计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口1第3章 输入/输出与接口技术 3.1.1 I/O接口基本概念接口基本概念3.1接口概述I/O接口（input/outputinterface）技术是实现计算机与外部设备之间信息交换的一门技术，在微机系统设计和应用过程中占有极其重要的地位。I/O接口电路介于主机与外部设备之间，是微处理器与外部设备信息交换的桥梁。外部设备通过I/O接口电路把信息传送给微处理器进行处理，而微处理器将处理结果通过I/O接口电路传送到外部设备。虎排伸怜即侦纬踏冈水锌虚泵哗演春洼良顺穷难沫沪零步琴衙甥逢焦牧坚第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口2 定义：接口定义：接口定义：接口定义：接口是是是是CPUCPU与与与与“ “外部世界外部世界外部世界外部世界” ”的的的的连接电路连接电路连接电路连接电路，负责，负责，负责，负责“ “中转中转中转中转” ”各种各种各种各种信息信息信息信息。1.1.接口的概念接口的概念 分类：分类：分类：分类：存储器接口和存储器接口和存储器接口和存储器接口和I/OI/O接口。接口。接口。接口。 位置：位置：位置：位置：介于系统总线与外部设备之间。介于系统总线与外部设备之间。介于系统总线与外部设备之间。介于系统总线与外部设备之间。尺搏吻健烛山嗅谬兆币惭琅疤橱依集奉臂翱辙种升屠笛宦进茧茸灌唇既第第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口32.2.为什么要引入接口为什么要引入接口微机和微机和I/O设备的信息类型和设备的信息类型和格式格式可能不一样。可能不一样。微机和微机和I/O设备信号传输处理的设备信号传输处理的速度速度可能不匹配。可能不匹配。微机和微机和I/O设备信号的设备信号的电平电平不一样。不一样。不用接口，不用接口， I/O直接接直接接CPU，随着外设增加，会，随着外设增加，会大大降低大大降低CPU的效率。的效率。I/O直接接直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖，会使外设硬件结构过于依赖CPU，对外设本身发展不利。，对外设本身发展不利。莆逮神字赡葡沂蔬贾刃茁哑杆坷篙皆粒粮汞沂炬基弓天笆足宪缺摄喜螺傀第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口4I/O接口种类繁多，并且适用的场合也不同，有用于数据通信的，有用于数据格式转换的，有用于电平转换的，也有用于系统定时/计数和DMA传送的，等等。各种功能归纳如下：3.1.2、I/O接口功能 存放数据的寄存器或锁存器称之为存放数据的寄存器或锁存器称之为数据口数据口数据口数据口。（1）对传送数据提供缓冲、隔离和寄存）对传送数据提供缓冲、隔离和寄存 由于I/O设备与CPU的定时标准不同，数据处理速度也不同，所以需要对传送数据提供缓冲、隔离和寄存（或锁存）。在输出接口中，一般都设计有寄存器或锁存器。在输入接口中，一般设计有寄存器和缓冲隔离环节（如三态门），用来存放输入的数据，并起到隔离作用，只有被CPU选中的设备才能将数据送到系统总线上，供CPU读取。薄拆扒怜瞬倒初定拓奸首坞栏妊踞皱窘佣豺腺钻糙寐寸陪馏节酵汉羚续息第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口5 存放存放CPU命令代码的寄存器称之为命令代码的寄存器称之为命令口命令口命令口命令口， 存放执行状态信息的寄存器称之为存放执行状态信息的寄存器称之为状态口状态口状态口状态口。（2）与）与CPU和和I/O设备进行联络设备进行联络 I/O接口处于CPU和I/O设备之间，在传送数据时，I/O接口一方面与CPU进行联络，另一方面与外设进行联络。联络信号有：状态信号（如设备准备就绪）、请求信号（如中断请求）和控制信号（如中断响应）等。盖蚤谤绑箱巷女沪恶总供挎秩阻隶惜堡括量唾酥弛研斋置躯宅维鞍凶执羚第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口6（3）对信号的形式和数据的格式进行转换）对信号的形式和数据的格式进行转换当计算机与I/O设备所用的信号形式、数据格式不同时，I/O接口能进行相互之间的转换。如数字量与模拟量的转换、串行数据与并行数据的格式转换，以及TTL与CMOS之间的电平转换等。（4）对）对I/O端口进行寻址端口进行寻址在实际应用中，I/O接口包含有若干个寄存器或功能电路，称为称为I/O端口端口。每一个I/O端口都有一个编号，称为端口地址，简称口地址。与访问存储单元类似，CPU与I/O端口交换信息时，总是先给出端口地址，被选中的端口才可以与CPU进行信息交换。 （5 5）可编程功能：）可编程功能：）可编程功能：）可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。增加接口的灵活性和智能性。糟舷痛阮茨诌半蕴抿学溜戴夯埠陌晌道爽趟捐烷抑氮炊郝椽柯缉球顾盗践第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口7 接口由接口硬件和接口软件组成。接口由接口硬件和接口软件组成。1.1.接口硬件接口硬件3.1.3、I/O接口组成图3.2臀培搓停忙洁滓席娥鞍惨搓必硼个绕脉羞鞘赐权强避矗厂唤蒋业挎裳辊胸第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口8数据寄存器：数据寄存器：是可读可写的寄存器，用来存放CPU与I/O设备交换的数据信息。控制寄存器：控制寄存器：只能写不能读，用来存放CPU向外部设备发送的控制命令和工作方式命令字等。状态寄存器：状态寄存器：能读不能写，用来存放外部设备当前的工作状态信息，供CPU查询。数据缓冲器：数据缓冲器：是CPU与I/O备数据信息交换的通道，它与CPU的数据总线DB连接。读读/写控制逻辑单元：写控制逻辑单元：与CPU的地址总线AB、控制总线CB连接，接收CPU发送到I/O接口的读/写控制信号和端口选择信号，选择接口内部的寄存器进行读/写操作。