微型计算机接口技术(第二版) 教学课件 ppt 作者 古辉 刘均 雷艳静 第2章 IO端口地址译码技术

1、浙江工业大学计算机学院,微机接口技术,1,内容回顾,微机与接口 微机的硬件结构、8086/8088引脚和系统总线构成。 微机接口概述 微机接口的概念、功能和分类。 微机接口的组成 硬件组成、驱动软件的组成。 CPU与I/O接口间的数据交换方式 程序控制、中断、DMA、通道、外围处理机。 接口电路的分析与设计方法 分析两侧、信号转换、芯片选型、驱动设计。,2,3,第二章 I/O端口地址译码技术,基本概念 接口内部包含一个或多个CPU可进行读写的寄存器，这些寄存器称为I/O端口。数据端口、状态端口和控制端口。 CPU对外设的各种操作，最终都归结为对接口中各端口的读/写操作，而不是直接对外设进行操作。 为了区分不同的端口，需为每个端口分配一个地址编号，称为I/O端口地址。 由于CPU地址总线既连接到存储器又连接到I/O端口，因此，需要一种机制来区分和寻址要操作的内存单元或I/O端口，这种机制称为编址方式。 常用的两种I/O编址方式：I/O端口与内存统一编址；I/O端口与内存独立编址。,2.1 I/O端口编址,4,基本内容 I/O端口与内存单元统一进行地址分配，使用统一的指令访问I/O端口或者

2、内存单元。又称存储器映射编址方式。 Motorola公司的68系列、Apple系列微机即是统一编址。,(1) I/O端口与内存统一编址,5,优点 把I/O端口当做存储单元来看待，可使用访存指令来访问I/O端口，故无需专门的 I/O 指令。 访存指令种类多，功能全，可为访问外设提供方便。 I/O控制信号可与存储器的控制器信号共用，应用方便。 I/O端口数目几乎不受限制。 缺点 I/O端口与内存单元共同统一的地址空间，相对减少了内存可用的地址范围。 从指令形式上不易区分访存还是访问外设，程序可读性低。 访存指令比专用I/O指令长，译码较为复杂，执行速度较慢。,6,基本内容 I/O端口与内存单元有各自独立的地址空间，访问I/O端口使用专门的I/O指令。又称I/O映射编址方式。 8086/8088 CPU、IBM-PC系列和Z80系列机采用独立编址。,(2) I/O端口与内存独立编址,7,优点 I/O端口与内存空间相对独立，I/O端口单独编址，不占用内存空间。 由于使用了专门的I/O指令，指令简短，译码简单，速度快。 I/O指令与访存指令区别明显，程序可读性强。 缺点 专用的I/O指令增加了指

3、令系统的复杂性，且指令类型少，功能弱，程序设计灵活性差。 CPU需提供I/O读写与存储器读写2套控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。,8,指令类型 IN：从I/O端口读入数据到微处理器的累加器中。 OUT：将微处理器累加器中的数据写入到I/O端口。 注意：数据只在累加器（AX或AL）和端口间进行传递。 原则：传输字节数据时使用AL；传输字数据时使用AX。 寻址方式 直接寻址：当端口地址 0FFH时，采用直接寻址，即在指令中直接写明端口地址。（也可用间接寻址方式） 间接寻址：当端口地址 0FFH时，采用间接寻址，使用DX存放端口地址。,(3) 独立编址下的I/O指令,9,直接寻址指令格式 输入：IN AL/AX, port ; port是8位地址，0FFH 输出：OUT port, AL/AX,10,IN AL, 2CH ; 从2CH端口读入 ? 到AL中 IN AX, 5BH ; 从5BH端口读入 ? 到AX中 OUT 61H, AL ; 将AL中的 ? 写入到61H端口中 OUT 1DH, AX ; 将AX中的 ? 写入到1DH端口中,间接寻址指令格式 输入：MOV DX, port

4、; port是16位地址，0FFH IN AL/AX, DX 输出：MOV DX, port OUT DX, AL/AX,11,判断下列指令格式是否正确。 (1) 从218H端口读入一个字数据。 IN AL，218H (2) 将一个字节的数据写入到 254 端口。 OUT 254H, AX,12,MOV DX, 218H IN AL, DX,MOV DX, 254H OUT DX, AX,OUT 254, AL 或 OUT 0FEH, AL,标准C（头文件dos.h） inportb(int port)。 outportb(int port, unsigned char value) inportw, outportw。 VC+（头文件conio.h） int _inp(unsigned short port); int _outp(unsigned short port, int datatype);,(4) 高级语言下的输入输出操作【补充】,13,高级语言编程举例 利用 inportb() 函数从端口2F0H读取一个字节的数据，并显示在屏幕上。 main() unsigned ch

5、ar c; c=inportb(0x2f0); printf(“%xn”, c); 将数据0x55输出到360H端口。 main() outportb(0x360, 0x55); ,14,15,内容概要,统一编址 独立编址 独立编址下的I/O指令 高级语言的输入输出操作,(1) I/O端口地址线 80x86系列PC采用独立编址方式，I/O地址线有16根，对应64K空间。 实际微机主板上仅使用A9A0 10根地址线，共1024个端口，地址范围为000H03FFH。 根据其复杂程度和应用形式，PC系列微机中I/O接口硬件电路可分为2类： 系统板上的 I/O 接口芯片：大多是可编程大规模集成电路，如定时/计数器，中断控制器，DMA控制器，并口等。 扩展槽上的 I/O 接口控制卡：如图形卡、声卡等。,2.2 I/O端口地址分配,16,(2) 系统板上的I/O接口芯片端口地址分配,17,(3) 扩展槽上的I/O接口控制卡端口地址分配,18,允许用户使用,系统配置占用了的端口地址不能使用。 计算机厂家声明保留的地址不能使用。 用户可使用30031FH的地址。但为了避免与其它用户开发的接口卡发生冲突

