第3章节--IO地址译码
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第3章-IO端口地址译码技术
第3章 I/O 端口地址译码技术
本章主要内容
➢ I/O 端口的基本概念 ➢ I/O 端口译码的基本原理 ➢ I/O 端口译码电路的设计
2020/5/11
计算机接口技术
1
一、接口信息与功能
1、接口信息 • 数据信号：
如：8位、16位、32位数据；
• 状态信号：
表示外设是否准备好信号。
CPU
地址 数据 控制
；将端口F4H和F5H的16位数据送AX ；将端口F4H、F5H、F6H和F7H的32位数据送 ；EAX ；从DX指出的端口输入32位数据到EAX
；EAX内容输出到DX指出的32位数据端口
2020/5/11
计算机接口技术
10
I/O指令表示，CPU从端口读数据或向端口写数据，
仅仅是指I/O端口与CPU的累加器之间的数据传输，
并未涉及数据是否传输到存储器的问题。若要将端口的数据 传输到存储器，还得用MOV指令进行传输。
例如：
MOV [DI],AL IN AL,DX
；将数据从AL→存储器 ；从端口读数据到AL
MOV [DI],AL ；将数据从AL→存储器
MOV DX,301H ；I/O端口
将端口的 数据传输 到存储器
MOV AL,[SI] ；从内存取数据到AL
信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。转换包 括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。
可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。
3.1 I/O 地址空间
如果忽略I/O地址空间的物理特征，仅从软件编程的角度来看，和 存储器地址空间一样，I/O地址空间也是一片连续的地址单元，可供 各种外设与CPU交换信息时，存放数据、状态和命令代码之用。
出程序段：接口电路硬件保护及操作系统中数据恢复。
本章主要内容
➢ I/O 端口的基本概念 ➢ I/O 端口译码的基本原理 ➢ I/O 端口译码电路的设计
2020/5/11
计算机接口技术
1
一、接口信息与功能
1、接口信息 • 数据信号：
如：8位、16位、32位数据；
• 状态信号：
表示外设是否准备好信号。
CPU
地址 数据 控制
；将端口F4H和F5H的16位数据送AX ；将端口F4H、F5H、F6H和F7H的32位数据送 ；EAX ；从DX指出的端口输入32位数据到EAX
；EAX内容输出到DX指出的32位数据端口
2020/5/11
计算机接口技术
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I/O指令表示，CPU从端口读数据或向端口写数据，
仅仅是指I/O端口与CPU的累加器之间的数据传输，
并未涉及数据是否传输到存储器的问题。若要将端口的数据 传输到存储器，还得用MOV指令进行传输。
例如：
MOV [DI],AL IN AL,DX
；将数据从AL→存储器 ；从端口读数据到AL
MOV [DI],AL ；将数据从AL→存储器
MOV DX,301H ；I/O端口
将端口的 数据传输 到存储器
MOV AL,[SI] ；从内存取数据到AL
信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。转换包 括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。
可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。
3.1 I/O 地址空间
如果忽略I/O地址空间的物理特征，仅从软件编程的角度来看，和 存储器地址空间一样，I/O地址空间也是一片连续的地址单元，可供 各种外设与CPU交换信息时，存放数据、状态和命令代码之用。
出程序段：接口电路硬件保护及操作系统中数据恢复。
第3章 端口地址译码技术
的接口卡发生冲突，最好采用DIP开关进行地址设置。
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
12
2.3 I/O端口地址译码
(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，然后通过一个译码电路将这些信号 转换为相应的I/O端口选通信号。
23
A2 A3 A4
A B C
Y0 Y1 Y2 Y3 2F0H~2F3H 8255A
A8
G2B G2A G1
Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138 A0 A1 CS
M/IO# AEN
A5 A6 A7 A9