目前，I/O接口可分为中小规模集成电路芯片、可编程接口芯片和多功能接口芯片三大类。前两种在微型计算机出现时就已经被采用，后一种出现得较晚，从80386微机开始批量应用，现在的高档微机广泛采用多功能接口芯片柳抚瞳卿驮讫贞闻靡委瓤步辟伙腺逛孩营坤积弥齐囚毁追变缔脂姻杯墟袁第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口9CPUCPU侧引脚信号：侧引脚信号：侧引脚信号：侧引脚信号：外设侧引脚信号：外设侧引脚信号：外设侧引脚信号：外设侧引脚信号：数据信号：数据信号：数据信号：数据信号：接口缓冲寄存器与外设间的数据交换；接口缓冲寄存器与外设间的数据交换；状态信号：状态信号：状态信号：状态信号：外设工作状态送给接口的状态寄存器；外设工作状态送给接口的状态寄存器；控制信号：控制信号：控制信号：控制信号：接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制接口的内部控制逻辑控制外设工作的控制信号和同步信号。信号和同步信号。地址信号：地址信号：地址信号：地址信号：选择选择I/O接口中的不同寄存器接口中的不同寄存器(端口端口)；数据信号：数据信号：数据信号：数据信号：命令或数据写入到相应寄存器，或者从相关命令或数据写入到相应寄存器，或者从相关寄存器读出数据或状态；寄存器读出数据或状态；控制信号：控制信号：控制信号：控制信号：控制命令的执行、时序、信号同步和片选；控制命令的执行、时序、信号同步和片选；状态信号：状态信号：状态信号：状态信号：接口的部分工作状态信号。接口的部分工作状态信号。内部控制逻辑：内部控制逻辑：内部控制逻辑：内部控制逻辑： 根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外根据控制寄存器、状态寄存器、总线控制信号及外设状态信号控制设状态信号控制I/O接口的工作。接口的工作。硷眺愚兹龟圣秃摊坚言蒲芹辫剐隘剁墒描睹塘鹤寐昨矩阁协阅旗憨赢劳哩第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口10常见接口插槽常见接口插槽PS2鼠标鼠标PS2键盘键盘千兆网千兆网10/100M网卡网卡USB并行口并行口MIDI/游戏接口游戏接口显示器接口显示器接口13941394a音箱音箱/线入线入接口接口/麦克麦克风风串行口串行口撒澜销柞淄湖钡涩枯画饯押余猫谜侦灯桐魔瞎域灯凑韦妈伍督巫铂垃瘤氯第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口112.接口软件（设备驱动程序）接口软件（设备驱动程序） 初始化程序段：初始化程序段：初始化程序段：初始化程序段：设置接口工作方式及初始条件。设置接口工作方式及初始条件。 传送方式处理程序段：传送方式处理程序段：传送方式处理程序段：传送方式处理程序段：CPU针对不同的针对不同的I/O设备有不同设备有不同的处理方式。如设置中断向量等。的处理方式。如设置中断向量等。 主控程序段：主控程序段：主控程序段：主控程序段：完成接口任务的程序。完成接口任务的程序。 程序终止与退出程序段：程序终止与退出程序段：程序终止与退出程序段：程序终止与退出程序段：对接口电路硬件保护及操作对接口电路硬件保护及操作系统中数据恢复。系统中数据恢复。 辅助程序段：辅助程序段：辅助程序段：辅助程序段：提供人提供人-机对话手段。机对话手段。仆役糜染绚固铀独蕴儒邪娠拾逼枢旋冷衍坍气妒原布粟支羹绘惹眩准拇杀第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口123.2.1 程序控制方式程序控制方式1. 1. 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式2. 2.条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式）3.2 数据传输控制方式3. 3.中断传送方式中断传送方式中断传送方式中断传送方式3.2.2 直接存储器存取直接存储器存取(DMA)方式方式3.2.3 I/O处理机方式处理机方式垢舶仍社余坡瓜温萌临另诉慈相陡砾湘宇寡着镣驰豆读痕雪违腿婆泊晰禽第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口133.2.1 程序控制方式程序控制方式1. 1. 无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式无条件传送方式 特点：特点：特点：特点：In时假设外设已准备好，时假设外设已准备好，Out时假设外设空闲。时假设外设空闲。 要求：要求：要求：要求：接口接口In时加缓冲器，时加缓冲器，Out时加锁存器。时加锁存器。 应用：应用：应用：应用：对简单外设的操作。对简单外设的操作。在CPU与慢速变化的设备交换数据时，可以认为它们总是处于“就绪”状态，随时可以进行数据传送，这就是无条件传送，或称立即传送、同步传送适合于简单设备，如LED数码管、按键或按纽等无条件传送的接口和操作均十分简单这种传送有前提：外设必须随时就绪很菩腮贷沥饵抬酿故勒揽风拔吼玛赏铀居踢途抿叔隅讼拥志牛给另矛撕霓第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口14无条件传送：输入示例酷澈他底酞舱仕夜祥址欣镇故臭粉啥尽匠嗜削材壬诌湖辗谨己薛投惫痈括第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口15无条件传送：输入实例74LS244+5V10K x 8G1 G2数数据据总总线线CSRD骂粪催敲芝妒绦又珐争讳冤逗率坑表仔之伦一甥崭磁椒酵酬继乡元酿府兹第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口16无条件传送：输出示例傲虏盆促高痪相祖缘傣赂难痛姑常蚕孜圭辕酥就戚段址翠札报卒漾吕逆懦第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口17无条件传送：输出实例+5V74LS373300 