端口地址译码 课件
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端口编址方式（ 二、 I/O端口编址方式（统一、独立） 端口编址方式 统一、独立）
1. I/O统一编址（存储器映象 编址） 统一编址（ 编址） 统一编址 存储器映象I/O编址 一个I/O端口等同于一个存储器单元。存储单元和 一个 端口等同于一个存储器单元。存储单元和I/O 端口等同于一个存储器单元 端口统一编址。 端口统一编址。 优点： 优点： 1）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， 端口的访问命令与对存储器单元访问相同 不必使用专用I/O指令 指令； 不必使用专用 指令； 2）外设数目或 寄存器数几乎不受限制。 寄存器数几乎不受限制。 ）外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制 3）微机系统读写控制逻辑较简单。 ）微机系统读写控制逻辑较简单。 缺点： 缺点： 1）I/O端口占用部分 端口占用部分MEM空间，可用 空间， 空间减小； ） 端口占用部分 空间 可用MEM空间减小； 空间减小 2）对MEM访问指令较长，执行速度较慢； 访问指令较长， ） 访问指令较长 执行速度较慢； 3）I/O端口地址译码时间较长。 ） 端口地址译码时间较长。 端口地址译码时间较长
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扩展槽I/O接口卡端口地址 扩展槽 接口卡端口地址(0100H-03FFH)：表2-2 接口卡端口地址 ：
I/O接口名称 接口名称 游戏控制卡 并行口控制卡1 并行口控制卡 并行口控制卡2 并行口控制卡 串行口控制卡1 串行口控制卡 串行口控制卡2 串行口控制卡 原型插件板(用户可用 原型插件板 用户可用) 用户可用 同步通信卡1 同步通信卡 同步通信卡2 同步通信卡 单显MDA 单显 彩显CGA 彩显 彩显EGA/VGA 彩显 软驱控制卡 硬驱控制卡 PC网卡 网卡
端口地址选用原则： 三、用户I/O端口地址选用原则： 用户 端口地址选用原则 1）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； 2）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； 3）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。 。
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2.2 接口分析与设计方法
一、I/O接口硬件分类 接口硬件分类 系统板上I/O芯片和 扩展槽接口卡 系统板上 芯片和I/O扩展槽接口卡。 芯片和 扩展槽接口卡。 二、I/O端口地址分配 端口地址分配 PC系列 地址线有 根，对应 系列I/O地址线有 空间； 系列 地址线有16根 对应64K空间； 空间 I/O端口译码只使用了 0-A9，共1024个端口，地址范 端口译码只使用了A 个端口， 端口译码只使用了 个端口 围为0000H~03FFH。 围为 。 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。 不同的微机系统对 端口地址的分配不同。 初期： 端口(512个)为系统板所用，其他端口 为系统板所用， 初期：A9=0端口 端口 个 为系统板所用 (512个)为扩展槽所用。 为扩展槽所用。 个 为扩展槽所用
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缺点： 缺点： 1）专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类 ）专用 指令增加指令系统复杂性 指令增加指令系统复杂性， 指令类 型少，程序设计灵活性较差； 型少，程序设计灵活性较差； 2）要求处理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW两 ）要求处理器提供 和 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。
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电路图见P15 图2.1 多端口译码一般要用译码器 74LS138译码器： 译码器： 译码器
1 2 3 5 4 6 A B C G2B G2A G1 Y7 Y0 74LS138 15 14 13 12 11 10 9 7
工作条件： 工作条件： G1=1，G2A=G2B=0。 ， 。 工作原理： 工作原理： 将复合的输入信号变为枚举的 输出信号。 输出信号。
I/O芯片名称 芯片名称 地址范围
DMAC1 DMAC2 DMA页面寄存器 页面寄存器 中断控制器1 中断控制器 中断控制器2 中断控制器 定时器 并行接口芯片(键盘接口 键盘接口) 并行接口芯片 键盘接口 RT/CMOS RAM 协处理器
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0000-001FH 00C0-00DFH 0080-009FH 0020-003FH 00A0-00BFH 0040-005FH 0060-006FH 0070-007FH 00F0-00FFH