6、，最好采用DIP开关进行地址设置。,(4) I/O端口地址选用原则,19,可通过“附件”“系统信息”“硬件资源”“I/O”选项来查看 I/O 端口的地址分配状况,20,内容概要,I/O端口地址线 系统板上的I/O接口芯片端口地址分配 扩展槽上的I/O接口控制卡端口地址分配 I/O端口地址选用原则,(1) 基本概念与原理 基本概念 当执行I/O指令时，CPU首先在总线上发出要访问的端口地址和必要的控制信号，然后通过一个转换电路将这些信号转换为相应的I/O端口选通信号。 这个转换过程就是I/O端口地址译码，完整这个过程的转换电路称为I/O端口地址译码电路。 译码信号 译码的实质：对地址线和控制信号进行逻辑组合，产生相应的选通信号 ，低电平有效。 参与译码的主要信号：地址信号线A9A0，控制信号 ， ，（非DMA传送）。,2.3 I/O端口地址译码,21,原理 把地址线分为高低两部分，分别用于片间寻址和片内寻址。 片间寻址：高位地址线与CPU的控制信号相结合，经译码电路产生I/O接口芯片的片选信号 ，实现片间寻址。 通常都由接口芯片外部的译码电路来完成。 片内寻址：低位地址线不参加片间寻址译

7、码，而是直接连接到I/O接口芯片，实现芯片内部的片内端口寻址。 通常由接口芯片内部的地址译码电路来完成。 用于片内寻址的低位地址线条数取决于接口内端口的数目。一般地，低位地址线数 = 。 例：一个接口内部有3个端口，A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0。,22,23,译码方式 按照地址译码电路采用的元器件，分为： 门电路译码 专用译码器译码 开关式译码 可编程逻辑器件译码 按照译码电路的形式，分为： 固定式译码 可选式译码,24,特点：接口中的端口地址固定，不能修改。一般接口卡中大多采用该形式。 单端口地址译码 接口中只有一个端口地址。 多采用与、或、非门等基本门电路来实现。 多端口地址译码 系统中有多个接口芯片，或有多个端口（连续范围）。 多采用集成的译码器来实现，如74LS138，74LS154等。,25,(2) I/O端口地址的固定式译码,门电路译码 常用的逻辑门符号 与门 或门 非门 常用的门电路集成芯片 74LS04：反相器（6门集成） 74LS08：与门（4门集成） 74LS20：4输入与非门（2门集成） 74LS30：8输入与非门（1门集成） 74LS32：2输入或门

8、（4门集成）,26,【例2-1】单端口地址为2F8H的只读端口译码电路。,27,采用标准集成电路的电路形式。,28,【例2-2】分析该译码电路的功能。,29,可进行读/写操作、端口地址为2F8H的译码电路 IOR有效时从端口读数据；IOW有效时向端口写数据,【例2-3】某接口芯片内部有4个端口，地址范围为2F0H 2F3H。请使用门电路为其设计一个端口地址译码电路。 分析： 地址范围为2F0H 2F3H，故CPU访问该接口芯片时，地址线上的信号为： 可用A1A0作为端口选择；将高位地址线A9 A2 和AEN信号组合起来，用门电路产生一个低有效的接口芯片片选信号CS。,30,xx = 00, 01, 10, 11, 对应4个端口,31,译码器译码 多端口时（有多个接口芯片，或接口芯片有多个端口）常采用专用译码器译码。 常用的译码器 74LS138：3-8译码器 74LS139：双2-4译码器 74LS154：4-16译码器,32,74LS138译码器工作原理,33,74LS139译码器工作原理,34,74LS154译码器工作原理,35,【例2-4】已知并行接口芯片8255A有4个端口，片

9、选信号CS 低电平有效。试用74LS138设计一个译码电路，使该芯片的4个端口地址为2F0H 2F3H。 分析： 4个端口，可用低位地址A1A0进行片内译码，而高位地址A9A2和AEN则用于片选。 为使4个端口的地址为2F0H 2F3H，地址线为：,36,G, G2A, G2B C, B, A,C B A,37,【例2-5】设计一个译码电路，要求产生2A8H2AFH共8个端口的选通信号。 分析： 多端口，采用译码器实现。可选用74LS138译码器输出8个信号。 地址范围为2A8H 2AFH，故地址线为：,38,G, G2A, G2B C, B, A,C B A,39,【例2-6】请设计一个系统板上接口芯片的I/O端口地址译码电路，并且让每个接口芯片内部的端口数目为32个。 分析： 每个接口芯片内部的端口数目为32个，故可用低5位地址A4A0进行片内寻址。 系统板上的接口芯片，其端口地址分配范围为0000FFH，故仅用低8位地址译码即可，A9A8= 00。 系统板上有8253、8259、8237、8255 等接口芯片，可用其余的地址线A7A5通过74LS138译码器进行片选。 访问系统板I/O接口芯片时，CPU控制总线，即非DMA操作，且为I/O访问，故 和 可参与译码。 控制G端。,40,41,倒推分析,A4A0可用于片内寻址。 A9A8= 00，可用于控制74LS138的 G2A 和 G2B 端。G端由组合信号 AEN控制（非DMA操作，且为I/O操作）。 A7A5 可用于对8253、8255等进行片选，作为C, B, A输入。,42,结论： 通过倒推分析，每个接口内部有32个端口，各接口芯片的地址范围同表2.2一致。 译码电路总的地址范围为0000FFH（后续的自行分析），同系统板的地址范围一致。,【例2-7】已知某微机系统硬件如下图。编程实现：当端口2中最高位为

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