微型計(jì)算機(jī)原理(第6章)

第6章輸入/輸出系統(tǒng)2本章內(nèi)容講授學(xué)時(shí)4第6章輸入／輸出系統(tǒng)

6.1概述

6.2數(shù)據(jù)傳送方式

6.3I／O端口地址譯碼與讀寫(xiě)控制

本章重點(diǎn)端口分類I/O端口的地址譯碼微型機(jī)與I/O設(shè)備的信息交換方式456.1.1輸入/輸出接口功能不同類型的外設(shè)，需要配置不同功能的接口。接口功能根據(jù)需要有多種，復(fù)雜程度各不相同。通常需要提供數(shù)據(jù)緩沖信息格式的相容性變換管理數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行地址譯碼選擇設(shè)備電氣特性適配中斷管理時(shí)序控制等6.1概述

66.1.2輸入輸出接口信號(hào)類型及基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制命令從含義和功能上來(lái)看，數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息是各不相同的，必須分別傳送，各有通路，我們稱這些通路為端口(PORT)，三種端口的集合就是接口。6.1概述

CPU數(shù)據(jù)端口控制端口狀態(tài)端口外部設(shè)備接口電路地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制76.1.3I/O端口類型三類信息分別有寄存器（緩沖器）。數(shù)據(jù)端口：雙向傳輸狀態(tài)端口：?jiǎn)蜗蜉斎肟刂贫丝冢簡(jiǎn)蜗蜉敵龈鞫丝诳瑟?dú)立工作，可分別尋址。6.1概述

CPU數(shù)據(jù)端口控制端口狀態(tài)端口外部設(shè)備接口電路地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)控制8(1)I/O端口和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址(2)I/O端口獨(dú)立編址統(tǒng)一編址把外設(shè)接口與內(nèi)存統(tǒng)一進(jìn)行編址。各占據(jù)統(tǒng)一地址空間的不同部分。優(yōu)點(diǎn)指令統(tǒng)一，靈活；訪問(wèn)控制信號(hào)統(tǒng)一，使用同一組的地址/控制信號(hào)。

缺點(diǎn)內(nèi)存可用地址空間減小0地址空間(共1MB)內(nèi)存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H6.1.4I/O端口編址方式6.1概述

9獨(dú)立編址外設(shè)地址空間和內(nèi)存地址空間相互獨(dú)立。優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)存地址空間不受I/O編址的影響缺點(diǎn)：I/O指令功能較弱，使用不同的讀寫(xiě)控制信號(hào)00000H內(nèi)存地址空間內(nèi)存空間(1MB)I/O空間(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空間0000H106.2.0輸入輸出指令直接的輸入/輸出指令間接的輸入/輸出指令直接的輸入輸出指令提供端口號(hào)。如：IN AL，50H ；將50H端口的字節(jié)讀入ALIN AX，70H ；分別將70H、71H端口的內(nèi)容讀入AL、AHOUT44H，AL ；將AL中的內(nèi)容輸出到44H端口OUT80H，AX ；將AL、AH中的內(nèi)容分別輸出到80H、81H兩端口

6.2數(shù)據(jù)傳送方式11

間接的輸入輸出指令，地址由DX指出，如：

IN AL，DX ；從DX所指的端口中讀取

IN AX，DX ；從DX和DX+1所指出的兩個(gè)端口中讀取

OUTDX，AL ；將AL中的字節(jié)輸出到DX所指的端口中

OUTDX，AX ；將AL中的字節(jié)輸出到DX所指的端口中，同時(shí)將AH中的字節(jié)輸出到DX+1所指的端口中6.2數(shù)據(jù)傳送方式12輸入輸出指令注意點(diǎn)：①只能用累加器作為執(zhí)行輸入輸出的機(jī)構(gòu)②尋址范圍： 直接輸入輸出指令為0～255

間接輸入輸出指令為0～65535。6.2數(shù)據(jù)傳送方式6.2數(shù)據(jù)傳送方式CPU和輸入輸出設(shè)備之間有以下幾類信號(hào):（1）數(shù)據(jù)信息,又分為：