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I/O端口地址信号：借用RAM地址线信号和 端口地址信号：借用 地址线信号和IOW/IOR信 端口地址信号 地址线信号和 信 号线以及表示DMA正在工作的 正在工作的AEN的反相信号组成。 的反相信号组成。 号线以及表示 正在工作的 的反相信号组成 2.I/O端口地址寻址方式 端口地址寻址方式 I/O端口支持直接寻址和间接寻址方式。 端口支持直接寻址和间接寻址方式。 端口支持直接寻址和间接寻址方式 直接寻址：是使用一字节立即数寻址， 直接寻址：是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围 单字节地址时用） 为00H~FFH共256个。（单字节地址时用） 共 个。（单字节地址时用 间接寻址：是使用DX寄存器间接给出 端口地址， 寄存器间接给出I/O端口地址 间接寻址：是使用 寄存器间接给出 端口地址， 可寻址的范围是0000H~FFFFH共64K个端口。（双字 个端口。（ 可寻址的范围是 共 个端口。（双字 节地址） 节地址）
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PC/AT：A8=A9=0端口 ： 端口(256个)为系统板所用， 为系统板所用， 端口 个 为系统板所用 其他端口(768个100～3FF)为扩展槽所用。 为扩展槽所用。 其他端口 个 ～ 为扩展槽所用 系统板I/O接口芯片端口地址 系统板 接口芯片端口地址(0000H-00FFH)： 接口芯片端口地址 ： P12 表2-1
例2：使用74LS138设计一个系统板上接口芯片的 I/O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： 控制线：AEN=0 地址线：只需要8条（I/O地址00H～FFH），A7、 A6、A5用于片选，A4A3A2A1A0用于片内地址 不参与译码。 思考：如果要求端口地址从40H～5FH，如果设计 电路。
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二、I/O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 端口地址不能更改。 单端口译码和多端口译码。 例1:使用74LS04/20/30/32设计端口地址是2F8H的 只读译码电路。 分析： 1）所需信号线：A9～A0、AEN、IOR 2）选中端口时各信号线的状态：AEN=0、IOR=0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 2 F 8
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地址范围 0200-020FH 0370-037FH 0270-027FH 03F8-03FFH 02F8-02FFH 0300-031FH 03A0-03AF 0380-038FH 03B0-03BFH 03D0-03DFH 03C0-03CFH 03F0-03FFH 01F0-01FFH 0360-036FH
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PA口 口 PB口 口
扩展板上8255 ；扩展板上 扩展板上8255 ；扩展板上
PA口 口
PB口 口
和端口之间交换数据必须通过累加器AX 注：CPU和端口之间交换数据必须通过累加器 和端口之间交换数据必须通过累加器 输入： 输入：MOV DX，300H ， IN AL，DX ， MOV [DI]，AL ， 输出： 输出：MOV DX，301H ， MOV AL，[SI] ， OUT DX，AL ，
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74LS138真值表 真值表
输 G1G2AG2B 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 X X X 1 X
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入 C 0 0 0 0 1 1 1 1 X X
B 0 0 1 1 0 0 1 1 X X
A 0 1 0 1 0 1 0 1 X X
X X 1
X X X
Y7 Y6 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
输 出 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
三、独立编址方式的I/O端口访问 独立编址方式的 端口访问
1. I/O端口地址空间 端口地址空间 I/O端口地址空间：64K个独立编址的 位端口空间。 端口地址空间： 个独立编址的8位端口空间 端口地址空间 个独立编址的 位端口空间。 两个连续8位端口可作为 位端口， 个连续的 位端口可作为16位端口 个连续的8位端口 两个连续 位端口可作为 位端口，4个连续的 位端口 可作为32位端口处理 注意端口地址对齐。 位端口处理。 可作为 位端口处理。注意端口地址对齐。
第二章
I/O端口地址编码技术 I/O端口地址编码技术
1
2.1 I/O端口及其编址方式 端口及其编址方式
端口和I/O操作 一、 I/O端口和 操作 端口和
1. I/O端口 端口 I/O端口是供 端口是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或 端口是供 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I/O端口 端口。 接口中的命令口、状态口和数据口均为 端口。 一个接口中有多个I/O端口 端口； 一个接口中有多个 端口；8255-----4 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， 一个 端口可接受多种命令，对应多个寄存器。8255A 命令口 2. I/O端口地址和 操作 端口地址和I/O操作 端口地址和 对接口中的不同寄存器或电路的编号称为I/O端口地址。 对接口中的不同寄存器或电路的编号称为 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进行 通过向命令端口发命令来对接口最终对设备进行 控制。访问设备实际上是访问相关的端口。 控制。访问设备实际上是访问相关的端口。