A0 A1
地址 2F0H 2F3H
A9 1 1 G
A8 0 0 G2B
A7 1 1
A6 1 1 G
能弱，程序设计灵活性差。增加了控制逻辑的复杂性。
6
(3) 独立编址下的I/O指令
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。
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。
地址空间 0
内存地址 ( 共960K)
EFFFFH F0000 H I/O 地址 ( 共64K) FFFFFH
3
优点
I-O端口地址译码技术
I/O端口地址译码技术
统一编址的主要优点：一是对任何存储器操作指令都可用 于操作I/O接口，而不必使用专用的I/O指令，系统中存储器操 作指令是丰富多彩的，可以大大增强系统的I/O功能，使访问外 设端口的操作方便、灵活、不仅可对端口进行数据传送，还可 对端口内容进行移位和算术逻辑运算等；二是可以使外设数目 或I/O寄存器数目只受总存储容量的限制，从而大大增加系统的 吞吐率，这在某些大型控制或数据通信系统等特殊场合是很有 用的；三是使微机系统的读/
主要缺点：一是端口地址占用了存储器地址，使可用的内 存空间相对减少；二是由于地址位数长，访问内存的指令一般 较长，执行速度较慢；三是为了识别一个I/O端口，必须对全部 地址线译码，这样不仅增加了地址译码电路的复杂性，而且使
统一编址方式在单片机中得到广泛应用，而在通用型的计 算机系统中已经不再使用。
I/O端口地址译码技术
I/O端口地址译码技术
同时，由于使用专门的I/O指令访问端口，并且I/O端口地 址和存储器地址是分开的，故I/O端口地址和存储器地址可以 重叠，而不会相互混淆。并且由于存储器与I/O端口的控制结
这种方式的缺点是专用I/O指令类型少，远不如存储器访 问指令丰富，使程序设计的灵活性较差；且使用I/O指令一般 只能在累加器和I/O端口间交换信息，处理能力不如存储器映 像方式强；尤其是要求处理器能提供存储器读/写及I/O端口读/ 写两组控制信号，这不仅增加了控制逻辑的复杂性，而且对于 引脚线本来就紧张的CPU芯片来说不能不说是一个负担。
OUT PORT，AL
其中，PORT是一个8位的字节地址。
I/O端口地址译码技术
例如:
IN AL，60H；60H为系统板8255A的PA
OUT 61H，AL；61H为系统板8255A的PB
O地址译码一、实验目的掌握IO地...
微机原理硬件实验报告实验一I/O地址译码一、实验目的掌握I/O地址译码电路的工作原理。
二、实验原理和内容1、实验电路如图1-1所示，其中74LS74为D触发器，可直接使用实验台上数字电路实验区的D触发器,74LS138为地址译码器。
译码输出端Y0～Y7在实验台上“I/O地址“输出端引出，每个输出端包含8个地址，Y0：280H～287H，Y1：288H～28FH，……当CPU执行I/O指令且地址在280H～2BFH范围内，译码器选中，必有一根译码线输出负脉冲。
利用这个负脉冲控制L7闪烁发光（亮、灭、亮、灭、……），时间间隔通过软件延时实现。
2、接线： Y4/IO地址接 CLK/D触发器Y5/IO地址接 CD/D触发器D/D触发器接 SD/D角发器接 +5VQ/D触发器接L7（LED灯）或逻辑笔三．硬件连线图四．软件流程图五．源程序CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART: MOV DX,2A0HOUT DX,ALCALL DELAYMOV DX,2A8HOUT DX,ALCALL DELAYJMP STARTMOV AX,4C00HINT 21HDELAY PROC NEAR --延时子程序MOV BX,200LOOP1:MOV CX,0FFFFHLOOP2:LOOP LOOP2DEC BXCMP BX,0JNZ LOOP1RETDELAY ENDPCODE ENDSEND START六．实验结果小灯L7出现亮灭交替的现象，通过改变延时子程序BX的值可以改变亮灭的时间间隔。
七．实验总结与心得体会本次实验主要是对延时子程序的编写，由于书上有范例所以比较简单。
实验二简单并行接口一、实验目的掌握简单并行接口的工作原理及使用方法。
二、实验原理和内容1、按下面图简单并行输出接口电路图连接线路(74LS273插通用插座，74LS32用实验台上的“或门”)。
74LS273为八D触发器，8个D输入端分别接数据总线D0～D7，8个Q输出端接LED显示电路L0～L7。
第3章+地址译码技术与存储器接口
3.1.1.概述
• I/O端口:是微处理器与输入输出设备直接通 信的寄存器或某些特定的器件。一个接口可 以有多个端口，如命令端口、状态端口和数 据端口等。
• I/O操作:CPU对I/O接口电路(与设备相关)的 操作.不是访问I/O设备.
