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1、1输入输出接口概述2输入输出接口（教材8.1节） I/O接口概述 查询传送方式及其接口 中断传送方式及其接口 DMA传送方式3I/O接口概述为什么需要I/O接口（电路）？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及 工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路多种外设4I/O接口概述（续1）什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助 完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线 槽的电路板（适配器）都是接口电路CPUCPU接口接口 电路电路I/O I/O 设
2、备设备5I/O接口概述（续2）什么是微机接口技术？ 处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应 的接口电路，编制配套的接口程序，支 持和连接有关的设备6I/O接口的主要功能 对输入输出数据进行缓冲和锁存输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络7I/O接口的典型结构控制总线CB地址总线ABI/O接口电路数据控制状态数据总线DBCPU外设控制寄存器状态寄存器数据寄存器 1. 接口电
3、路的内部结构 2. 接口电路的外部特性 3. 接口电路芯片的分类 4. 接口电路的可编程性81. 接口电路的内部结构 CPU与外设主要有数据、状态和控制信 息需要相互交换，于是从应用角度看内 部： 数据寄存器 保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令92. 接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号： 用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号 面向外设一侧的信号： 用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大103. 接口电路芯片的分类接口电路核心部分往
4、往是一块或数块大规 模集成电路芯片（接口芯片）： 通用接口芯片 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片 如：并行接口芯片、串行接口芯片等。 面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口 如：显示接口电路、磁盘驱动接口电路等。 面向微机系统的专用接口芯片 与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能 如：8259A、8237、8253等。114. 接口电路的可编程性 许多接口电路具有多种功能和工作方 式，可以通过编程的方法选定其中一 种 接口需要进行物理连接，还需要编写 接口软件 接口软件有两类： 初始化程序段设定芯片工作方式等 数据交换程序段管理、控制、驱动 外设，负责外设和系统间信息
5、交换12I/O端口的编址接口电路占用的I/O端口有两类编排形 式 I/O端口单独编址 I/O地址空间独立于存储地址空间 如8086/8088 I/O端口与存储器统一编址 它们共享一个地址空间 如M68000理解端口13I/O端口单独编址 优点： I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 缺点： I/O指令没有存储器指令丰富内存 空间I/O 空间FFFFF0FFFF80x86采用I/O端口独立编址14I/O端口与存储器统一编址 优点： 不需要专门的I/O指令 I/O数据存取与存储器 数据存取一样灵活 缺点： I/O端口要占去部分存 储器地址空间 程序不
6、易阅读（不易 分清访存和访问外设 ）内存 部分I/O 部分存储器空间00000FFFFF158088/8086的I/O端口 8088/8086只能通过输入输出指令与外 设进行数据交换；呈现给程序员的外设 是端口（Port），即I/O地址16端口（PORT） 端口泛指I/O地址，通常对应寄存器 一个接口电路可以具有多个I/O端口 ，每个端口用来保存和交换不同的信 息 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存 器占有的I/O地址常依次被称为数据 端口、状态端口和控制端口，用于保 存数据、状态和控制信息 输入、输出端口可以是同一个I/O地 址一定要理解 8086用于寻址外设端口的地址线为16条， 端口最多为
7、21665536（64K）个，端口号 为0000H FFFFH 每个端口用于传送一个字节的外设数据18I/O寻址方式 8088/8086的端口有64K个，无需分段， 设计有两种寻址方式 v直接寻址：只用于寻址00H FFH前256 个端口，操作数i8表示端口号 v间接寻址：可用于寻址全部64K个端口 ，DX寄存器的值就是端口号 对大于FFH的端口只能采用间接寻址方 式19数据交换方式 如果输入输出一个字节，利用AL寄存器 如果输入输出一个字，利用AX寄存器 输入一个字，实际上是从连续两个端口输入 两个字节，分别送AL（对应低地址端口） 和AH（对应高地址端口） 输出一个字，实际上是将AL（对应