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2.3 I/O端口地址译码 端口地址译码
一、基本概念
1、地址译码：把地址信号和控制信号转换成 欲访问端口对应的片选信号（CS）。 2、相关信号线： IOW或IOR信号(有效)、AEN信号(无效)和地址低十 位 3、常用电路： 各种门电路：04—非门、08—与门、20 — 4输入 与非门、27—或非门、30—8输入与非门、 32 或 门等 译码器：74LS138 3～8 、74LS139 2～4等
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2. I/O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。 端口地址空间与存储器地址空间相互独立 应用： 系列和x86系列均采用此方式。 系列均采用此方式。 应用：Z-80系列和 系列和 系列均采用此方式 优点： 优点： 1）MEM地址空间不受 端口地址空间影响； 地址空间不受I/O端口地址空间影响 ） 地址空间不受 端口地址空间影响； 2） I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简 ） 端口数量不多，占用地址线少， 端口数量不多 速度较快； 单，速度较快； 3）使用专用I/O命令 ）使用专用 命令 命令(IN/OUT)，与MEM访问命令 ， 访问命令 (LOAD/STORE、MOV)有明显区别 便于理解和检查。 有明显区别,便于理解和检查 、 有明显区别 便于理解和检查。
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3.I/O端口与累加器间 指令 端口与累加器间I/O指令 寄存器I/O指令 端口与累加器间 指令——寄存器 指令 寄存器 格式： 、 格式：IN、OUT。 。 结果：完成I/O端口和 端口和EAX、AX、AL之间的数据传 结果：完成 端口和 、 、 之间的数据传 可使用直接寻址和间接寻址方式。 送，可使用直接寻址和间接寻址方式。 直接寻址： 直接寻址：IN AL，60H ， ；8255 OUT 61H, AL ；8255 间接寻址： 间接寻址：MOV DX, 300H IN AL，DX ， MOV DX， 301H ， OUT DX，AL ，
端口编址方式（ 二、 I/O端口编址方式（统一、独立） 端口编址方式 统一、独立）
1. I/O统一编址（存储器映象 编址） 统一编址（ 编址） 统一编址 存储器映象I/O编址 一个I/O端口等同于一个存储器单元。存储单元和 一个 端口等同于一个存储器单元。存储单元和I/O 端口等同于一个存储器单元 端口统一编址。 端口统一编址。 优点： 优点： 1）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， 端口的访问命令与对存储器单元访问相同 不必使用专用I/O指令 指令； 不必使用专用 指令； 2）外设数目或 寄存器数几乎不受限制。 寄存器数几乎不受限制。 ）外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制 3）微机系统读写控制逻辑较简单。 ）微机系统读写控制逻辑较简单。 缺点： 缺点： 1）I/O端口占用部分 端口占用部分MEM空间，可用 空间， 空间减小； ） 端口占用部分 空间 可用MEM空间减小； 空间减小 2）对MEM访问指令较长，执行速度较慢； 访问指令较长， ） 访问指令较长 执行速度较慢； 3）I/O端口地址译码时间较长。 ） 端口地址译码时间较长。 端口地址译码时间较长
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扩展槽I/O接口卡端口地址 扩展槽 接口卡端口地址(0100H-03FFH)：表2-2 接口卡端口地址 ：
I/O接口名称 接口名称 游戏控制卡 并行口控制卡1 并行口控制卡 并行口控制卡2 并行口控制卡 串行口控制卡1 串行口控制卡 串行口控制卡2 串行口控制卡 原型插件板(用户可用 原型插件板 用户可用) 用户可用 同步通信卡1 同步通信卡 同步通信卡2 同步通信卡 单显MDA 单显 彩显CGA 彩显 彩显EGA/VGA 彩显 软驱控制卡 硬驱控制卡 PC网卡 网卡
端口地址选用原则： 三、用户I/O端口地址选用原则： 用户 端口地址选用原则 1）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； 2）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； 3）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。 。
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2.2 接口分析与设计方法