• 计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个端口， 因此,U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。
• 4)VC++程序
3.1.4. I/O端口地址分配
IBM PC/XT I/O 端口地址分配图
0000
001F 0020
003F 0040
005F 0060
007F 0080
009F 00A0
00BF 0080
32字节 32字节 32字节 32字节 32字节 32字节
0000～000F 0020～0021 0040～0043 0060～0063 0080～0083 00A0～00BF
3.1.3 I/O端口访问指令 外设
• 80x86 CPU构成的计算机，其CPU外围 0000
接口芯片及I/O接口部件皆采用独立编
址方式，采用IN和OUT指令实现数据的
65 KOU1
输入和输出操作。
F3 KOU2
内存
00000
11 32
02 KOU3
32
• 1）8086/8088采用I/O端口与累加器传
00
01
送数据。
• 若端口地址在 0～FFH 范围内,则用直 接寻址
• IN AL，端口地址
（输入）
• OUT 端口地址 ，AL
（输出）00FF
执行的操作为：
0100 11 KOU100
(AL)<—(PORT) （字节操作）
• I/O端口:是微处理器与输入输出设备直接通 信的寄存器或某些特定的器件。一个接口可 以有多个端口，如命令端口、状态端口和数 据端口等。
• I/O操作:CPU对I/O接口电路(与设备相关)的 操作.不是访问I/O设备.
• 计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个端口， 因此,U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。
• 4)VC++程序
3.1.4. I/O端口地址分配
IBM PC/XT I/O 端口地址分配图
0000
001F 0020
003F 0040
005F 0060
007F 0080
009F 00A0
00BF 0080
32字节 32字节 32字节 32字节 32字节 32字节
0000～000F 0020～0021 0040～0043 0060～0063 0080～0083 00A0～00BF
3.1.3 I/O端口访问指令 外设
• 80x86 CPU构成的计算机，其CPU外围 0000
接口芯片及I/O接口部件皆采用独立编
址方式，采用IN和OUT指令实现数据的
65 KOU1
输入和输出操作。
F3 KOU2
内存
00000
11 32
02 KOU3
32
• 1）8086/8088采用I/O端口与累加器传
00
01
送数据。
• 若端口地址在 0～FFH 范围内,则用直 接寻址
• IN AL，端口地址
（输入）
• OUT 端口地址 ，AL
（输出）00FF
执行的操作为：
0100 11 KOU100
(AL)<—(PORT) （字节操作）
第3章-IO地址译码
主要优点： (1) I/O端口地址不占用存储器空间； (2) I/O指令短，执行速度快；
FFFFH
(3) I/O操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。
缺点:
I/O指令种类有限， I/O空间不易扩展
2、统一编址（存储器映象方式）
地址 0000H ... 0100H 00FFH ...
