1、第7章,輸入輸出接口總論,I/O接口,CPU與I/O設備的連接方法 直接連接：CPU速度快，I/O設備速度低，兩者連接導致效率低 利用I/O接口連接：CPU通過指令訪問I/O接口，I/O接口通過硬件管理I/O設備。 I/O接口實質(zhì)上就是I/O控制器，是CPU和I/O設備之間連接的電路。,教材第160頁,教材第160頁,I/O接口功能,執(zhí)行CPU命令 CPU將對I/O設備的操作表達成為控制字，I/O接口對控制字譯碼并執(zhí)行 接收外設狀態(tài) 與I/O設備進行數(shù)據(jù)傳輸 與CPU聯(lián)絡 與CPU進行數(shù)據(jù)傳輸,教材第161頁,I/O接口分類,通用接口 串行接口 并行接口 中斷控制 DMA控制 定時器/計數(shù)器

2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,專用接口 專用I/O接口與附加電路一起組成適配器，作為I/O設備的控制器 顯示適配器 軟磁盤適配器,教材第162頁,I/O接口分類,智能接口 具有CPU處理能力的接口，如單片機,簡單接口 鎖存器或緩沖器等,教材第162頁,IBM-PC中的通用接口(芯片組),主機與外設之間的傳輸信息,數(shù)據(jù)信息 狀態(tài)信息 控制信息,教材第163頁,I/O端口,I/O端口是I/O接口電路中能被CPU訪問的單元，稱端口。 端口用來保存CPU和I/O設備之間傳遞的信息。不同I/O接口中包含的端口數(shù)不同。 I/O端口分類 數(shù)據(jù)端口 控制端口 狀態(tài)端口,教材第163頁,I/O端口編址方式,每一個端口有一個唯一的

3、地址，稱為端口地址。 一個I/O接口電路中可以有若干個端口地址。 給端口分配地址，稱為端口的編址方式 統(tǒng)一編址方式：I/O端口與存儲器統(tǒng)一進行編址，不需要專用的I/O指令?？臻g總量少。 獨立編址方式：I/O端口單獨編址。專用的I/O指令，空間總量大。,教材第164頁,I/O端口編址方式,MOV AL, 10H ;對內(nèi)存操作 AL=5 IN AL, 10H ;對端口操作 AL=6,例,獨立編址時訪問不同地址空間用不同的指令內(nèi)存和I/O空間分布如圖所示，不同指令執(zhí)行結(jié)果,例 ,內(nèi)存和I/O空間 統(tǒng)一編址時，若定義00H-9FH為內(nèi)存空間，0AH-0FFH為I/O空間。 Mov al,10h al=

4、05h Mov al,0feh al=06h,I/O地址空間及其分配,PC機I/O地址空間是由16位地址構(gòu)成的，共64KB I/O地址空間，地址范圍0000HFFFFH。 實際上1KB地址空間就足夠用了，只需10位地址構(gòu)成，地址范圍000H3FFH,教材第164頁,系統(tǒng)板上接口芯片的端口地址,教材第165頁,擴展槽上接口控制卡的端口地址,教材第165頁,某臺PC機上的I/O端口的地址分配圖,例,找出PC機上的端口地址分配，和教材目錄中每章節(jié)的內(nèi)容對應,I/O指令,獨立編址方式下，采用專門的I/O指令訪問I/O空間。 指令操作碼為IN/OUT 。IN表示從I/O端口輸入數(shù)據(jù)，OUT表示從CPU將

5、數(shù)據(jù)送往I/O端口。 尋址方式有直接尋址和間接尋址。直接尋址適用于端口地址范圍在00-0FFH之類的。間接尋址適用于端口地址范圍大于0FFH的。,教材第54頁,輸入指令IN,port 為數(shù)字形式的端口地址, 大小為0255 或0FFH,輸出指令OUT,尋址方式,直接尋址 當端口號在0 FFH，即0 255時，可在指令中直接指定端口號 IN AL, 21H OUT 20H, AL 當端口號FFH，即255時,需把端口號放在DX寄存器中，DX是一個16位寄存器，范圍在0 FFFFH之間 MOV DX,03B8H IN AL,DX 或者 MOV DX,03B8H OUT DX,AL,教材第55頁,例

6、,IN AL, 218H MOV DX, 218H IN AL, DX,OUT 219H, AL MOV DX, 219H OUT DX, AL,判斷下面輸入輸出指令的正誤,I/O端口地址譯碼技術,CPU對I/O端口操作，首先要對端口進行尋址 CPU用IN/OUT指令中的端口地址，送到地址總線上，經(jīng)I/O端口地址譯碼電路，尋找到相應的某個端口，然后進行數(shù)據(jù)讀寫操作。,教材第166頁,I/O端口地址譯碼技術,I/O端口地址譯碼技術常用的3種 用門電路進行接口地址譯碼 用74LS138譯碼器進行譯碼 用比較器進行地址譯碼 I/O地址譯碼電路設計時要考慮cpu的A0-A9地址線和讀寫控制信號，一起產(chǎn)

