存器时，应执行相应的读写操作，而当CPU访问其他接口电路中寄存器时，则这个接口电路不应操作。第六章：基本输入输出接口10CompanyLogo3、完成设备的选择和寻址第六章：基本输入输出接口10§6.1.2I/O接口1、数据信息、状态信息及控制信息

CPU和外设之间传送三种信息—数据信息、控制信息和状态信息。数据信息:有数字量、模拟量和开关量三种类型：数字量：以二进制码形式提供的信息。开关量：用2个状态表示的信息。模拟量：指由传感器等提供的由物理量转换成的相应的连续变化的电信号。第六章：基本输入输出接口11CompanyLogo§6.1.2I/O接口1、数据信息、状态信息及控制信息

状态信息——表征外设的工作状态对输入接口,外设是否准备好发送数据，“READY”准备好?对输出接口,外设是否准备好接收数据，“BUSY”外设忙吗?控制信息——CPU控制外设工作的命令

CPU通过接口发出的命令，如A/D转换器的启/停信号，设置外设的工作模式等。第六章：基本输入输出接口12CompanyLogo状态信息——表征外设的工作状态控制信息——CPU控制外

2、接口与端口

接口(Interface)—CPU与外设之间传递信息的控制电路，是CPU与外设之间传送信息的一个“界面”、一个连接部件。端口（Port）—接口中可以由CPU进行读或写的寄存器。第六章：基本输入输出接口13CompanyLogo2、接口与端口接口(Interfac按照存放的信息类型进行分类，端口可以分成数据端口、状态端口、控制端口3种：数据端口:存放外部设备传送来的数据，供CPU读取或存放CPU输出的数据，并传送给外部设备；状态端口:用于暂存外设的状态信息，供CPU读取；控制端口:用于存放CPU发送给外设或接口的控制信息，控制外设或接口的工作方式。第六章：基本输入输出接口14CompanyLogo按照存放的信息类型进行分类，端口可以分成数据端口、状典型的接口电路示意图如图所示：

CPU就是通过访问这些I/O端口，完成控制外部设备、了解外设的工作状态、与外设进行数据传送等操作的。第六章：基本输入输出接口15CompanyLogo典型的接口电路示意图如图所示：CPU就是通过访问这§6.1.3I/O端口的编址方法（寻址方式）

为了区分接口电路的各个寄存器，系统为它们各自分配了一个地址，称为I/O端口地址，以便对它们进行寻址。

I/O端口有两种编址方式：存储器映像编址方式、I/O独立编址方式。

1、和存储器统一编址（存储器映象编址）方式存储器和I/O端口共用统一的地址空间，每一个端口视为一个存储单元；第六章：基本输入输出接口16CompanyLogo§6.1.3I/O端口的编址方法（寻址方式）访问I/O端口同样用MOV指令，所有访问存储器的指令（包括存储器的算术、逻辑运算指令）都可用于I/O端口，系统编程比较灵活；I/O占用了一部分内存空间；指令的机器码较长，执行时间也长；第六章：基本输入输出接口17CompanyLogo访问I/O端口同样用MOV指令，所有访问存储器的指令（包括存采用存储器与I/O接口统一编址的计算机系统的示意图如右图所示。该系统中存储器单元和I/O接口一共有64K(地址是0000H～FFFFH)，其中地址为3000H～37FFH的部分是I/O接口，其余部分是存储器单元，实际存储器有62K个单元。第六章：基本输入输出接口18CompanyLogo采用存储器与I/O接口统一编址的计算机系统的示

2、端口独立编址方式存储器和I/O接口各自使用不同的地址空间。8086/8088系统中，存储器的地址范围是FFFFFH～00000H，I/O接口的地址范围是0000H～FFFFH；CPU利用专门的输入/输出指令访问I/O接口；I/O接口不占用存储器的空间；I/O端口的地址码较短，译码电路比较简单，程序比较清晰；程序设计灵活性较差，I/O指令的功能一般不如存储器访问指令丰富，程序设计灵活性较差。第六章：基本输入输出接口19CompanyLogo2、端口独立编址方式存储器和I/O接口各自使用不同的地址空8088/8086系统中存储器和I/O接口之间的关系如图所示。存储器和I/O接口的地址是各自独立的，存储器的地址范围是00000H～FFFFFH，I/O接口地址范围是0000H～FFFFH，相互之间完全独立。第六章：基本输入输出接口20CompanyLogo8088/8086系统中存储器和I/O接口之间的关系如图所示§6.1.48088/8086的输入/输出指令

