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1、第第3 3章章 IOIO端口地址译码技术端口地址译码技术 3.1 I/O 3.1 I/O地址空间地址空间和存储器地址空间一样，和存储器地址空间一样，IOIO地址空间地址空间也是一片连续的地址单元。也是一片连续的地址单元。地址单元可以被任何外设使用地址单元可以被任何外设使用，但不，但不可以地址冲突。可以地址冲突。和存储单元一样和存储单元一样，都是以数据字节来都是以数据字节来组织组织的。的。内存内存接口CPU系统总线：地址总线系统总线：地址总线XA19-0，数据总线，数据总线XD7-0，控制总线，控制总线/XIOR 智能仪器接口通信接口过程控制接口输入接口输出接口外存接口数字化存储示波器，数字化万
2、用表终端调制解调器TTY 电传机A/D转换器开关量输入D/A转换器开关量输出键盘 数字化仪光笔 图形输入 声音输入 扫描仪点阵打印 CRT 显示激光打印 液晶显示喷墨打印 绘图仪X-Y记录仪硬盘 软盘光盘 磁带系统总线接口 3.1 3.1 I/OI/O端口端口一一。IOIO端口及其编码端口及其编码方式方式1. IO. IO端口端口端口是接口电路中能被端口是接口电路中能被CPUCPU直接访问的寄直接访问的寄存器的地址。计算机给接口电路中的每存器的地址。计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个地址。个寄存器分配一个地址。2.2.IOIO操作操作 指指CPUCPU对设备相关的对设备相关的IOIO端口的
3、访问操作，端口的访问操作，而不是对而不是对IOIO设备的操作设备的操作二二。IOIO端口地址编码方式端口地址编码方式1 1、统一编址方式、统一编址方式端口地址与存储器地址统一编址端口地址与存储器地址统一编址译码器CPUAB去存储器芯片去I/O接口芯片Y-iYi+1-j优点：指令丰富，电路简单。优点：指令丰富，电路简单。缺点：外设占用存储器空间，内存容缺点：外设占用存储器空间，内存容量减小。量减小。内存译码器8088 CPU（最大模式）系统总线AB去存储器去I/O接口/Y0-i/Y0-j接口译码器/XMENR /XMEMW/XIOR /XIOW注：最大模式下系统的注：最大模式下系统的控制总线控制
4、总线来源于总线控制器来源于总线控制器8288和和DMA总线仲裁逻辑总线仲裁逻辑2 2、独立编址方式、独立编址方式、独立编址方式、独立编址方式 优点：存储器和外设都有自己的地址译码器，地址空优点：存储器和外设都有自己的地址译码器，地址空间独立，互不影响。用专用的间独立，互不影响。用专用的I/O 指令访问指令访问I/O 端口。端口。三。三。 独立编址方式的端口访问独立编址方式的端口访问输入指令：输入指令： IN AL, n ; n 为为8位位IO端口端口地址地址IN AL, DX ; 16位地址用位地址用DX间址间址输出指令：输出指令： OUT n, ALOUT DX, AL1. IO地址宽度地址
5、宽度 IO地址地址在在00H0FFH，称为，称为8位地址宽度；位地址宽度； IO地址在地址在0100HFFFFH，称为，称为16位地址宽度位地址宽度说明：说明： 不论不论IO地址宽度是地址宽度是8位，还是位，还是16位，都位，都 可以用可以用DX间间接寻址；接寻址； 只有只有IO地址是地址是8位宽度才能直接寻址。位宽度才能直接寻址。2. IO 数据宽度数据宽度 当一次传输当一次传输1个端口数据，即个端口数据，即8位数据时，用位数据时，用AL累加器累加器 当一次传输连续当一次传输连续2个端口数据，即个端口数据，即16位时，用位时，用AX累加器累加器 3.3 IO端口地址分配端口地址分配 一。一。
