《计算机组成技术ch7_1_new.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成技术ch7_1_new.（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.概述 一.外部设备特点 由以上特点，对I / O 部分设计必须考虑两个问题： A 外设如何与CPU连接-必须通过I/O接口. B CPU如何寻址相应的I / O 设备-通过寻址与设 备对应的I/O端口. 。 （1）品种繁多。 （2）工作速度一般比CPU慢，且速度的分布也相当宽。 （3）信号类型与电平种类多样化。 （4）信息结构形式复杂。 第2章 输入与输出及I/O端口 地址译码 二. I/O接口和 I/O端口 1。I/O接口.(Interface) （1） I/O接口是一电子电路(以IC芯片或接口板形式出现 ),其内有若干专用寄存器和相应的控制逻辑电路构成.它是 CPU和I/O设备之间交换
2、信息的媒介和桥梁. （2）I/O接口的基本功能为: 进行端口地址译码设备选择 向CPU提供I/O设备的状态信息和进行命令译码 进行定时和相应时序控制。 对传送数据提供缓冲，以消除计算机与外设在“定时” 或数据处理速度上的差异。 提供计算机与外设间有关信息格式的相容性变换。 提供有关电气的适配 还可以中断方式实现CPU与外设之间信息的交换 （3）MPU与I / O之间的接口信号 数据：如二进制表示的字母，BCD码，ASCII码或字 符，开关量(一些两个状态的量) 状态信号：表示I/O状态的量,从外设发来的中断信号等。 控制信号：如CPU发出的R/W信号。 MPU I / O 设备 数据 状态 控
3、制 对CPU来说，外设状态信息须作为数据输入，而其控制 命令作为数据输出，为使它们与数据相互区别. 这三者必须从各自端口出入。 2. I/O端口( Port ) 是 I/O接口中可通过编程实现寻址并进行读写的寄存器 。CPU 与外设之间交换信息具体是通过I/O端口来进行的 。 即 端口 寄存器 1）一个外设与CPU交换信息往往需要几个端口： 数据端口 控制端口 状态端口 有时可以合用 2）在微机系统中，每个端口 分配有唯一的地址码，称之 为端口地址。 3）CPU对外设的访问实际上是通过对I/O端口的访问来 实现的-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
4、,所以 I/O端口有时也称作I/O通道。 AB DB CB CPU I/O 接口 I/O 设备 端口 数据 控制 状态 CPU与外设通过I/O接口通信示意图： 2 I/O端口编址方式 一、 存储器映象I/O寻址(统一编址 1。 基本结构 从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设备，把I/O 接口中的端口当作存储器单元一样进行访问，不设置专 门的I/O指令。 2：特点 （1） 主存单元与I/O端口一起编址。 （2） 根据地址区分访问是I/O端口还是主存。 （3） 系统中可以不设I/O指令。 3：优缺点 （1）指令兼容性，存储器指令也可用于I/O数据 。 （2）I/O接口有较大的编址空间。 （3）
5、I/O部分的控制逻辑比较简单。 （4）减小存储器的空间，指令长度比专门IO指 令长。 二 。独立I / O 的寻址方式(独立编址 1： 特点 （1） 主存单元与I/O端口分开寻址 （2） 设置I/O指令 （3） 指明是访问I/O端口，还是主存单元？ 2：基本结构。 3：优缺点： （1） 独立的控制结构，使其可与存储器分开进行设 计。 （2） 单独的I/O指令，可与访问存储器的指令 区分。 （3） 指令地址较短，所需译码硬件较少。 （4） 指令格式较短，执行时间也短。 三。 80X86的I/O指令 1。输入指令 IN IN AL ， n IN AX ， n IN AL ， DX IN AX ，
6、DX 2。输出指令 OUT OUT N ， AL/AX； OUT DX ，AL/AX； 说明 两种指令均可传送一个字节或字，且只能通过 AL或者AX传送。 如：IN指令中的目的操作数必须是AL（字节传送） 或AX（字传送） n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。若用单字节地址作为端口地址，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
7、个8位的字节地址。 n例如： nIN AL,60H ；60H为系统板8255A的PA端口地址 nOUT 61H,AL ；61H为系统板8255A的PB端口地址 n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 n2. I/O端口访问 n所谓对端口的
8、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AL n 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AL n OUT DX,AL ;数据从AL端口 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、图形卡、声卡、打印卡、串 行通信卡等。
9、 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。 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 00001FH nDMA控制器2 0C00DFH nDMA页面寄存器 08009FH n中断控制器1 02003FH n中断控制器2 0A00BFH 定时器 04005FH n并行接口芯片（键盘接口） 0
10、6006FH nRT/CMOS RAM 07007FH n 协处理器 0F00FFH 表2.2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 20020FH n并行口控制卡1 37037FH n并行口控制卡2 27027FH n串行口控制卡1 3F83FFH n串行口控制卡2 2F02FFH n插件板（用户可用） 30031FH n同步通信卡1 3A03AFH n同步通信卡2 38038FH n单显MDA 3B03BFH n彩显CGA 3D03DFH n彩显EGG/VGA 3C03CFH n硬驱控制卡 1F01FFH n软驱控制卡 3F03F7H nPC网卡 36036
11、FH n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。 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，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接口芯片的片选信号CS 。 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（IO端口）。 三、I/O端口地址译码电路设计
12、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 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 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。 A9 A8 A7 A3 A2 A1 A0 AEN IOR & & Y 当执行指令： MOV DX，2F8H I N AL，DX 时， Y=0 ，对应端口被选中 例 用门电路设计地址为2E2H的读写译码电路。 Y2(写) & & A9 A8 A7 A4 A3 A2 A1 A0 AEN IOR IOW Y1(读)