7、生接口芯片的選擇信號,教材第166頁,外 設,數(shù)據(jù)線,接 口 電 路,PC 總 線,數(shù)據(jù)線,片 選 譯 碼,高 位 地址線,控制線,低位地址線,I/O端口地址譯碼原則,I/O指令執(zhí)行過程,IN指令執(zhí)行過程 CPU在地址總線上送出I/O端口地址 地址總線上地址經(jīng)地址譯碼電路產(chǎn)生接口芯片內(nèi)的端口選擇信號 端口內(nèi)的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送至cpu數(shù)據(jù)總線 Cpu數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)傳送到AX/AL中 OUT指令執(zhí)行過程 CPU在地址總線上送出I/O端口地址 地址總線上地址經(jīng)地址譯碼電路產(chǎn)生接口芯片內(nèi)的端口選擇信號 Cpu中AX/AL數(shù)據(jù)送出到數(shù)據(jù)總線 Cpu 數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)傳送到接口芯片的數(shù)據(jù)線，進入數(shù)據(jù)端口,

8、例,Cpu內(nèi)部執(zhí)行程序，當遇到IN/OUT指令時，cpu通過外部信號線送出控制信號、數(shù)據(jù)信號、地址信號。這些信號分別送到相連的接口芯片、譯碼芯片，相關電路工作，完成程序功能。 有程序如下： mov al,3 mov dx,218h out dx,al mov dx,219h in al,dx 程序運行過程演示,用門電路進行接口地址譯碼,最基本的地址譯碼方法，采用與門、與非門、反相器、或門等門電路構(gòu)成譯碼電路。,【例】,某接口內(nèi)部有4個端口 4個端口的地址為 2F0H 2F1H 2F2H 2F3H,教材第166頁,例,譯碼電路訪問的端口地址是1011111000=2F8H， 端口是只讀型的,例,

9、譯碼電路訪問的端口地址是：1011111000=2F8H 端口是可讀可寫型的,例,譯碼電路訪問的端口地址是1011110000=2F0H， 該端口是只讀型的,用74LS138譯碼器進行地址譯碼,74LS138是3-8譯碼器，芯片邏輯和功能為,教材165頁,A Y0 B Y1 C Y2 Y3 G1 Y4 G2A Y5 G2B Y6 Y7,【例】,系統(tǒng)需要多個I/O接口,每個接口內(nèi)有多個端口,教材第167頁,例,下面各芯片的端口地址范圍是多少,例,分析結(jié)果,例,下面各芯片的端口地址范圍是多少,例,各芯片的端口地址范圍是,例下面各芯片的端口地址范圍是多少,例,各芯片的端口地址范圍是,例,設計系統(tǒng)板上

10、5個接口芯片的I/O端口地址譯碼電路，并且預留每個接口芯片內(nèi)部的端口數(shù)目為32個。,例,已知并行接口芯片8255A有4個端口，片選信號 CS 為低電平有效。試設計一個譯碼電路，使該芯片的4個端口地址為2F0H2F3H,例,一個芯片共8個端口，設計譯碼地址，使端口范圍為2A8H2AFH,例2-16,8片芯片，每片一個端口，設計譯碼地址，使端口范圍為2A8H2AFH,例,設計端口地址為218H的譯碼電路，分別采用 （1）用門電路實現(xiàn) （2）用譯碼器實現(xiàn),例,用門電路實現(xiàn),PC總線,例用譯碼器實現(xiàn),用比較器進行地址譯碼,教材第167頁,I/O傳送控制方式,程序控制方式(Programed direc

11、t control) 無條件傳送：在傳送數(shù)據(jù)時，不論外設的狀態(tài)，執(zhí)行輸入輸出指令進行數(shù)據(jù)傳送。優(yōu)點是程序簡單、硬件簡單 條件傳送：處理機在執(zhí)行輸入輸出指令數(shù)據(jù)傳送前，先查詢一下外設的狀態(tài)，當外設準備好了才傳送，否則一直等待并查詢外設狀態(tài)。缺點是CPU在絕大多數(shù)時間處于等待I/O設備完成數(shù)據(jù)傳送的循環(huán)測試中，造成對cpu的極大消費 中斷(Interrupt transfer)方式 中斷方式時，cpu可以在沒有中斷請求來時，執(zhí)行主程序，當有中斷請求來的時候，執(zhí)行中斷子程序。可以很好地提高CPU利用率。 DMA (Direct memory access)方式 DMA方式是由DMA控制器硬件完成外設和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換，而不通過cpu 。這樣可以減輕cpu 的負擔。,例