6、IO接口硬件分类接口硬件分类 系统板（主板）上的系统板（主板）上的IO芯片（如定时器，并口等等）芯片（如定时器，并口等等） IO扩展槽上的接口控制卡（声卡、网卡、软驱卡、显扩展槽上的接口控制卡（声卡、网卡、软驱卡、显卡）卡） 二。二。IO端口地址分配端口地址分配参看参看表表3.1 表表3.2 三。三。IO端口地址选用的原则端口地址选用的原则被系统配置已经占用的不可用被系统配置已经占用的不可用计算机厂家声明保留的地址不要使用计算机厂家声明保留的地址不要使用一般一般IBM实验卡用实验卡用300H-31FH。3.4 3.4 3.4 3.4 I/O I/O I/O I/O 端口地址译码端口地址译码端口
7、地址译码端口地址译码一。一。IO地址译码电路工作原理及作用地址译码电路工作原理及作用 输入信号：地址信号，控制信号输入信号：地址信号，控制信号 输出信号：输出信号：“选中选中”信号。信号。原理：译码器根据地址和控制信号，产生选中信号。不原理：译码器根据地址和控制信号，产生选中信号。不同的地址控制组合，最多只可能使一根同的地址控制组合，最多只可能使一根“选中选中”信号有信号有效，该有效的选中信号用于打开它所连接的效，该有效的选中信号用于打开它所连接的IO接口芯片接口芯片的数据线与系统线的通路总开关。的数据线与系统线的通路总开关。地址译码器地址译码器地址信号地址信号控制信号控制信号“选中选中”信号
8、信号“地址地址”信号信号线线“控制控制”信号信号线线“选中选中”信号信号线线在这一段时间，在这一段时间，3个控制信号没个控制信号没有同时有效，译有同时有效，译码器码器“选中选中”信信号线输出全部无号线输出全部无效效000000000000111111111111控制信号有效时，控制信号有效时，地址地址000时，仅时，仅/IOY0有效。其有效。其余选中线全无效余选中线全无效 二。二。 I/O 端口地址译码方法：端口地址译码方法：1.简单接口芯片，只含有一个端口，内部不带带译简单接口芯片，只含有一个端口，内部不带带译码器，译码器设计原则：码器，译码器设计原则：由由“IO地址地址”信号和信号和“IO
9、读读/写写”控制信号的不同控制信号的不同组合实现。组合实现。控制芯片内寄存器的入口或出口开关。控制芯片内寄存器的入口或出口开关。T1T2T3、TWT40026H号号IO端口地址端口地址来自来自CPU内内AL中的数据中的数据向向IO端口写数据时（端口写数据时（OUT 0026H，AL）系统总线时序）系统总线时序（假设（假设（AL）=22H）CLKXA15-0XREADYXD7-00026H22HT1T2T3、TWT40025H号号IO端口地端口地址来自来自0025H号号IO端口的数据端口的数据从从IO端口读出数据（端口读出数据（IN AL,0025H）时系统总线时）时系统总线时序（序（ （25H
10、端口）端口）=11H）CLKXA15-0XREADYXD7-011H0025H外部译码器1个存储单元（8bit）8个&/XIOW/XIORD0-7XA0-15单个端口单个端口IO芯片（如芯片（如373）内部读写控制原理图）内部读写控制原理图8个同时控制8个3态门GOEXD0-7I写写I读读/Y控制线始控制线始终保持有终保持有效或不带效或不带控制线控制线 二。二。 I/O 端口地址译码方法：端口地址译码方法：2. 多端口芯片（内部带译码器）多端口芯片（内部带译码器）由地址信号和由地址信号和控制信号的不同组合实现。其原则是：控制信号的不同组合实现。其原则是：(2). 低位地址线直接连接到低位地址线
11、直接连接到 I/O 接口芯片，接口芯片，由内部由内部译码器译码器实现实现选中存储单元或选中存储单元或IO端口端口。例如：例如：8255内部有四个端口寄存器，则至少要留出内部有四个端口寄存器，则至少要留出2低位地址线用于低位地址线用于8255内部寻找寄存器内部寻找寄存器(1). 高位地址与高位地址与CPU 的控制信号组合，经的控制信号组合，经外部外部译码电译码电路路产生产生 I/O 接口芯片的片选信号接口芯片的片选信号( /CS )，实现，实现选选中芯片（就是打开芯片内部译码器）中芯片（就是打开芯片内部译码器）。译码器1个存储单元（8bit）8个&/WR/RDD0-7A0i存储器或存储器或IO接