8、低地址 端口）和AH（对应高地址端口）两个字节的内容输出给连续两个端口20I/O指令功 能说说 明IN AL，PORT IN AX，PORT IN AL，DX IN AX，DX OUT PORT，AL OUT PORT，AX OUT DX，AL OUT DX，AXAL（PORT） AH,AL（PORT+1,PORT） AL（DX） AH,AL（DX+1,DX） （PORT）AL （PORT+1,PORT）AH,AL （DX）AL （DX+1,DX）AH,AL单单字节访问节访问 双字节访问节访问 单单字节访问节访问 双字节访问节访问 单单字节访问节访问 双字节访问节访问 单单字节访问节访问 双字
9、节访问节访问8086/8088的I/O指令21IN指令（从20H、21H端口输入一个字）；方法1：字量输入，直接寻址 in ax,20h；方法2：字量输入，间接寻址 mov dx,20h in ax,dx；方法3：字节输入，直接寻址 in al,21h mov ah,al in al,20h ；方法4：字节输入，间接寻址 mov dx,21h in al,dx mov ah,al dec dx in al,dx22OUT指令（向300H端口输出一个字节）；唯一的方法：间接寻址，字节量输出 mov al,bvar ；bvar是字节变量 mov dx,300h out dx,al23I/O地址的译
10、码常见的I/O地址的译码（或称端口 地址选择）方法有三种： 门电路组合法 译码器译码法 比较器比较法 门电路组合法是最简单的一种端口地址选择方法，它采用 常见的逻辑门电路，比如与门、或门、非门等作为基本的 组合元件。 一般端口都是指寄存器、锁存器或缓冲器，这些器件都有 一个芯片选择信号，简称片选信号，多数是低电平有效， 当然，也有一些芯片没有片选信号，而是有使能端，或脉 冲控制端，总之是使器件产生动作的控制端。 端口地址选择的目的，是当地址线上出现某种信息组合时 ，在电路的输出端会产生一个有效信号（有效信号有四种 状态，即高电平、低电平、上跳沿、下降沿，具体使用哪 种状态，视所使用器件而定），
11、该信号连到器件的控制端，使器件产生动作，从而完成I/O端口的读/写操作。 这种方法简单、直观，适合于单个端口，常用的基本门电路有7400（2输入4与非门）、7408（2输入4与门）、7420 （4输入双与非门）、7430（8输入与非门）、7402（2输 入4或非门）、7432（2输入4或门）、7404（六反相器） 等等。25逻辑门电路进行I/O地址译码A9 A8 A7 A6 A5 A2 A4 A3 AEN A1 A074LS033E7H译码器译码法是最常用的一种方法，就 是利用译码器芯片对地址进行译码。 PC/XT微型机系统板上接口芯片的端口地 址译码采用了一个74LS138译码电路。这 些芯
12、片也都有片选信号，74LSl38译码器 的输出与这些芯片的片选信号连接。 各接口芯片内部有多个寄存器，因而应 有多个端口地址。译码器只直接使用A9 A5，其余的低5位地址A4A0未接，留 给各接口芯片自行内部译码，以便寻址 多个寄存器。显然，由于A4A0未接到 译码器，所以每个译码器的输出端对应 25=32个端口地址，系统为每个接口芯片 预留出32个端口地址，至于每个接口芯 片用多少，则视接口芯片内部寄存器的 数目而定。 译码器译码法可以方便地对多个地址进 行译码，适合于多个端口的电路。常用 的译码器有 74139/74155（双2线-4线译 码器）、74138（3线-8线译码器）、 7415
13、4（4线-16线译码器）。 8237000H 01FH8259020H 03FH8253040H 05FH8255060H 07FHDMA页页面寄存器 080H 09FHNMI屏蔽寄存器 0A0H 0BFH保留 0C0H 0DFH保留0E0H 0FFH 27IBM PC/XT主机板的I/O译码电路Y0 Y1Y2Y3Y4 Y5Y6 Y7A5 A6 A7A8 A9 AENIOWA B CG2B G2AG174LS13874LS138DMA CS（8237） INTR CS（8259）T/C CS（8253） PPI CS （8255）WRTDMAPG （写DMA页面寄存器）WRTNMIREG （写
14、NMI屏蔽寄存器）28IBM PC/AT主机板的I/O译码电路接口芯片内部译码A0A4DMA控制器1 中断控制器1定时计数器 并行接口电路DMA页面寄存器 中断控制器2 DMA控制器2 协处理器A5 A6 A7A8 A9LS138译码器HLDA MASTERA B CE1E2E3Y0* Y1*Y2* Y3*Y4* Y5* Y6* Y7* 比较器比较法是比较灵活的一种方法，就是利用 数码比较器把地址线上的地址同拨码开关预定的 地址相比较，进而确定地址是否相符。如果比较 后两个地址相等，则表示地 址总线送来的端口地 址就是该端口的地址。 用比较器比较法进行端口地址译码不仅原理直观 ，方法简便，更主
15、要的是通过改变预设置，就能 够很容易地改变接口电路中端口的地址，而不需 要改变线路，使用非常灵活。在一些通用接口模 板中，这一方法已得到广泛的应用。 常用的比较器有7485（4位数字比较器）、74688 （8位数字比较器）。用74LS688作译码器的译码电路 简单接口电路 数据输入接口 必须具有三态输出能力，以便与总线挂接 外设有数据保持能力时可用三态门实现 外设无数据保持能力时用三态输出的锁存器 实现 数据输出接口 常用锁存器实现 三态门：高电平、低电平、高阻态 通常一个器件中包含8个三态门 常用芯片：74LS244（8位三态缓冲器） 应用例子：开关接口 工作波形图如下：A0A15IOR#译码输出D0D7开关状态地址有效简单的输入接口举例(8位开关量输入)接口电路图如下：83FCH 83FFH译码器 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（8-D触发器） 74LS374(具有三态输出的锁存器)简单的输出接口举例（发光二极管接口 ）译 码 器=1=1.+5VRD0 D7CPQ0Q7.D0D7A0A15IOW#74LS273R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
