第二章IO端口地址译码技术

{
I/O端口
IBM PC 系列，Intel 80x86 系列微机 Z80 系列机、大型机
I/O端口地址空间不占用存储器地址空间， 二者的地址空间相互独立完全分开，两者各自有一套独立的地址空间，相互 不会影响。 保护模式的I/O 地址空间，且有保护措施
存储器 FFFFFH
FFFFH
以80x86为例
Port 65535
PC系列机采用独立编址方式
Port 255
07FFFH
00000H
0000H
1MB
Port 3 Port 2 Port 1 Port 0 64KB
Port 1(16位) Port 0 (32位) Port 0(16位)
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2.1
I/O端口及其编址方式
特点 1）端口地址不占用存储器空间,需独立的I/O 端口地址 译码电路选取I/O端口。 2）需要用专门的I/O指令（IN，OUT）对端口进行操 作，I/O指令短，执行速度快。由于I/O指令和存储 器访问指令有明显的区别，从而使I/O程序便于阅 读，层次清晰。
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2.1
I/O端口及其编址方式
3）能给I/O端口有较大的编址空间，这对大型控 制系统和数据通信系统是很有意义的。
缺点：
• 端口占用了存储器的地址空间，使存储器容量减小。 • 指令长度比专门I/O指令要长，执行时间较长，降低 了数据交换速度，I/O程序不易读。
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2.1
I/O端口及其编址方式
2、独立编址
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2.1
I/O端口及其编址方式
3）使用专门的信号来区分CPU是访问存储器 地址总线上是一个有 还是访问I/O端口。
效的I/O端口地址
8086CPU用 M/IO
{
IN，OUT指令时，M/IO=0 执行访问内存指令时，M/IO=1
地址总线上传送的是一 个访问内存的地址
4）I/O端口地址和存储器地址可以重叠， 不会混淆。
；AL 小时 ；AH 小时
；AL
分
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2.2
I/O端口地址分配
不同的微机系统其I/O端口地址的分配是不同的。 每一个外设都要占用一定的I/O地址空间。 要把新的I/O设备加入到系统中。 以IBM-PC系统为例来分析I/O端口地址分配情况。
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2.2
I/O端口地址分配
一、I/O接口硬件分类
分两类： 1、系统板上的I/O芯片：大多数是可编程的大规 模集成电路，如定时 / 计数器，中断控制器， DMA 控 制器，并行接口等。 2、I/O扩展槽上的接口控制卡，由若干个集成电路 按一定的逻辑组成的一个部件，如软驱卡、硬驱卡、 图形卡、声卡、串行通信卡等。
2.1
I/O端口及其编址方式
输出： OUT 61H，AL 或： OUT 61H，AX
；将AL的内容送到端口61H ；AL 61H端口， AH 62H端口
例：
将存储器2100H单元的内容送到83H端口 MOV AL，[2100H] OUT 83H，AL
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2.1
I/O端口及其编址方式
2、间接方式 ：
39
2.2
I/O端口地址分配
三、I/O地址空间的保护 1、I/O特权级保护机制
2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
35
2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2

I/O端口地址分配
二、I/O端口地址分配 （高6位未用）。
见P12，P13，表2.1，2.2
PC机的I/O地址线只用了低10根A9~A0 故地此范围0000H~03FFH
（210=1024=1K个端口）
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
在Intel系列微机系统中采用I/O独立编址方式。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 0000H~FFFFH 。在 IBM-PC机中只使用了1024个I/O端口地址(0~3FFH)。 在目前的微型计算机系统中，系统为主板保留了1024 个端口，分配了最低端的 1024 个地址 (0000H~03FFH) 。 1K 以上的地址 (0400H~FFFFH) 作为用户扩展使用。用户 在设计扩展接口时，应注意不能使用系统已经占用的地址。
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2.1
I/O端口及其编址方式
I/O端口访问—— CPU对I/O端口读/写。 通常所说的 CPU 从端口读数据或向端口写数 据仅仅是指I/O端口与CPU累加器之间的数据传送， 并未涉及数据是否传送到存储器(RAM)的问题。 当要求输入时，将端口的数据传送到存储器， 除了把数据读入CPU的累加器外，还要将累加器 中的数据再传送到内存。或者输出时，数据从存 储器先送到CPU的累加器，再从累加器传送到I/O 端口。
第二章
I/O端口地址译码技术
CPU 对多个外设进行控制时，是分时进行的， 即在某一时刻仅对一个外设进行控制，对外设的选 择是接口的重要部分，外设选择实际上就是端口寻 址。 I/O端口地址译码电路就是用来对外设进行选择 的，本章主要介绍译码电路的设计。
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本章主要内容 2.1 I/O端口及其编址方式 2.2 I/O端口地址分配 2.3 I/O端口地址译码 2.4 GAL器件及其在I/O地址译码中的应用
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配 如何了解微机系统中已经使用了哪些端口地址？