在8088/8086为CPU的计算机系统中，I/O接口的编址采用的是独立编址方法，系统中I/O接口的地址范围是FFFFH～0000H。

8088/8086指令系统中有专门访问I/O接口的输入/输出指令：

1、输入指令IN

（1）指令格式1：INAL，n

；指令中目的操作数必须是累加器，

n为端口号（端口地址）必须≤FFH

指令功能：把地址为n的端口的8位信息传送给AL；

第六章：基本输入输出接口21CompanyLogo§6.1.48088/8086的输入/输出指令

例：INAL，20H

该指令把20H端口的内容送到AL寄存器中。（2）指令格式2：INAL，DX

；

指令功能：用DX间接寻址，把DX表示端口地址的端口的8位信息传送给AL；

DX为0000-FFFFH的值；例：MOVDX，200HINAL，DX

实现将200H号端口的内容送入AL第六章：基本输入输出接口22CompanyLogo例：INAL，20H（2）

(3)指令格式3：INAX，n

指令功能：读入n、n+1两个I/O端口的内容，分别送入AL和AH。

例：INAX，20H

；

一次读入20H、21H两个端口的内容，分别送入AL和AH中

(4)指令格式4：INAX，DX

指令功能：用DX间接寻址，读取由DX和DX+1表示端口地址的两个端口的内容，分别送入AL和AH中。

例：MOVDX，200HINAX，DX。用这两条指令，输入200H和201H号端口的内容，分别送入AL

和AH中。第六章：基本输入输出接口23CompanyLogo(3)指令格式3：INAX，n(

2、输出指令

(1)指令格式1：OUTn，AL

指令功能：把AL的信息传送给地址为n的端口；

例：OUT20H，AL。该指令把AL寄存器的内容送到20H端口中；第六章：基本输入输出接口24CompanyLogo2、输出指令(1)指令格式1：OUT

(2)指令格式2：OUTDX，AL

指令功能：把AL中的信息传送给由DX表示端口地址的一个端口；

例：MOVDX，200H

OUTDX，AL

利用这两条指令，可以把AL寄存器的内容，送入200H号端口。第六章：基本输入输出接口25CompanyLogo(2)指令格式2：OUTDX，AL第六章

(3)指令格式3：OUTn，AX

指令功能：该指令一次把AL和AH内容，分别送入地址为n和n+1的两个I/O端口中。例：OUT20H，AX

把AL和AH的内容，分别送入20H、21H两个端口中。第六章：基本输入输出接口26CompanyLogo(3)指令格式3：OUTn，AX第六章：基本输

(4)指令格式：OUTDX，AX

指令功能：该指令一次把AL和AH中的内容，分别送入由DX和

DX+1表示的两个端口。

例：MOVDX，200H OUTDX，AX

利用这两条指令，把AL和AH中的内容,分别送入200H和201H号两个端口。第六章：基本输入输出接口27CompanyLogo(4)指令格式：OUTDX，AX第六章：§6.2I/O接口的数据传送方式

CPU与I/O接口进行数据传送的方式也有多种形式，常见的有：无条件传送方式、查询传送方式、中断传送方式、DMA传送方式。无条件传送方式、查询传送方式又称为程序控制传送方式。第六章：基本输入输出接口28CompanyLogo§6.2I/O接口的数据传送方式第六章：基本输入输出接§6.2.1无条件传送方式及其接口CPU不检查外部设备的状态，直接进行数据传送的传送方式。简单，适用于慢速外设，CPU认为需要时，可以随时给这种外部设备输出数据或从这种外部设备上输入数据。如：LED（输出），乒乓开关（输入）无条件传送方式的接口只包含数据端口，输入端口时采用三态输入缓冲器实现数据端口，输出端口时采用锁存器实现数据端口；第六章：基本输入输出接口29CompanyLogo§6.2.1无条件传送方式及其接口CPU不检查外部设备