12、口芯片内部读写控制原理图接口芯片内部读写控制原理图(1)/CS接自外部译码接自外部译码器器“选中选中”线线8个同时控同时控制制8个个3态门态门内部选中线，内部选中线，用于选中用于选中1个个IO端口端口/Y0I写写I读读外部译码器XAi+19/YnXA0-i1个存储单元（8bit）8个&/WR/RDD0-7A0i存储器或存储器或IO接口芯片内部读写控制原理图接口芯片内部读写控制原理图(2)/CS接自外部译码接自外部译码器器“选中选中”线线8个同时控同时控制制8个个3态门态门/Y0I写写I读读外部译码器XAi+19/YnXA0-i1个存储单元（8bit）8个&8个译码器I写写I读读译码器1个存储单
13、元（8bit）8个&WRRDD0-7A0-i/CS8个同时控制同时控制8个个3态门态门内部选中线，用内部选中线，用于选中于选中1个个IO端端口口外译码器/XIOW/XIORXA0-iXAi+1-9多端口芯片与系统总线连接图多端口芯片与系统总线连接图XD0-7I写写I读读/Y0/Yn 3.5 IO端口地址译码电路设计端口地址译码电路设计1.固定式端口地址译码固定式端口地址译码指一旦译码电路设计好，接口用到的指一旦译码电路设计好，接口用到的IO地址不能更改地址不能更改例例1 某接口的某接口的IO端口地址为端口地址为2F8H，在非，在非DMA期间只期间只读，为该接口设计译码器。读，为该接口设计译码器
14、。分析：输入信号：分析：输入信号：XA0XA9，XIOR，XAEN输出信号：一根选中信号输出信号：一根选中信号 /Y（因为该译码器仅为这（因为该译码器仅为这一个接口电路服务）一个接口电路服务）输入输出逻辑关系：输入输出逻辑关系：XA9XA8XA7XA6XA5XA4XA3XA2XA1XA0XAEN/XIOR+/Y当当XA9-02F8H，/XIOR0，XAEN0时，时，/Y=0; 否则否则/Y=1写出逻辑表达式：写出逻辑表达式：例例2。 使用使用74LS138设计一个系统板上设计一个系统板上IO端口地址译码端口地址译码电路，并且让每个接口芯片内部可以有电路，并且让每个接口芯片内部可以有32个端口，
15、非个端口，非DMA期间可以访问接口芯片。期间可以访问接口芯片。分析：输入分析：输入 XA9-5，XAEN。因为低。因为低5位地址用来选中芯位地址用来选中芯片内部端口，不作为外部译码器的输入。一片片内部端口，不作为外部译码器的输入。一片138只能只能译码译码3位地址，这里用位地址，这里用138对对XA7XA5译码。译码。 输出输出 8个芯片选中信号个芯片选中信号/Y0-/Y7。逻辑关系：逻辑关系：XAEN0，XA9XA800时，使译码器工作。时，使译码器工作。 XA7-XA5000时，输出时，输出/Y0=0, 其余全无效为其余全无效为1。 XA7-XA5001时，输出时，输出/Y1=0, 其余全
16、无效为其余全无效为1 XA7-XA5010时，输出时，输出/Y2=0, 其余全无效为其余全无效为1 参看课本表参看课本表2.5 74LS138的逻辑真值表，给出设计如下的逻辑真值表，给出设计如下2.可选式端口地址译码可选式端口地址译码例例3。根据下图的可选式地址译码电路，分析开关不同状。根据下图的可选式地址译码电路，分析开关不同状态时，输出选中信号对应的态时，输出选中信号对应的IO地址地址总结总结:为单个端口设计译码为单个端口设计译码,一般对所有地址线译码一般对所有地址线译码;为芯为芯片设计外部译码器片设计外部译码器,一般对高位地址译码一般对高位地址译码,低位地址让芯低位地址让芯片自己内部译码