I/O空间 （256个） 整 个 地 址 空 间
四、DMA传送方式
工作原理 由外设与计算机内存直接进行数据交换，而不是通 过CPU； 在DMA传送期间，DMA控制器接管了总线控制权，而 CPU处在停机方式，即处于等待状态； 在DMA传送完成后，CPU再恢复对总线的控制权，进 入工作状态。 CPU 特点 数据的传送不经过CPU。 RAM 外设 要求 DMA 需要DMA控制器及相关逻辑支持。 控制器 应用 适用于高速度大量数据传送时。
2、C语言I/O语句
C语言有强大的I/O操作功能,利用c语言可方便地设计操作 界面,同时也可以对外设进行直接控制. 端口输出 outportb(port,value) //从port端口输出字节型数据 value outportw (port,value) //从port端口输出字型数据value
了解I/O端口地址分配 对接口设计者非常重要。 一、64K I/O地址映像图 I/O地址线：16位 I/O端口地址空间：64K 分为两部分。 ① 留给微机系统和ISA总线 地址固定 ② 留给PCI总线，主板功能和用户应用 地址动态分配
① 0000H~03FFH
② 0400H~FFFFH
3.3
I/O端口地址分配
第3章基本的I/O接口 ---来自I/O地址译码内容提要
第三章 端口地址译码技术
A１ A０ 0 0 8
•
22
逻辑表达式： Y= A9A8A7A6A5A4A3A2 A1A0 AEN IOR 摩根定律：或非=非与，非或=与非 Y=A9A8A7A6A5A4A3A2 + A1A0 AEN IOR
结论：输出Y低电平有效。即当端口地址 为2F8H，AEN=0，IOR=0低电平时，输出Y 有效。
第三章
3.1 3.3
I/O端口地址译码技术
I/O端口及其编址方式 I/O端口地址译码
返回目录
1
3.1
3.1.1
3.1.2 3.1.3
I/O端口及其编址方式
I/O端口和I/O操作
I/O端口地址编址方式 独立编址方式的端口访问
返回第三章
2
3.1.1
1.I/O端口
I/O端口和I/O操作
定义：端口（port）是接口电路中能被CPU直 接访问的寄存器（的地址）。 CPU 与外设之间交换信息具体是通过I/O 端口来进行的。
10
I/O端口访问
所谓对端口的访问就是CPU对端口的读/写。 指I/O端口与CPU的累加器之间的数据传送， 并未涉及数据是否传送到存储器的问题。
输入： 端口数据 输出： 内存中的数据
CPU中的累加器 CPU中的累加器
内存 I/O端口
11
3.1.3、独立编址方式的端口访问
1．I/O指令中端口地址的宽度
26
逻辑表达式：
Y1 =A9A8A7A6A5A4A3A2 + A1A0 AEN + IOR
Y1 = A9A8A7A6A5A4A3A2 · 1A0 AEN ·IOR A
I O地址译码(微机实验报告)
I/O地址译码一、实验目的掌握I/O地址译码电路的工作原理。
二、实验原理和内容实验电路如图1所示，其中74LS74为D触发器，可直接使用实验台上数字电路实验区的D 触发器,74LS138为地址译码器。
译码输出端Y0～Y7在实验台上I/O地址“输出端引出，每个输出端包含8个地址，Y0：280H～287H，Y1：288H～28FH，……当CPU执行I/ O指令且地址在280H～2BFH范围内，译码器选中，必有一根译码线输出负脉冲。
注意：命令中的端口地址 D820、D82A 是根据PCI卡的基址再加上偏移量计算出来的，不同的微机器PCI卡的基址可能不同，需要事先查找出来。
计算公式如下：计算出的地址查找出的PCI卡的基址+偏移量；（其中：偏移量 =2A0H - 280H或 2A8H –A80H）图1利用这个负脉冲控制L7闪烁发光（亮、灭、亮、灭、……），时间间隔通过软件延时实现。
三、编程提示1、实验电路中D触发器CLK端输入脉冲时，上升沿使Q端输出高电平L7发光，CD端加低电平L7灭。
2、由于TPC卡使用PCI总线，所以分配的IO地址每台微机可能都不同，编程时需要了解当前的微机使用那段IO地址并进行设置，获取方法请参看汇编程序使用方法的介绍。
（也可使用自动获取资源分配的程序取得中断号）。
四、实验代码CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART:LOOP1:MOV CX,0FFFFHLP1:MOV DX,2AOHIN AL,DXLOOP LP1MOV CX,0FFFFHLP2:NOPLOOP LP2MOV CX,0FFFFHLP3:MOV DX,2A8HIN AL,DXLOOP LP3MOV CX,0FFFFHLP4:NOPLOOP LP4MOV AH,0BHINT 21HCMP AL,0JZ LOOP1MOV AH,4CHINT 21HCODE ENDSEND START五、实验总结通过实验，了解和掌握I/O地址译码电路的工作原理，熟悉汇编代码的编写。