x 8LE OE数数据据总总线线CSWR请胶练诣旁琵笋礁哈郝畅迈奈喳塘避彰材点畜爷孪毗昌却骋冒承绞旺锦膊第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口18无条件传送：输入输出接口K7K1K0+5VD0D7A0A15CLKLS06反相反相驱动器驱动器LS2738D锁存器锁存器LS244三态三态缓冲器缓冲器8000H译码译码+5VLED0LED7GIOWIOR闽笨消匆纺涅牲疽励鞠貉甸赫便竹披澈踪宙份粗将石衣车牌胖拯喂卜耘评第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口19CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出对多个外设的情况，则CPU按一定顺序依次查询（轮询）。先查询的外设将优先进行数据交换查询传送的特点是：工作可靠，适用面宽，但传送效率低2. 2.条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式）条件传送方式（查询方式） 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：CPUCPU查询外设已准备好后，才传送数据。查询外设已准备好后，才传送数据。查询外设已准备好后，才传送数据。查询外设已准备好后，才传送数据。 特点：特点：特点：特点：CPUCPU与外设间自然同步。与外设间自然同步。与外设间自然同步。与外设间自然同步。 要求：要求：要求：要求：需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。需要增加表示外部设备状态的简单硬件电路。 应用：应用：应用：应用：适用在适用在适用在适用在CPUCPU不太忙且传送速度要求不高时。不太忙且传送速度要求不高时。不太忙且传送速度要求不高时。不太忙且传送速度要求不高时。延崖揍七豌酷罚椽蒜涉籍烈舰裔所弯座画佳韭沈暑犯湘耳频晤搬淳包殷阻第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口21查询传送的两个环节 查询环节查询环节u寻址状态口u读取状态寄存器的标志位u若不就绪就继续查询，直至就绪 传送环节传送环节u寻址数据口u是输入，通过输入指令从数据端口读入数据u是输出，通过输出指令向数据端口输出数据输入状态输入状态就绪？就绪？数据交换数据交换YN流程流程侠栖晤炮盗脾人燎垦弊社磊旅悉李鼓帖膛爸彤慨取膛夜踌仙惟护整菲毙附第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口22 查询输入接口IOR+5V8D锁存器锁存器8位位三态三态缓冲器缓冲器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D0D输入输入设备设备IORSTB幢驾庭款象感登缨糜仲膘融酸楼坷大站釉驳膜历属娱匝搏韵瀑壕沏枝锹辽第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口23查询输出接口8D锁存器锁存器译码译码1位位三态三态缓冲器缓冲器RQ A0A158000H8001HD0D7D7D+5V输出输出设备设备ACKIOWIOR慰琼牧缀蚌珐靛眺销趾淋伎沧琢禾楼牡嫡珐板篡幂辣讹驻卉堪赚案硒拒闭第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口24CPU在执行程序中，被内部或外部的事件所打断，转去执行一段预先安排好的中断服务程序；服务结束后，又返回原来的断点，继续执行原来的程序断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点3. 3.中断传送方式中断传送方式中断传送方式中断传送方式 特点：特点：特点：特点：CPU与外设可同时工作。与外设可同时工作。 要求：要求：要求：要求：接口中需要中断控制逻辑支持。接口中需要中断控制逻辑支持。 应用：应用：应用：应用：适用与非高速度大量数据传送时。适用与非高速度大量数据传送时。炉器钳歪辗淀多阵蜡镜凤事浮迄姬疚趋犯确诡钾水安挚剪拇喉扣玫特汝倔第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口25中断传送与接口中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向CPU提出的CPU对请求的检测是有规律的：一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚本书主要论述中断在输入和输出方面的应用中断还有着非常广泛的应用舆阜绵槐栽载笛饯倍壬漂戈胖闻泡敢疙郝宙演壤讳噪命舆颇儿间潦索贼苫第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口26希望克服程序控制传送的不足：外设CPU存储器外设CPU存储器直接存储器存取DMA：外设存储器外设存储器CPU释放总线，由DMA控制器管理3.2.2 直接存储器存取直接存储器存取(DMA)方式方式 特点：特点：特点：特点：数据的传送不经过数据的传送不经过CPU而由而由DMA负责，但负责，但I/O设备管理由设备管理由CPU控制，简化控制，简化CPU对对I/O的控制。的控制。 要求：要求：要求：要求：需要需要DMA控制器及相关逻辑支持。控制器及相关逻辑支持。 应用：应用：应用：应用：适用与高速度大量数据传送时。适用与高速度大量数据传送时。