數(shù)字量

模擬量開(kāi)關(guān)量（2）狀態(tài)信息

（3）控制信息

146.2.1無(wú)條件傳送方式這是一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送方式，適用于任何時(shí)候均處于“準(zhǔn)備就緒”狀態(tài)的外部設(shè)備，CPU可以隨時(shí)執(zhí)行I/O指令來(lái)完成數(shù)據(jù)傳送操作。適用于總是處于準(zhǔn)備好狀態(tài)的外設(shè)優(yōu)點(diǎn)：軟件及接口硬件簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：只適用于簡(jiǎn)單外設(shè)，適應(yīng)范圍較窄156.2.2條件傳送方式（程序查詢方式）查詢方式的三個(gè)環(huán)節(jié)：CPU從接口中讀取狀態(tài)字CPU檢測(cè)狀態(tài)字傳送數(shù)據(jù)16RD接D7查詢方式輸入17SCAN: MOV DX,S_ADDR IN AL,DX TEST AL,80H JZ SCAN MOV DX,D_ADDR IN AL,DXD_PORTS_PORT接口18接D0“0”為空閑READY查詢方式輸出19將數(shù)據(jù)端口和狀態(tài)端口共用一個(gè)，用SD_ADDR表示SCAN:MOV DX,SD_ADDR; 狀態(tài)、數(shù)據(jù)共用端口 IN AL,DX TEST AL,1 JNZ SCAN MOV AL,DATA OUT DX,AL接口D_PORTS_PORT20適用于外設(shè)并不總是準(zhǔn)備好，而且對(duì)傳送速率、傳送效率要求不高的場(chǎng)合。CPU在與外設(shè)交換數(shù)據(jù)前必須詢問(wèn)外設(shè)狀態(tài)——“你準(zhǔn)備好沒(méi)有？”對(duì)外設(shè)的要求：應(yīng)提供設(shè)備狀態(tài)信息對(duì)接口的要求：需要提供狀態(tài)端口優(yōu)點(diǎn)：軟件比較簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：CPU效率低，數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性差，速度較慢21CPU無(wú)需循環(huán)查詢外設(shè)狀態(tài)，而是外部設(shè)備在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)才中斷CPU正在進(jìn)行的工作，讓CPU來(lái)為其服務(wù)。即CPU在沒(méi)有外設(shè)請(qǐng)求時(shí)可以去做更重要的事情，有請(qǐng)求時(shí)才去傳輸數(shù)據(jù)，從而大大提高了CPU的利用率。優(yōu)點(diǎn)：CPU效率高，實(shí)時(shí)性好，速度快。缺點(diǎn)：程序編制較為復(fù)雜。6.2.3中斷方式數(shù)據(jù)傳送6.2.4DMA數(shù)據(jù)傳送方式(DirectMemoryAccess) DMA控制方式是一種完全由硬件（DMA控制器）完成輸入/輸出操作的工作方式，稱為直接存儲(chǔ)器存取控制方式。 DMA從CPU處接管系統(tǒng)總線的控制權(quán)，使存儲(chǔ)器與高速外設(shè)之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即外設(shè)數(shù)據(jù)可以直接寫(xiě)入存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)可直接讀出送給外設(shè)，大大加快了數(shù)據(jù)傳送的速度。23例題 1、設(shè)狀態(tài)端口地址為60H，數(shù)據(jù)端口地址為61H，外部輸入信息準(zhǔn)備好狀態(tài)標(biāo)志位D0=1，請(qǐng)用查詢方式寫(xiě)出讀入外部數(shù)據(jù)的程序段。程序段:WT1：INAL，60H ；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息

ANDAL，01H

；判斷D0=1? JZWT1 ；D0=0，返回再讀狀態(tài)信息

INAL,，61H ；D0=1，從數(shù)據(jù)端口讀入解：分析：這是查詢輸入。流程圖：242、設(shè)狀態(tài)端口地址為086H，數(shù)據(jù)端口地址為085H，外設(shè)忙碌狀態(tài)D7=1，請(qǐng)用查詢方式寫(xiě)出CPU從存儲(chǔ)器緩沖區(qū)Buffer送出1000B的數(shù)據(jù)給外設(shè)的程序段。解：分析，這是查詢輸出。要求輸出1000字節(jié)，流程圖：25LEASI,Buffer ；取Buffer的有效地址送SIMOVCX,1000 ；循環(huán)次數(shù)W1:MOVDX,086H ；狀態(tài)端口地址送DXINAL,DX

