第06章输入输出接口及中断技术X

出设备，则用忙(BUSY)信号的高低表示输出设备是否
处于空闲状态，如为空闲状态，则可接收CPU输出的 信息，否则CPU要暂停送数。因此，状态信息能够保 障CPU与外设正确地进行数据交换。
3．控制信息
控制信息是CPU通过接口传送给外设的， CPU通过发送控制信息设置外设(包括接口) 的工作模式、控制外设的工作。如外设的 启动信号和停止信号就是常见的控制信息。 实际上，控制信息往往随着外设的具体工 作原理不同而含义不同。
IBM-PC机端口地址1024个端口地址 低256地址（000H~0FFH）做为主机电路板使用 高768地址（0100H~03FFH）作扩充插槽使用 故此仅用A9~A0十根地址线
IBM-PC机端口地址分配见 P395页 表 6.1 那么现在的PC机的端口地址怎么看呢 开始→程序→附件→系统工具→系统信息 硬件资源中I/O或看组件中就可以看到
第6章 输入输出接口及中断技术
第六章 输入输出接口及中断技术
• • • • • • • • 6.1 输入输出接口概述 6.2 PC系列微机I/O端口和I/O端口地址译码 6.3 CPU与外设之间数据传送的控制方式 6.4 可编程并行接口8255A 6.5 计数/定时器8253/8254 6.6 中断技术 6.7 可编程中断控制器8259A 6.8 DMA技术及可编程DMA控制器8237
2、查询传送方式及其接口
• CPU需要选了解（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
不同外设具有的端口数各不相同，计算机中为每一个端 口都赋予一个唯一编号——称为端口地址(或端口号)。 端口有两种编址方式：统一编址和独立编址。
一、统一编址方式（存储器映像方式） 即是将端口看作一个存储单元看待，每个端口地 址占用一个地址单元，存储器与I/O地址统一安排 二、独立编址方式（I/O映像方式）
小
结
CPU通过接口和外设交换信息时，只能用输
入指令(IN)和输出指令 (OUT)传送数据，
所以状态信息、控制信息也是被作为数据信息 来传送的，即把状态信息作为一种输入数据，而 把控制信息作为一种输出数据，这样，状态信息 和控制信息也通过数据总线来传送。但在接口中
，这ห้องสมุดไป่ตู้种信息是在不同的寄存器中分别存放的。
2、缺点
①内存空间相对减少 ②单独的译码电路复杂
③指令代码字节长
④分析程序困难
二、独立编址方式（I/O映像方式）
CPU AB 及其 配置 芯片
译 码 器 IO/端口 空间 (64KB)
IO / M 1 IOW IOR
0000H
I/O端口与MEM 空间各自独立
FFFFH
~
逻辑上重叠
物理上独立
即通过端口来访问以上的信息
返回
二、端口（PORT）
I/O端口：是指I/O接口中存放数据信息、状态信
息和控制信息，CPU可以读/写的一组寄存器或特 定电路，被称为I/O端口。 一般接口通常有数据端口、控制端口、状态端口 数据端口：（I、O） 输入数据端口（I）：保存外设给CPU的数据 输出数据端口（O）：保存CPU给外设的数据 状态端口：（I）
二、接口电路的外部特性
是CPU与I/O设备之间的桥梁，CPU与外设交换信息的中转站
CPU
接口
外设
•
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，各不相同 功能定义、时序及有效电平等差异较大
AEN A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
Q10 Q9 Q8 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
以此类推
后续课程中ＥＤＡ 会给大家介绍
6.3 CPU与外设之间数据传送的控制方式
CPU与I/O接口间的信息传送，称为信息交换。
信息交互的方式有4种：
1.无条件传送：慢速外设需与CPU保持同步 2.查询传送： 简单实用，效率较低 3.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 4.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
2. 状态信息
状态信息作为CPU与外设之间交换数据时的联络
信息，反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过
接口送往CPU的。CPU通过对外设状态信号的读取， 可得知输入设备的数据是否准备好、输出设备是否空 闲等情况。对于输入设备，一般用准备好(READY)信 号的高低来表明待输入的数据是否准备就绪；对于输
I/O接口电路的基本结构
AB