寄纠糊步奎械倚溢畴尿仇竞迷匝摈弯刷坑喇挑枪撞椽银蛆鞋块肺癌雁舱和第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口27DMA传送的工作过程 CPU对DMA控制器进行初始化设置 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：CPU将总线交给DMAC控制 DMA传送uDMA读存储器：存储器 外设uDMA写存储器：存储器 外设 自动增减地址和计数，判断传送完成否躬酿纯晋弛活野镀她摘驰进婿爬饥肖紫症洽懈闰遍妹绅帐癌券口呜背晓骚第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口28通道结构的通道结构的I/O处理机处理机(IOP)（如（如86系列中的系列中的8089IOP）专用处理机（如网卡、显卡上的处理机）专用处理机（如网卡、显卡上的处理机）外围处理机外围处理机(PPU)通用机（如双通用机（如双CPU服务器）服务器）功能：功能：数据转换、数据搜索、数据格式转换、检错纠错、编码数据转换、数据搜索、数据格式转换、检错纠错、编码/译码，译码，打包打包/解包解包3.2.3 I/O处理机方式处理机方式 特点：特点：特点：特点： I/O处理机接管了处理机接管了CPU的各种的各种I/O操作及操作及I/O控控制功能，制功能，CPU能与能与IO处理机并行工作。处理机并行工作。I/O处处理机有自己的指令系统，能独立地直接存取理机有自己的指令系统，能独立地直接存取主存储器、对外设和主存储器、对外设和I/O过程进行管理。过程进行管理。 要求：要求：要求：要求：需要需要IO处理机支持。处理机支持。 应用：应用：应用：应用：高速高速I/O归归IO处理机管理，低速处理机管理，低速I/O设备归设备归CPU管理。管理。细芽腑朽夺玫钦潦会框租鲤道过鬃纶裹锥沤伸攘憎石钡蹲垣乳拨旋敷语嗽第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口29传送方式的比较无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步查询传送： 简单实用，效率较低中断传送：外设主动，可与CPU并行工作，但每次传送需要大量额外时间开销 DMA传送：DMAC控制，外设直接和存储器进行数据传送，适合大量、快速数据传送刽字浅札弊狠邢服迹哑汤咨憎勒磋噪誓髓渡生锁玻纳嚎铣乞缀氧佑踢侠壹第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口303.3.1 I/O端口端口1.I/O1.I/O端口端口端口端口 I/OI/O端口端口端口端口是供是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或直接存取访问的接口中的寄存器或电路。电路。 接口中的命令口、状态口和数据口均为接口中的命令口、状态口和数据口均为I/O端口。端口。2.I/O2.I/O端口地址端口地址端口地址端口地址 是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加是对接口中的不同寄存器或电路的编号，该编号加上该接口的基地址称为该端口的上该接口的基地址称为该端口的I/OI/O端口地址端口地址端口地址端口地址。 CPU通过向命令端口发命令来对接口，最终对设备通过向命令端口发命令来对接口，最终对设备进行控制。进行控制。访问设备实际上是访问相关的端口访问设备实际上是访问相关的端口访问设备实际上是访问相关的端口访问设备实际上是访问相关的端口。3. 3.命令、接口与命令、接口与命令、接口与命令、接口与I/OI/O端口关系端口关系端口关系端口关系 一个接口中有多个一个接口中有多个I/O端口；端口； 一个一个I/O端口可接受多种命令，对应多个寄存器。端口可接受多种命令，对应多个寄存器。3.3 I/O编址与访问侍浊猩羊眶涕狐胀施削伐厦烹臆忘读碴睛另穆俱芦屁洒嵌邹弃篡授浴瞥等第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口311.I/O1.I/O统一编址（存储器映象统一编址（存储器映象统一编址（存储器映象统一编址（存储器映象I/OI/O编址）编址）编址）编址） 一个一个I/O端口等同于一个存储器单元。端口等同于一个存储器单元。存储单元和存储单元和I/O端口统一编址。端口统一编址。 应用：应用：应用：应用：Motorola系列和系列和Apple 系列均采用此方式系列均采用此方式3.3.2 I/O端口编址CPU地址存储器数据地址数据I/O设备控制逻辑控制逻辑MEMR MEMWCBCBABABDBDBA0A19堂滔润别迫莆凄纤耳毙滞汐隋款匝邪匹看经间矾诞扣猖兴奄盾粮秦恤么咋第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口32 优点：优点：优点：优点：对对I/O端口的访问命令与对存储器单元访问相同，端口的访问命令与对存储器单元访问相同，不必使用专用不必使用专用I/O指令；指令；外设数目或外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。寄存器数几乎不受限制。系统读写控制逻辑较简单。系统读写控制逻辑较简单。 缺点：缺点：缺点：缺点：I/O端口占用部分端口占用部分MEM空间，可用空间，可用MEM空间减小；空间减小；对对MEM访问指令较长，执行速度较慢；访问指令较长，执行速度较慢； I/O端口地址译码时间较长。端口地址译码时间较长。扰匝回偿士碱捷苔势疤舜谤犬乳记羹抚泞逃潭倦震桔御诣俯吠酒奎援纸透第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口332.I/O2.I/O独立编址独立编址独立编址独立编址 I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。端口地址空间与存储器地址空间相互独立。 应用：应用：应用：应用：Z-80系列和系列和x86系列均采用此方式。系列均采用此方式。