可以通过 Windows 系统中 “ 控制面板 ” 中的系 统程序查看I/O端口的分配。
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
29
2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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6
2.1
I/O端口及其编址方式
端口地址是一种重要资源
PC机I/O端口地址分配
7
2.1
I/O端口及其编址方式
二. 端口地址编址方式
1、统一编址（存储器映射方式）
{
Motorola68、 65系列 Apple系列、 小型机
将存储器空间划出一部分给I/O设备，把I/O接口中的 每一个接口当作存储单元一样进行访问，每一个端口占用 一个存储单元地址。 实模式下I/O地址空间
{
命令口（命令寄存器）--------写口 状态口（状态寄存器）--------读口 数据口（数据寄存器）--------读、写
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2.1
I/O端口及其编址方式
CPU给每个寄存器分配了一个地址（端 口）。 CPU在访问这些寄存器时，只需指明它 们的端口，不需指出是什么寄存器。 CPU在控制I/O设备时，只需指明与该设 备相关的端口 。 通常所说的I/O操作，是对I/O端口的操 作，而不是对I/O设备的操作，即CPU所访 问的是与I/O设备相关的端口，而不是I/O 设备本身。
北京化工大学 BUCT 信息科学与技术学院 本科课程教学 CSE32502E
微机接口技术
INTERFACE TECHNOLOGY OF MICROCOMPUTER SYSTEMS
本科2009级
主讲教师: 韩阳 Michael 2012-2-23
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VERSION CSE32502E200901-0304 COPYRIGHT© 2009CSE&MIC 2012.2.13. ALL RIGHTS RESERVED.
； 301H为扩展板8255A的PB端口。 ；从内存取数到AL ；数据从AL输出到端口
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2.1
I/O端口及其编址方式
例 读取系统CMOS中的时钟信息（时、分）： AL 分钟 AH 小时 索引值：00—秒 02—分 04—小时 PC机为系统CMOS及实时时钟(system CMOS / real time clock)分配的I/O端口地址为70H—71H 其中：70H—参数索引端口 71H—数据端口 MOV AL, 04 OUT 70H, AL IN AL, 71H MOV AH, AL MOV AL, 02 OUT 70H, AL IN AL, 71H
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2.1
I/O端口及其编址方式
一、I/O端口和I/O操作 二、端口地址编址方式 三、独立编址方式的端口访问
返 回4
2.1
I/O端口及其编址方式
一、I/O端口和I/O操作
端口（ port ）是接口电路中能被 CPU 直接访问 的寄存器的地址。 CPU 通过这些地址（端口）向接口电路中的寄 存器发送命令、读取状态和传送数据。 一个接口可以有几个端口
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2.1
I/O端口及其编址方式
1、直接方式 ：
当端口地址小于255（FFH）时可以用立即数表 示端口地址（系统主板上接口芯片的端口）。 输入： IN AL，60H
例： IN AL，60H MOV [DI]，AL ；将（60H） AL， ；将AL的内容送到DI的指出内存单元中
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；将60H端口(系统板8255A的PA口)的 ；内容送到AL中
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2
I/O端口地址分配
PC机I/O端口地址分配
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2.2
I/O端口地址分配
三、I/O端口地址选用的原则 1、凡是被系统配置两个占用了的地址，和 已保留的地址不能使用。 2、可使用300~31FH地址，是IBM-PC留作 实验卡用的，用户可以使用。