一、I/O接口硬件分类 接口硬件分类 系统板上I/O芯片和 扩展槽接口卡 系统板上 芯片和I/O扩展槽接口卡。 芯片和 扩展槽接口卡。 二、I/O端口地址分配 端口地址分配 PC系列 地址线有 根，对应 系列I/O地址线有 空间； 系列 地址线有16根 对应64K空间； 空间 I/O端口译码只使用了 0-A9，共1024个端口，地址范 端口译码只使用了A 个端口， 端口译码只使用了 个端口 围为0000H~03FFH。 围为 。 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。 不同的微机系统对 端口地址的分配不同。 初期： 端口(512个)为系统板所用，其他端口 为系统板所用， 初期：A9=0端口 端口 个 为系统板所用 (512个)为扩展槽所用。 为扩展槽所用。 个 为扩展槽所用
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缺点： 缺点： 1）专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类 ）专用 指令增加指令系统复杂性 指令增加指令系统复杂性， 指令类 型少，程序设计灵活性较差； 型少，程序设计灵活性较差； 2）要求处理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW两 ）要求处理器提供 和 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。
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电路图见P15 图2.1 多端口译码一般要用译码器 74LS138译码器： 译码器： 译码器
1 2 3 5 4 6 A B C G2B G2A G1 Y7 Y0 74LS138 15 14 13 12 11 10 9 7
工作条件： 工作条件： G1=1，G2A=G2B=0。 ， 。 工作原理： 工作原理： 将复合的输入信号变为枚举的 输出信号。 输出信号。
I/O芯片名称 芯片名称 地址范围
DMAC1 DMAC2 DMA页面寄存器 页面寄存器 中断控制器1 中断控制器 中断控制器2 中断控制器 定时器 并行接口芯片(键盘接口 键盘接口) 并行接口芯片 键盘接口 RT/CMOS RAM 协处理器
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0000-001FH 00C0-00DFH 0080-009FH 0020-003FH 00A0-00BFH 0040-005FH 0060-006FH 0070-007FH 00F0-00FFH
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I/O端口地址信号：借用RAM地址线信号和 端口地址信号：借用 地址线信号和IOW/IOR信 端口地址信号 地址线信号和 信 号线以及表示DMA正在工作的 正在工作的AEN的反相信号组成。 的反相信号组成。 号线以及表示 正在工作的 的反相信号组成 2.I/O端口地址寻址方式 端口地址寻址方式 I/O端口支持直接寻址和间接寻址方式。 端口支持直接寻址和间接寻址方式。 端口支持直接寻址和间接寻址方式 直接寻址：是使用一字节立即数寻址， 直接寻址：是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围 单字节地址时用） 为00H~FFH共256个。（单字节地址时用） 共 个。（单字节地址时用 间接寻址：是使用DX寄存器间接给出 端口地址， 寄存器间接给出I/O端口地址 间接寻址：是使用 寄存器间接给出 端口地址， 可寻址的范围是0000H~FFFFH共64K个端口。（双字 个端口。（ 可寻址的范围是 共 个端口。（双字 节地址） 节地址）
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PC/AT：A8=A9=0端口 ： 端口(256个)为系统板所用， 为系统板所用， 端口 个 为系统板所用 其他端口(768个100～3FF)为扩展槽所用。 为扩展槽所用。 其他端口 个 ～ 为扩展槽所用 系统板I/O接口芯片端口地址 系统板 接口芯片端口地址(0000H-00FFH)： 接口芯片端口地址 ： P12 表2-1
例2：使用74LS138设计一个系统板上接口芯片的 I/O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： 控制线：AEN=0 地址线：只需要8条（I/O地址00H～FFH），A7、 A6、A5用于片选，A4A3A2A1A0用于片内地址 不参与译码。 思考：如果要求端口地址从40H～5FH，如果设计 电路。
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二、I/O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 端口地址不能更改。 单端口译码和多端口译码。 例1:使用74LS04/20/30/32设计端口地址是2F8H的 只读译码电路。 分析： 1）所需信号线：A9～A0、AEN、IOR 2）选中端口时各信号线的状态：AEN=0、IOR=0 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 2 F 8
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地址范围 0200-020FH 0370-037FH 0270-027FH 03F8-03FFH 02F8-02FFH 0300-031FH 03A0-03AF 0380-038FH 03B0-03BFH 03D0-03DFH 03C0-03CFH 03F0-03FFH 01F0-01FFH 0360-036FH