CPU地址存储器数据地址数据I/O设备控制逻辑控制逻辑MEMRIORMEMWIOWCBCBABABDBDBA0A19A0A1辰群淬江碎臭喊赛灌栽翻墟谁涉芍骇测廷佰寻扩廊课荡均蛹辣颤尿屈糙默第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口34 缺点：缺点：缺点：缺点： 专用专用I/O指令增加指令系统复杂性，且指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型少，指令类型少，寻址方式也少，程序设计灵活性较差；寻址方式也少，程序设计灵活性较差； 要求处理器提供要求处理器提供MEMR#/MEMW#和和IOR#/IOW#两两组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。 优点：优点：优点：优点：MEM地址空间不受地址空间不受I/O端口地址空间影响；端口地址空间影响；I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快，使得此类指令执行速度快；速度较快，使得此类指令执行速度快；使用专用使用专用I/O命令命令(IN/OUT)，与，与MEM访问命令访问命令(LOAD/STORE、MOV)有明显区别有明显区别,便于理解和检便于理解和检查。查。蘑阎镭舟彦旦棠降灼酷墅鼠砷寞斌踌腔阅芍翔赘锣秉宫穆州鬼略钧辙稠躯第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口353.Intel3.Intel系列微机系列微机系列微机系列微机I/OI/O编址编址编址编址 Intel Intel系列微处理器系列微处理器系列微处理器系列微处理器支持支持I/O独立编址方式和独立编址方式和I/O统一编统一编址（存储器映象编址）方式。址（存储器映象编址）方式。 Intel系列微机系统系列微机系统仅支持仅支持I/O独立编址方式。独立编址方式。4.I/O端口访问端口访问 CPU通过通过I/O指令对指令对I/O接口进行访问。接口进行访问。衫氖命迫邵糖宁堰排舍铀崎崖搬森税讼扁蚂稍显摆触泵垂瘁孵膊五痊拄闲第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口36输入指令（IN：将外设数据传送给CPU内的AL/AX）IN AL,i8;字节输入IN AL,DX;字节输入IN AX,i8;字输入IN AX,DX;字输入输出指令（OUT：将CPU内的AL/AX数据传送给外设）OUT i8,AL;字节输出OUT DX,AL;字节输出OUT i8,AX;字输出OUT DX,AX;字输出 C C语言指令：语言指令：语言指令：语言指令：inportb(inport)、outportb(outport)。 VC+VC+指令：指令：指令：指令：_inp(_inpw)、_outp(_outpw)。赵挞之稿桐粤聋赎嫁颇剥诅琉真芬酋涡苏迹例才摘奏挽差薪记螟气谦柑诺第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口371 PortReadByte;语法：BOOLPortReadByte(DWORDaddress,BYTE*pdata);功能描述：读该板卡某个的IO端口值。参数：address：指明要读的IO端口地址pdata：该函数执行完后，address所指明的端口值被填入该地址返回值：如果读成功，则返回True，否则返回FalsePortWriteByte;语法：BOOLPortWriteByte(DWORDaddress,BYTEdata);功能描述：将给定值写入该板卡所指明的IO端口。参数：address：指明要写的硬件IO端口地址data： 该函数执行完后，data将被写入address所指明的IO端口返回值：如果读成功，则返回True，否则返回False备注：应用程序使用该函数前必须先调用Startup。摹蛆滑录关价濒箱船寺毯敲版啄两腺彦渠奠霹狙叉丑余凋皑喜枚链沼掸样第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口38 例：例：例：例：读取读取CMOS信息。信息。main() short int i, j; unsigned char c_CmosMessage64; for (i=0;i=63;i+) j=i|0x80 outportb(0x70,j); c_CmosMessagei=inportb(0x71) ; printf(CMOS信息读取完毕。信息读取完毕。n); ；功能：读取；功能：读取；功能：读取；功能：读取CMOSCMOS信息信息信息信息；调用：；调用：；调用：；调用：AL=CMOSAL=CMOS地址地址地址地址；返回：；返回：；返回：；返回：AL=CMOSAL=CMOS内容内容内容内容 proc_read_cmos procproc_read_cmos proc cli cli or al,80h ; or al,80h ;屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽NMINMI out 70h,al out 70h,al jmp $+2 jmp $+2 ; ;延迟延迟延迟延迟 in al,71h ; in al,71h ;读读读读CMOSCMOS数据数据数据数据 sti sti ret ret proc_read_cmos endp proc_read_cmos endp袖尉混平晴撞葛涵揖鹤烩羞姑气引屑虱阅粗靠汇盲芳白侦祟泻色荧橱馆邻第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口393.3 I/O地址的译码方法地址的译码方法及特点：u部分译码时，通常是中间地址线不连接u部分译码也有最低地址线不连接的情况u每个接口电路通常只占用几个I/O地址，这时可以利用基本逻辑门电路进行地址译码u除采用译码器、门电路进行译码外，I/O地址译码还经常采用可编程逻辑器件PLDu为了给系统一定的选择余地，有些接口电路利用比较器、开关或跨接器等进行多组I/O地址的译码这浓怎被赠回鸽蛮君爪箭闷渺摸锰侈或诚矽圣掀域爪元僧乒擅贱脯谦溃咸第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口403.4.1 x86系列微机接口分析系列微机接口分析1.I/O1.I/O接口硬件分类接口硬件分类接口硬件分类接口硬件分类 系统板上系统板上I/O芯片和芯片和I/O扩展槽接口卡。