《微型计算机接口技术课件》第3章 IO端口地址译码技术
第3章 I/O 端口地址译码技术
本章主要内容
Ø I/O 端口的基本概念 Ø I/O 端口译码的基本原理 Ø I/O 端口译码电路的设计
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计算机接口技术
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3.2 .2 I/O 端口共用技术
一般情况下，一个端口只接收一种信息（命令、状态或数据） 的访问，但有些接口芯片，允许同一端口既作命令口用，又作状态口用， 或允许向同一个命令口写入多个命令字，这就产生端口共用的问题。
协处理器
0F8H～0FFH
表3.2系统的外设接口卡端口地址
I/O接口卡名称 端口地址
并行口控制卡1 378H～37FH
并行口控制卡2 278H～27FH
串行口控制卡1 3F8H～3FFH
串行口控制卡2 2F8H～2FFH
原型插件板
300H～31FH
同步通信卡1 3A0H～3AFH
同步通信卡2 380H～38FH
3.I/O地址映射对用户来讲是透明的。
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计算机接口技术
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3.3.3 I/O端口地址选用的原则
1.凡是被系统配置占用了的地址一律不能使用； 2.未被占用的地址，原则上用户可以使用。但申明 保留的地址，不要使用； 3.留给用户可使用的端口地址：300H--31FH。
根据上述原则，本教材扩展的接口芯片，使用表 3.3中分配的I/O端口地址。
端口共用问题的处理方法是： 对命令口和状态口共用的处理方法是，根据读/写操作来区分。向该口 写，就是写命令，作命令口用；从该端口读，就是读状态，作状态口用 例如，串行接口芯片8251A采用这种办法。 对多个命令字写到同一个命令口时，可采用两种办法解决：其一，在 命令字中设置特征位，根据特征位的不同，就可以识别不同的命令，例如 82C55A接口芯片采用这种办法；其二，在编写初始化程序段时，按先后顺 序向同一个端口写入不同的命令字，命令寄存器就根据先后顺序的约定来 识别不同的命令，8251A接口芯片采用这种方法。
本章主要内容
Ø I/O 端口的基本概念 Ø I/O 端口译码的基本原理 Ø I/O 端口译码电路的设计
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3.2 .2 I/O 端口共用技术
一般情况下，一个端口只接收一种信息（命令、状态或数据） 的访问，但有些接口芯片，允许同一端口既作命令口用，又作状态口用， 或允许向同一个命令口写入多个命令字，这就产生端口共用的问题。
协处理器
0F8H～0FFH
表3.2系统的外设接口卡端口地址
I/O接口卡名称 端口地址
并行口控制卡1 378H～37FH
并行口控制卡2 278H～27FH
串行口控制卡1 3F8H～3FFH
串行口控制卡2 2F8H～2FFH
原型插件板
300H～31FH
同步通信卡1 3A0H～3AFH
同步通信卡2 380H～38FH
3.I/O地址映射对用户来讲是透明的。
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3.3.3 I/O端口地址选用的原则
1.凡是被系统配置占用了的地址一律不能使用； 2.未被占用的地址，原则上用户可以使用。但申明 保留的地址，不要使用； 3.留给用户可使用的端口地址：300H--31FH。
根据上述原则，本教材扩展的接口芯片，使用表 3.3中分配的I/O端口地址。
端口共用问题的处理方法是： 对命令口和状态口共用的处理方法是，根据读/写操作来区分。向该口 写，就是写命令，作命令口用；从该端口读，就是读状态，作状态口用 例如，串行接口芯片8251A采用这种办法。 对多个命令字写到同一个命令口时，可采用两种办法解决：其一，在 命令字中设置特征位，根据特征位的不同，就可以识别不同的命令，例如 82C55A接口芯片采用这种办法；其二，在编写初始化程序段时，按先后顺 序向同一个端口写入不同的命令字，命令寄存器就根据先后顺序的约定来 识别不同的命令，8251A接口芯片采用这种方法。