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PA口 口 PB口 口
扩展板上8255 ；扩展板上 扩展板上8255 ；扩展板上
PA口 口
PB口 口
和端口之间交换数据必须通过累加器AX 注：CPU和端口之间交换数据必须通过累加器 和端口之间交换数据必须通过累加器 输入： 输入：MOV DX，300H ， IN AL，DX ， MOV [DI]，AL ， 输出： 输出：MOV DX，301H ， MOV AL，[SI] ， OUT DX，AL ，
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74LS138真值表 真值表
输 G1G2AG2B 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 X X X 1 X
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入 C 0 0 0 0 1 1 1 1 X X
B 0 0 1 1 0 0 1 1 X X
A 0 1 0 1 0 1 0 1 X X
X X 1
X X X
Y7 Y6 5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
输 出 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
三、独立编址方式的I/O端口访问 独立编址方式的 端口访问
1. I/O端口地址空间 端口地址空间 I/O端口地址空间：64K个独立编址的 位端口空间。 端口地址空间： 个独立编址的8位端口空间 端口地址空间 个独立编址的 位端口空间。 两个连续8位端口可作为 位端口， 个连续的 位端口可作为16位端口 个连续的8位端口 两个连续 位端口可作为 位端口，4个连续的 位端口 可作为32位端口处理 注意端口地址对齐。 位端口处理。 可作为 位端口处理。注意端口地址对齐。
第二章
I/O端口地址编码技术 I/O端口地址编码技术
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2.1 I/O端口及其编址方式 端口及其编址方式
端口和I/O操作 一、 I/O端口和 操作 端口和
1. I/O端口 端口 I/O端口是供 端口是供CPU直接存取访问的接口中的寄存器或 端口是供 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I/O端口 端口。 接口中的命令口、状态口和数据口均为 端口。 一个接口中有多个I/O端口 端口； 一个接口中有多个 端口；8255-----4 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， 一个 端口可接受多种命令，对应多个寄存器。8255A 命令口 2. I/O端口地址和 操作 端口地址和I/O操作 端口地址和 对接口中的不同寄存器或电路的编号称为I/O端口地址。 对接口中的不同寄存器或电路的编号称为 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进行 通过向命令端口发命令来对接口最终对设备进行 控制。访问设备实际上是访问相关的端口。 控制。访问设备实际上是访问相关的端口。
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2.3 I/O端口地址译码 端口地址译码
一、基本概念
1、地址译码：把地址信号和控制信号转换成 欲访问端口对应的片选信号（CS）。 2、相关信号线： IOW或IOR信号(有效)、AEN信号(无效)和地址低十 位 3、常用电路： 各种门电路：04—非门、08—与门、20 — 4输入 与非门、27—或非门、30—8输入与非门、 32 或 门等 译码器：74LS138 3～8 、74LS139 2～4等
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2. I/O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。 端口地址空间与存储器地址空间相互独立 应用： 系列和x86系列均采用此方式。 系列均采用此方式。 应用：Z-80系列和 系列和 系列均采用此方式 优点： 优点： 1）MEM地址空间不受 端口地址空间影响； 地址空间不受I/O端口地址空间影响 ） 地址空间不受 端口地址空间影响； 2） I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简 ） 端口数量不多，占用地址线少， 端口数量不多 速度较快； 单，速度较快； 3）使用专用I/O命令 ）使用专用 命令 命令(IN/OUT)，与MEM访问命令 ， 访问命令 (LOAD/STORE、MOV)有明显区别 便于理解和检查。 有明显区别,便于理解和检查 、 有明显区别 便于理解和检查。
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3.I/O端口与累加器间 指令 端口与累加器间I/O指令 寄存器I/O指令 端口与累加器间 指令——寄存器 指令 寄存器 格式： 、 格式：IN、OUT。 。 结果：完成I/O端口和 端口和EAX、AX、AL之间的数据传 结果：完成 端口和 、 、 之间的数据传 可使用直接寻址和间接寻址方式。 送，可使用直接寻址和间接寻址方式。 直接寻址： 直接寻址：IN AL，60H ， ；8255 OUT 61H, AL ；8255 间接寻址： 间接寻址：MOV DX, 300H IN AL，DX ， MOV DX， 301H ， OUT DX，AL ，