扩展槽接口卡。2.I/O2.I/O端口地址分配端口地址分配端口地址分配端口地址分配 PC系列系列I/O地址线有地址线有16根，对应根，对应64K空间；空间； I/O端口译码只使用了端口译码只使用了A0-A9，共，共1024个端口，个端口，地址范地址范地址范地址范围为围为围为围为0000H03FFH0000H03FFH。 不同的微机系统对不同的微机系统对I/O端口地址的分配不同。端口地址的分配不同。 初期：初期：初期：初期：A9=0端口端口(512个个)为系统板所用，其他端口为系统板所用，其他端口(512个个)为扩展槽所用。为扩展槽所用。3.4 接口分析与设计方法役剂他度贱祸驰郎阅玖禹蚌骗惠秸社鞘澳驼类织肘称易贪福怂匹绕险搜茬第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口41I/O芯片名称芯片名称 地址范围地址范围 DMAC1DMAC2DMA页面寄存器页面寄存器 0000-001FH00C0-00DFH0080-009FH 中断控制器中断控制器1中断控制器中断控制器2 0020-003FH00A0-00BFH 定时器定时器并行接口芯片并行接口芯片(键盘接口键盘接口)RT/CMOS RAM协处理器协处理器 0040-005FH0060-006FH0070-007FH00F0-00FFH 系统板系统板系统板系统板I/OI/O接口芯片端口地址接口芯片端口地址接口芯片端口地址接口芯片端口地址(0000H-00FFH)(0000H-00FFH)： PC/AT/PentiumPC/AT/Pentium：A8=A9=0端口端口(256个个)为系统板所用，为系统板所用，其他端口其他端口(768个个)为扩展槽所用。为扩展槽所用。加嫁趣肆粥剧揖携恒毡举帛欲瘟务咨吵坑车粥民病稠芳擒稽酋裤炉芜豪谦第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口42 扩展槽扩展槽扩展槽扩展槽I/OI/O接口卡端口地址接口卡端口地址接口卡端口地址接口卡端口地址(0100H-03FFH)(0100H-03FFH)：I/O接口名称接口名称 地址范围地址范围 游戏控制卡游戏控制卡 0200-020FH 并行口控制卡并行口控制卡1并行口控制卡并行口控制卡2 0370-037FH0270-027FH 串行口控制卡串行口控制卡1串行口控制卡串行口控制卡2 03F8-03FFH02F8-02FFH 原原型型插插件件板板(用用户户可可用用) 0300-031FH 同步通信卡同步通信卡1同步通信卡同步通信卡2 03A0-03AF0380-038FH 单显单显MDA彩显彩显CGA彩显彩显EGA/VGA 03B0-03BFH03D0-03DFH03C0-03CFH 软驱控制卡软驱控制卡硬驱控制卡硬驱控制卡 03F0-03FFH01F0-01FFH PC网卡网卡 0360-036FH 索蔬栈拨凸诵脓拨咸萎疲也朽缠两刊机集笛窘贫咕铬肚充屿剖呸蔽夜腑仁第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口43 用户用户用户用户I/OI/O端口地址选用原则：端口地址选用原则：端口地址选用原则：端口地址选用原则： 系统配置占用的端口地址一律不能用；系统配置占用的端口地址一律不能用； 厂家声明保留的端口地址不要用；厂家声明保留的端口地址不要用； 其余端口地址可用，为避免冲突最好采用其余端口地址可用，为避免冲突最好采用DIP。3.I/O3.I/O端口地址译码方法端口地址译码方法端口地址译码方法端口地址译码方法 一个一个I/O接口中的多个端口地址是连续的。接口中的多个端口地址是连续的。 IOW#/IOR#信号信号(有效有效)、AEN信号信号(无效无效)和和I/O端口端口地址高位经过译码得到。地址高位经过译码得到。 I/O I/O接口芯片内部端口地址：接口芯片内部端口地址：接口芯片内部端口地址：接口芯片内部端口地址： I/O端口地址低位直接组成。端口地址低位直接组成。 I/O I/O接口芯片片选接口芯片片选接口芯片片选接口芯片片选(CS#)(CS#)信号：信号：信号：信号：矣肛枉怨程橇险遵霓彦镭丘类催诗成入逻首拾雄酞页蚁您握货昂帜阀蟹叁第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口441. 1.固定式端口地址译码固定式端口地址译码固定式端口地址译码固定式端口地址译码 接口中只有一个端口时可采用门电路构成。接口中只有一个端口时可采用门电路构成。 接口中有多个端口时一般采用译码器电路构成，常接口中有多个端口时一般采用译码器电路构成，常见的译码器有见的译码器有74LS138、74LS154等。等。 74LS138 74LS138译码器：译码器：译码器：译码器：工作条件：工作条件：工作条件：工作条件： G1=1，G2A #=G2B #=0。工作原理：工作原理：工作原理：工作原理： 将复合的输入信号变为枚举的将复合的输入信号变为枚举的输出信号。输出信号。15Y0Y7ABCG2B#G2A#G114131211109712345674LS1383.4.2 I/O端口地址译码电路的几种形式慨汀尘棍纵造游壮雄垛疽躲尾碳抠菊颁啼吗坎田瀑状客傈共橱绅驻棍腮牌第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口45输输 入入输输 出出G G1 1G G2A2A#G#G2B2B# #C B AC B AY Y7 7 Y Y6 6 Y Y5 5 Y Y4 4 Y Y3 3 Y Y2 2 Y Y1 1 Y Y0 01 0 01 0 00 0 00 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 01 0 01 0 00 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 11 0 01 0 00 1 00 