地址 译码 I/O端口1
C
P
DB
数据 缓冲
外
I/O端口2
设
U
CB 控制 电路
I/O端口3
上一张
返回
二、接口电路的功能
功能：1、数据缓冲与锁存 2、信息的输入与输出 3、信息格式转换 4、联络和中断管理动能 5、进行译码 6、电平转换 7、具备时序功能控制 8、具有可编程功能 9、检错
6.1 输入输出接口概述
什么是输入/输出设备？ 能够完成输入/输出操作的设备就叫输入/输出设备，简 称外设或I/O设备。
例如，键盘、鼠标器、磁盘和扫描仪等是大家熟悉的输入设备， 而磁盘、CRT显示器、打印机、X-Y绘图仪等则是最常见的输出 设备。
什么是输入/输出接口？
要实现外部设备与主机之间的连接(connection)和 信息交换，必须经过一个数据转换和传输的设备。这种 设备，我们叫做I/O接口(interface)。
例如 System speaker地址为0x00000061 也就是0061H，怎么操作？ 软件访问采用IN 或 OUT 指令！
我们设计IO卡可采用200H~20FH游戏接口卡 300H~31FH实验板
对IO端口操作数据线和地址线与存储器公用， 差别在于控制总线不同采用IOR、 及IO/M=1 IOW IN 指令将使总线IOR信号有效 OUT 指令将使总线IOW信号有效
6.1.1I/O接口电路的功能和必要性
一、I/O接口要解决的问题 速度匹配(Buffer)：键盘0.5s,打印机几十ms, 软盘500KB/S,硬盘100MB/S 信号电平和驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
8 0 8 8 总 线
MEMR、MEMW
A19-A0 存储器访问
IOR、IOW 、AEN I/O访问 A15-A0
8088/8086 CPU的I/O编址方式
• 采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) • 地址线上的地址信号用 IO/M 来区分： IO/M=1 时为I/O地址 • I/O操作只使用20根地址线中的16根： A15 ～ A0 • 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 • I/O地址范围为0～FFFFH • IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
IO空间与存储器空间独立，由IO / M 引脚区分
程序中由IN和OUT指令区分。
一、统一编址方式（存储器映像方式）
把I/O端口看成MEM一个地址
DB
IO/端口
CPU 译 及其 AB AB 码 配置 器 芯片
CB
MEMW MEMR
1、优点
①指令丰富(mov等） ②I/O端口的空间大
存储器
③寻址控制逻辑简单 （与MEN共用一套）
DB CB
译 码 器
存储器 空间
(1MB)
IO / M 0 00000H
~
FFFFFH
MEMW MEMR
1、优点 ①MEM和I/O分开设计 ②I/O地址线少 ③I/O指令短，执行速度快
2、缺点 ①需单独使用I/O译 码单元和指令 ②不象I/O指令丰富
6.2 PC系列微机I/O端口和I/O端口地址译码 6.2.1 PC系列微机I/O端口地址分配
2.集成译码器 3.开关式可选择译码电路 4.可编程逻辑电（GAL、 FPGA、CPLD）
配置
芯片
IOR IOW
芯片 1.组合逻辑门电路
片内端口地址线
RD WR
一、组合逻辑门电路地址译码
1 0 1 0 1 1
A9 A8 A7 A3 A2 O
1 1 1
LS30
O
1 1
1 1 1 1
&
LS30
O
0
LS32
74LS138 A5 A6 A7 A B C G2B G2A G1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 IOW WRTNMIREG （写NMI屏蔽寄存器） DMA CS（8237） INTR CS（8259） T/C CS（8253） PPI CS（8255）
A8 A9 AEN
三、开关式可选择译码电路
输入指令 IN AL,port8 ;字节输入，直接寻址 IN AL,DX ;字节输入，间接寻址 IN AX,port8 ;字输入，直接寻址 IN AX,DX ;字输入，间接寻址 输出指令 OUT port8,AL;字节输出，直接寻址 OUT DX,AL ;字节输出，间接寻址 OUT port8,AX;字输出，直接寻址 OUT DX,AX ;字输出，间接寻址
Ｉ “1” Ｏ 接 “1” CS 口 “1” 电 “0” 路
WR RD
低3位由A2、A1、A0决定为111
高7位由决定DIP开关通过比较器74LS688
四、使用可编程逻辑器件译码