；從狀態(tài)端口讀入狀態(tài)信息ANDAL，80H ；BUSY=0?JNZW1 ；BUSY=1，返回等待MOVAL,[SI] ；BUSY=0，取數(shù)據(jù)

MOVDX,085H ；數(shù)據(jù)端口送DXOUTDX,AL ；數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)端口輸出 INCSI ；SI指向下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)LOOPW1 ；CX-1送CX≠0，循環(huán) HLT ；CX=0，傳送結(jié)束26

、、A15

～A0OUT指令將使總線的信號(hào)有效IN指令將使總線的信號(hào)有效AEN為“地址允許”信號(hào)，ISA總線控制信號(hào)，和地址總線一起參加譯碼。

例如：某外設(shè)接口有4個(gè)端口，地址為2F0H～2F3H，則其基地址為2F0H，由A15～A2譯碼得到，而A1、A0用來(lái)確定4個(gè)端口中的某一個(gè)。6.3I/O端口地址譯碼與讀寫(xiě)控制27用門(mén)電路設(shè)計(jì)口地址譯碼電路28對(duì)1#端口的讀操作指令MOV DX,34EHIN AL,DX對(duì)2#端口的寫(xiě)操作指令MOV DX,34EHOUT DX,AL29用譯碼器設(shè)計(jì)口地址譯碼電路30簡(jiǎn)單的輸入接口舉例83FCH～83FFH譯碼器

K6K7+5VI0I3D0-D7DO0DO7~74LS244E1E2≥1＆

A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15IOR系統(tǒng)總線信號(hào)≥1K5K4K3K2K1K0I1I2I4I5I6I731鎖存器：由D觸發(fā)器構(gòu)成通常一個(gè)器件包含8個(gè)D觸發(fā)器常用芯片：74LS273、74LS374應(yīng)用例子：發(fā)光二極管接口簡(jiǎn)單的輸出接口舉例譯碼器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15IOW74LS273R32輸入/輸出接口綜合應(yīng)用例子根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)在7段數(shù)碼管上顯示數(shù)字或符號(hào)共陽(yáng)極7段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)用74LS244作為輸入口，讀入開(kāi)關(guān)K0～K3的狀態(tài)74LS244的地址假設(shè)為F1H用74LS273作為輸出接口，把數(shù)據(jù)送到7段數(shù)碼管74LS273的地址假設(shè)為F0H當(dāng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)分別為0000～1111時(shí)，在7段數(shù)碼管上對(duì)應(yīng)顯示’0’～’F’(7段碼表見(jiàn)下頁(yè))33

符號(hào)形狀7段碼.gfedcba符號(hào)形狀7段碼.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’0111000134F0H=0000000011110000F1H=0000000011110001O1I1O2I2O3I3O4I4E1

K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7

abcdefgDP74068個(gè)反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOWIORY0Y1&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0D0D1D2D3譯碼電路35相應(yīng)程序段如下： ……Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H …… LEA BX,Seg7 ；取7段碼表基地址 MOV AH,0GO:

MOV DX,0F1H ；開(kāi)關(guān)接口的地址為F1H IN AL,DX ；讀入開(kāi)關(guān)狀態(tài)

AND AL,0FH ；保留低4位

MOV SI,AX ；作為7段碼表的表內(nèi)位移量

MOV AL,［BX+SI］ ；取7段碼

MOV DX,0F0H ；7段數(shù)碼管接口的地址為F0H OUT DX,AL JMP GO36例：用查詢方式進(jìn)行輸出 外設(shè)狀態(tài)端口地址為3FBH，第5位(bit5)為狀態(tài)標(biāo)志（=1忙，=0準(zhǔn)備