无条件输入／输出传送方式的典型接口电路：第六章：基本输入输出接口30CompanyLogo无条件输入／输出传送方式的典型接口电路：第六章：基本【例6.1】

CPU控制LED发光二极管不同的点亮状态，采用无条件传送方式，向接口输出数据。一个简单的发光二极管输出接口电路如图所示：每位触发器控制对应的发光二极管，触发器输出为“1”，发光二极管导通发光；触发器输出为“0”，发光二极管就不能发光；第六章：基本输入输出接口31CompanyLogo【例6.1】CPU控制LED发光二极管不同的点亮状态，【例6.2】

一个跳线开关输入接口电路如图所示。跳线开关是常用于系统的设置的输入装置，一般采用无条件传送方式，访问跳线开关装置。每个三态门对应一个开关。

如果某位跳线开关不短接（断开），则CPU读入该位的状态是“1”；如果某位跳线开关短接到地线上，则CPU读入该位的状态是“0”。第六章：基本输入输出接口32CompanyLogo【例6.2】一个跳线开关输入接口电路如图所示。跳线开关是§6.2.2查询传送方式及其接口

CPU在进行数据传送之前，先检查状态端口，如果外部设备当前处于“准备好”的状态，就进行数据传送；否则，再次检查状态端口，直至检测到外部设备“准备好”，再进行数据传送。读状态端口准备好读/写数据端口进行数据传送NYCPU的工作效率非常低接口包括数据端口和状态端口，状态端口由三态输入缓冲器实现；输入设备时，数据端口由三态输入缓冲器实现；输出设备时，数据端口由锁存器实现；第六章：基本输入输出接口33CompanyLogo§6.2.2查询传送方式及其接口CPU在查询方式的典型输出接口电路：

数据输出的工作过程：

(ⅰ)8088CPU在输出数据前，先要查询设备的状态，执行读状态端口操作，判断从状态口读入数据的D7位是1还是0，若为1表示设备忙，则等待后再查询；若为0表示设备空闲，CPU将数据写入数据端口，同时将状态触发器置1。之后重复以上的操作，周而复始。第六章：基本输入输出接口34CompanyLogo查询方式的典型输出接口电路：数据输出的工作过程：第六章：基(ⅱ)输出设备检测STB信号:为0时则等待；为1时，则进行数据处理；待数据处理完毕后，通过ACK

端发出负脉冲将状态触发器清0。第六章：基本输入输出接口35CompanyLogo(ⅱ)输出设备检测STB信号:第六章：基本输入输出接口【例6.3】

ADC0809是常用的模拟接口芯片，它把模拟电压信号转换成

8位数字信号，供CPU读取。◆向端口a写入要转换通道的地址。比如：要转换IN2通道的内容，就写入02H，0809内部将锁存该地址；◆启动ADC0809转换；◆

CPU将不断地读取端口b的EOC值，若该位为”0”，表示正在转换，继续查询端口b的EOC值；当该位是“1”时，表示转换已经完成了；这时CPU可以读取端口a，0809就可以把转换好的数据通过数据线送给CPU。接口电路的工作过程：a、b表示ADC0809的两个端口地址36CompanyLogo【例6.3】ADC0809是常用的模拟接口芯片，它把模拟电

若端口a的地址是1000H，b端口的地址是1001H，要读取IN2通道的内容，送入KIN2内存单元。以下为实现转换过程的程序：

MOVAL,02HMOVDX,1000HOUTDX,AL ;写入通道的地址，并启动转换的过程L0:MOVDX,1001HINAL,DX ;读取状态端口

ANDAL,01H（TESTAL，01H）

JZL0 ;如果EOC为0，则再次查询

MOVDX,1000HINAL，DX ;读取转换好的数据

MOVKIN2，AL第六章：基本输入输出接口37CompanyLogo若端口a的地址是1000H，b端口的地址是1001H，要读§6.2.3中断传送方式及其接口

CPU在某一时刻启动一台外设，然后继续执行其主程序，外设完成数据传送的准备后，向CPU发出“中断请求”信号，在CPU允许响应中断的条件下，现行主程序被“中断”，转去执行与I/O接口进行数据传送的“中断服务程序”，传送完成后再返回被中断的主程序，从断点处继续执行。第六章：基本输入输出接口38CompanyLogo§6.2.3中断传送方式及其接口CPU在

中断方式下CPU执行程序流程：CPU和外设大部分时间处在并行工作状态,只在CPU响应外设的中断申请后，进入数据传送的过程。中断传送方式提高了CPU的效率；虽提高了CPU的效率，但仍然是通过CPU执行程序