接口_第3章 IO端口地址译码技术
MOV 或 IN IN DX, XXXXH AL, DX AX，DX ；8位传送（输入） ；16位传送（输入）
或
MOV DX, XXXXH OUT DX, AL OUT DX，AX
；8位传送（输出） ；16位传送（输出）
这里，XXXXH为16位的两字节地址。
2、I/O端口的寻址方式
I/O端口寻址有直接I/O端口寻址和间接I/O端口 寻址，其差别在I/O端口寻址是否经过DX传输。 例如：输入时 IN AL,0E0H ;直接寻址 MOV DX,300H ;间接寻址 IN AL,DX 例如：输出时 OUT 0E0H,AL ;直接寻址 MOV DX,300H ;间接寻址 OUT DX,AL
16位微处理器的I/O地址线是16位，实际上 只使用A0-A9地址线，地址线的选择应遵循下 列规则： 高位地址作为片间寻址，低位地址作为片 内寻址。 片内地址线数由接口中寄存器的数目决定。
2、I/O端口地址译码电路的输入与输出信号线
I/O地址译码电路的输入信号
I/O地址译码电路不仅仅与地址信号有关，而 且与控制信号有关。例如：
地址线 0 0 A 9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A 2 A1 A0
二进制
0
0 0
控制信号
0
C
B
A
？ ？ ？ ？ ？
片内地址
片选地址
地址范围在00H-0FFH区间的译码电路
开关式I/O地址译码电路设计
例：某微机系统的I/O空间为000H-3FFH，分成连 续的16段可选地址，每个段包括8个接口芯片， 每个接口芯片拥有8个端口。 分析：采用部分译码方法，允许16个段可以选择， 所以采用4位开关。
3.4
I/O端口地址分配及选用原则
或
MOV DX, XXXXH OUT DX, AL OUT DX，AX
；8位传送（输出） ；16位传送（输出）
这里，XXXXH为16位的两字节地址。
2、I/O端口的寻址方式
I/O端口寻址有直接I/O端口寻址和间接I/O端口 寻址，其差别在I/O端口寻址是否经过DX传输。 例如：输入时 IN AL,0E0H ;直接寻址 MOV DX,300H ;间接寻址 IN AL,DX 例如：输出时 OUT 0E0H,AL ;直接寻址 MOV DX,300H ;间接寻址 OUT DX,AL
16位微处理器的I/O地址线是16位，实际上 只使用A0-A9地址线，地址线的选择应遵循下 列规则： 高位地址作为片间寻址，低位地址作为片 内寻址。 片内地址线数由接口中寄存器的数目决定。
2、I/O端口地址译码电路的输入与输出信号线
I/O地址译码电路的输入信号
I/O地址译码电路不仅仅与地址信号有关，而 且与控制信号有关。例如：
地址线 0 0 A 9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A 2 A1 A0
二进制
0
0 0
控制信号
0
C
B
A
？ ？ ？ ？ ？
片内地址
片选地址
地址范围在00H-0FFH区间的译码电路
开关式I/O地址译码电路设计
例：某微机系统的I/O空间为000H-3FFH，分成连 续的16段可选地址，每个段包括8个接口芯片， 每个接口芯片拥有8个端口。 分析：采用部分译码方法，允许16个段可以选择， 所以采用4位开关。
3.4
I/O端口地址分配及选用原则
IO端口地址译码PPT课件
同步通信卡1
3A0H～3AFH
同步通信卡2
380H～38FH
单显MDA
3B0H～3BFH
彩显CGA
3D0H～3DFH
彩显EGA/VGA
3C0H～3CFH
硬驱控制卡
1F0H～1FFH
软驱控制卡
3F0H～3F7H
PC网卡
360H～36FH
.
本章7首页
5.2.3 I/O端口地址译码
1. I/O地址译码电路工作原理及作用
.
本章12首页
本章要点
端口的概念 端口的地址编址方式及其特点 I/O端口地址选用的原则 掌握I/O端口地址译码电路的工作原理 I/O端口地址译码电路的设计与分析
.
本章13首页
片间选择：高位地址＋控制信号
译码电路
片选信号
高位地址、 低位地址的划分
片内端口选择：低位地址直接与接口芯片地址线相连
.
本章8首页
5.2.3 I/O端口地址译码（续）
3. I/O端口地址译码电路设计
A9
地址范围：n根地址线未参与译码，译出地址含2n个 1）固定式端口地址译码 门电路译码法——单个地址或地址范围
微机原理与接口
(第5章）
信息工程学院 电子信息工程教研室
.