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 11 0 01 0 00 1 10 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 0 01 0 01 0 01 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 11 0 01 0 01 0 11 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 01 0 01 1 01 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 11 0 01 0 01 1 11 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 10 X X0 X XX X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1X 1 XX 1 XX X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1X X 1X X 1X X XX X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 174LS138真值表铰习喂吸过盅终驮隙尤景猫丑腿韧顷及黑恋坍负知宅由尖茨勃悲鱼臭帕剧第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口46Y0Y7ABCG2BG2AG11514131211109712345674LS138A5A6A7A8A9AEN#DMACS#(8237)INTRCS#(8259)T/C CS#(8253)PPICS#(8255)WRTDMAPG#11WRTNMIREG#IOW#74LS13874LS138在在在在PCPC机系统板端口译码的应用：机系统板端口译码的应用：机系统板端口译码的应用：机系统板端口译码的应用：为何中断控制为何中断控制为何中断控制为何中断控制1 1端口地址为端口地址为端口地址为端口地址为0020H-003FH0020H-003FH？软件上和信号上如何区别访问软件上和信号上如何区别访问软件上和信号上如何区别访问软件上和信号上如何区别访问I/OI/O还是还是还是还是MEMORY?MEMORY?莱胳滑醋逆辅概碟谆傣境檀传弯殿闰哟绥渊挡怯揖欲窒飘佣固砍漫吮颗箩第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口47DMA825982538255系统系统空闲空闲00H20H40H60H3FFH1FH3FH5FH7FH：数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线CPUD7-D0D7-D0CS#A0A0WR#WR#RD#RD#设设备备侧侧信信号号D7-D0D7-D0CS#A1A1A0A0WR#WR#RD#RD#设设备备侧侧信信号号82598253MEMY0Y7A AB BC CGG2 2B B# #GG2 2A A# #GG1 115141312111097A5A5A6A6A7A7A9A9A8A8AEN#AEN#74LS138A1A1A0A0A0A0A15-A0A15-A0D7-D0D7-D0IOW#IOW#IOR#IOR#IOW#IOW#IOR#IOR#道服四镑而筋角集陡谍张墒邢圾奎胁嘲氛消胁袋布抵咬艘碍雇捂随冻唱疟第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口482. 2.可选式端口地址译码可选式端口地址译码可选式端口地址译码可选式端口地址译码(1)(1)使用比较器使用比较器使用比较器使用比较器+ +地址开关方法地址开关方法地址开关方法地址开关方法 74LS688 74LS688比较器：比较器：比较器：比较器：当当P07Q07时，时， P=1，输出高电平。，输出高电平。当当P07=Q07时，时， P=0，输出低电平。，输出低电平。 比较器和地址开关产生一个信号参与片选。比较器和地址开关产生一个信号参与片选。 注意：注意：注意：注意：门电路与门电路与IOR#/IOW#信号延迟不能太大。信号延迟不能太大。诞筒告看聋饮剂脊纱跪粥遮浪窑馅尝刘洱朽寅奠嘶入览流启肄杆腑伍依里第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口49(2)(2)(2)(2)使用异或门使用异或门使用异或门使用异或门+ + + +地址开关方法地址开关方法地址开关方法地址开关方法 用异或门代替比较器和地址开关比较。用异或门代替比较器和地址开关比较。=1=1=1=11 234 567891011121314VCCGND74LS136 如用如用3片片74LS136代替代替74LS688。 74LS136 74LS136 74LS136 74LS136：逻辑：逻辑：逻辑：逻辑： 3=1 2；6=4 5； 8=9 10；11=12 13；连线：连线：连线：连线： 异或门的输入端分别接异或门的输入端分别接地址线和开关线。地址线和开关线。 片选：片选：片选：片选：各异或门的输出各异或门的输出“或或”的结果。的结果。茵那防聋净贪综佰庇闰泊蛾虽镶渊稠筐犁骸订秘抛榨略疮屠淘线隋烫奇埠第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口50思考题思考题思考题思考题1 1?扶萎构剑恳克酥艳憾晴界仇茶灿烩喷鸥浚航捡秀植犊赚缨房督账绪澄缝歪第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口51300H301H302H303H304H305H306H307H思考题思考题思考题思考题1 1 的答案的答案的答案的答案踪陨讽窥珍蛰霄随硒实么嵌践嘎鬼省趾芬勒乍朔可净术沽坦堆逢贬捶牵瞳第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口52思考题思考题思考题思考题2 2Y0Y7ABCG2BG2AG11514131211109712345674LS138_AEN# 001FH 405FH 809FH_10011FH_A9A0A9A0共共共共1010根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。