17、片自己内部译码,选内部端口选内部端口 S0 S1 S2 S3 A 74LS138 /Y0 B /Y1 C /Y2 /Y3 /Y4 /G2B /Y5 /G2A /Y6 G1 /Y7 XA2 XA3 XA4 XA5 /XAEN A0 74LS85 A1 A2 A3 B0 B1 B2 B3 Oa=b Ia=b Iab Vcc XA6 XA7 XA8 XA9 分析：假如分析：假如S0S1合上，合上，S3S2断开。断开。B3-01100，只有当，只有当XA961100时，时，74LS85Oa=b端才输出端才输出1。必须。必须要使要使74LS138工作，则必须工作，则必须/XAEN0，XA50。 所以：要
18、所以：要/Y0=0,必须必须 XA9-2为为11000000 要要/Y1=0,必须必须 XA9-2为为11000001 选中选中/Y0的地址是的地址是XA90为为 11000000XX， 即即300H303H选中选中/Y1的地址是的地址是XA90为为 11000001XX， 即即304H307H选中选中/Y7的地址是的地址是XA90为为 11000111XX， 即即31CH31FH思考，如果开关思考，如果开关S1S3合上，合上，S2S0断开，选中断开，选中/Y0-/Y7的地的地址分别是什么？址分别是什么？思考：在思考：在PC机上设计接口，你设计的接口机上设计接口，你设计的接口IO地址地址必须不
19、能与其他设备接口必须不能与其他设备接口IO地址冲突，你能想地址冲突，你能想到用什么办法解决这个问题？到用什么办法解决这个问题？方案一：先查方案一：先查PC机硬件说明书，看那些机硬件说明书，看那些IO地址地址已经被占用。已经被占用。缺点是麻烦，且非缺点是麻烦，且非PC机器厂家生产的设备（如扩机器厂家生产的设备（如扩展接口卡）地址，必须通过查该卡说明书才能展接口卡）地址，必须通过查该卡说明书才能了解它占用的了解它占用的IO地址。地址。不可能！你怎么知道你的卡被客户装在哪台机不可能！你怎么知道你的卡被客户装在哪台机器上？客户计算机上装了哪些其它厂家的卡，你器上？客户计算机上装了哪些其它厂家的卡，你怎
20、么能预先知道呢？客户买了你的卡回家能不能怎么能预先知道呢？客户买了你的卡回家能不能用只有靠运气了！用只有靠运气了！方案二：先查方案二：先查PC机硬件说明书，看哪些机硬件说明书，看哪些IO地址已地址已经被经被PC机厂家的标准设备占用。再设计一个可机厂家的标准设备占用。再设计一个可选式译码器，万一和其它厂家的设备接口冲突，选式译码器，万一和其它厂家的设备接口冲突，用跳线开关改变你的用跳线开关改变你的IO地址用以避免冲突地址用以避免冲突缺点：麻烦，普通客户买了你的设备，你要求他缺点：麻烦，普通客户买了你的设备，你要求他回家跳线，对他来说难度太大。在回家跳线，对他来说难度太大。在486以前的计以前的计
21、算机开发接口就是这么办的！也要靠运气哦，算机开发接口就是这么办的！也要靠运气哦，万一怎么调整也无法避免冲突怎么办？万一怎么调整也无法避免冲突怎么办？方案三：设计一种系统总线接口，任意一种新设方案三：设计一种系统总线接口，任意一种新设备接口只要告诉总线接口需要多少备接口只要告诉总线接口需要多少IO地址，由地址，由系统总线接口自动给你分配所需数量的系统总线接口自动给你分配所需数量的IO地址地址且不和已占用的且不和已占用的IO地址冲突。地址冲突。 总线接口统管计总线接口统管计算机中所有算机中所有IO地址的分配。地址的分配。只要我们能按照这种总线接口设计译码器，就能只要我们能按照这种总线接口设计译码器，就能保证我们的卡插上任何一台这种总线的计算机保证我们的卡插上任何一台这种总线的计算机就能用，绝对不会有地址冲突现象发生，这就就能用，绝对不会有地址冲突现象发生，这就是是“即插即用即插即用”设计技术！设计技术！