铲恃瘫降渍鸥邪窑痪掉雌宜城娩零逻幕咳犬乏跋赫佐煮效只羽稗车两粟渭第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口53思考题思考题思考题思考题2 2的答案的答案的答案的答案A6A7A8A5A9 001FH 405FH 809FH 10011FHC0DFH14015HH18019FH1C01DFHA9A8A7A6A5A4A3A2A1A0第一步第一步 ? ? ? ? ? 第二步第二步 0 ? ? ? 0 第三步第三步 0 C B A 0 Y0Y Y7 7ABCG2BG2AG1151413121110971 12 23 34 45 56 674LS138AEN#打陀纤喇揣亿导庐临阅筒芜轰记条酒厅连干趁薯额峙澎位舀膛砒厂骇耽炼第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口54思考题思考题思考题思考题3 3要求接口芯片的端口地址范围为要求接口芯片的端口地址范围为要求接口芯片的端口地址范围为要求接口芯片的端口地址范围为260H260H，262H262H，264H264H，266H266H，268H268H，26AH26AH，26CH26CH，26EH26EH，请问，请问，请问，请问A0A9A0A9这这这这1010根线需要怎么连。根线需要怎么连。根线需要怎么连。根线需要怎么连。Y6ABC74LS138G1G2A #G2B #A0A1CS#A2某接口芯片某接口芯片&IOR#IOW#掏盈伊铡挠贴冰梭费嗜被汤列杯叮馆盔迪哪智金瓢寿盈灸淤尽非握塘柬严第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口55思考题思考题思考题思考题3 3答案答案答案答案A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 0 0 1 1 0Y6ABC74LS138G1G2A #G2B #A0A1CS#A2某接口芯片某接口芯片&IOR#IOW#A1A2A3A6A5A41A9A0A7A800000010010001101000101011001110 0绩篇谐宽聘巢逃曙闰坞弟幻豌往授骋皑邑彪奖哀鲍政硕郁褪菠洁喜惊律尔第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口56思考题思考题思考题思考题4 4Y2ABC74LS138A3A4A5G1&A6A7G2B #&IOR#IOW#某接口片某接口片CS#A0A1A0A1G2A #A8A91按图上的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每按图上的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每按图上的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每按图上的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每个端口的地址分别是多少？个端口的地址分别是多少？个端口的地址分别是多少？个端口的地址分别是多少？墩遁栓享抛熄潜羚跋碴肄曼筒像练讨鸳置薛祈厨酝购槽挖滁磕诚吵韵圾炯第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口57思考题思考题思考题思考题4 4答案答案答案答案Y2ABC74LS138A3A4A5G1&A6A7G2B #&IORIOW某接口片某接口片CS#A0A1A0A1G2A #A8A91A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0 1 1 0 1 0 0 00 11 01 1D0HD4HD1H 或或D5HD2HD6HD3HD7H共共4个端口个端口地址是：地址是：拥兑抚喳辗所威退幢达跺酚资卉掸疟欺牵丛肋爽碑睡惟滤揩杏弹避喷霞畜第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口58Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5Y6 Y7A5A6 A7A8A9 AENIOWAB CG2BG2AG174LS138DMA CS（8237）INTR CS（8259）T/C CS（8253）PPI CS（8255）WRTDMAPG（写（写DMA页面寄存器）页面寄存器）WRTNMIREG（写（写NMI屏蔽寄存器）屏蔽寄存器）IBM PC/XT主机板的主机板的I/O译码电路译码电路绦揩库菊嗡担衰杨顺夺巳荆檬资稗悠集敛无碎错铰开慢箱藏淡坊得鳃挑偏第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口59RDA11A0A10D0D7A12A13A14A15A16A17A18A19IO/MWR&A11A0A10Q1Q8WEI/O1I/O8OECSABCG2AG2BG1Y0Y1Y5Y6Y7OECEEPROM74LS138A0A10RAMDMACS(8237)INTRCS(8259)T/CCS(8253)歧桃禽播呐求场膳住始羌喊职鼻辨驳悍陷盔刊省虫凭腑投走腹幕迷粕绒伴第章基本输入输出接口第一章计算机控制技术 第3章基本输入/输出接口60或或A19A16/S6S3CSCS8254 8254 # #0H0H 00H 00H43H43HALALOUT 43H, ALOUT 43H, ALWR #( IOW# )WR #( IOW# )IO/IO/M#M#矫瑞庚哎纫韶敢冗嘱孰蚊剥绦额菌毗捉啦嗣早锅翅洒阐挣骡状胞聚淬驯宿第章基本输入输出接口第一章