1
5.2 I/O端口地址译码技术
主要内容
5.2.1 I/O端口及其编址方式 5.2.2 I/O端口地址分配 5.2.3 I/O端口地址译码
.
2
5.2.1 I/O端口及其编址方式
1. I/O端口和I/O操作
1）I/O端口
端口（port）：是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器。
C
Y0
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技术
内存 内存接口
系统总线：地址总线XA19-0，数据总线XD7-0，控制总线/XIOR ……
智能仪器接口 通信接口 过程控制接口 输入接口
输出接口
外存接口
数字化存储示 波器，数字化
万用表
终端 调制解调器 TTY 电传机
A/D转换器 开关量输入 D/A转换器 开关量输出
键盘 数字化仪 点阵打印 CRT 显示
么？
思考：在PC机上设计接口，你设计的接口IO地址必须不能与其他设备 接口IO地址冲突，你能想到用什么办法解决这个问题？
方案一：先查PC机硬件说明书，看那些IO 地址已经被占用。
缺点是麻烦，且非PC机器厂家生产的设备 （如扩展接口卡）地址，必须通过查该卡
说明书才能了解它占用的IO地址。
不可能！！你怎么知道你的卡被客户装在 哪台机器上？客户计算机上装了哪些其它 厂家的卡，你怎么能预先知道呢？客户买
Y X 9X A 8 X A 7 X A 6 X A 5 X A 4 X A 3X A 2 A X 1 X A 0 X AX I O A XA9 XA8 XA7 XA6 XA5 XA4 XA3 XA2
/+Y
例2。 使用74LS138设计一个系统板上IO端口地址译码电路，并且让每个接口芯片内部 可以有32个端口，非DMA期间可以访问接口芯片。
分析：输入 XA9-5，XAEN。因为低5位地址用来选中芯片内部端口，不作为外部译码器 的输入。一片138只能译码3位地址，这里用138对XA7－XA5译码。
输出 8个芯片选中信号/Y0-/Y7。 逻辑关系：XAEN＝0，XA9XA8＝00时，使译码器工作。 XA7-XA5＝000时，输出/Y0=0, 其余全无效为1。 XA7-XA5＝001时，输出/Y1=0, 其余全无效为1 XA7-XA5＝010时，输出/Y2=0, 其余全无效为1 ……
I╱O地址译码
2Q
14
13
12
11
10
9
8
Rd
Q
CP
D Sd Q
D Sd Q
CP
Rd Q
1
2
3
4
5
6
7
1Rd 1D
1CP1Sd1Q1 Nhomakorabea GND
② 逻辑功能 逻辑功能如表所示。
输
Sd Rd
LH HL
LL HH HH
HH
入
CP D
xx xx xx ↑H ↑L
Lx
输出
Q n1 Qn1
HL LH H* H* HL LH
实验一 I/O地址译码
outport1 equ 2a0h outport2 equ 2a8h code segment
assume cs:code start:
mov dx,outport1 out dx,al call delay mov dx,outport2 out dx,al call delay
mov ah,4ch int 21h
delay proc near mov bx,2000
lll: dec bx jne lll ret
delay endp code ends end start
74LS74为带预置和清除端的两组D触发器，其外引线排列如图所示。
Vcc
2 Rd
2D
2CP 2Sd
2Q
Qn Qn
实验二、简单并行接口
编程从键盘输入 一个字符和数字， 将其ASCII码通 过输出口输出， 根据8个发光二 极管发光情况验 证正确性。
用逻辑开关预 置某个字母的 ASCII码，编程 输入这个ASCII 码，并将其对 应字母在屏幕 上显示
1实验一、 IO地址译码
+5
4 5 1 2
12
U2:B
6
IOR
U2:A
3
图2.1
五、 实验电路图
电路图中，74LS74为D触发器（符合CLK^RD=0的 约束条件，具有记忆功能）。
74LS138为3-8地址译器，译码输出端Y0-Y7在实 验台上“I/O地址”输出端引出，每个输出端包含有 八个地址，Y0:280H-287H, Y1:288H-28FH, …… 当CPU执行I/O指令且地址在280H-2BFH范围内，译 码器选中，必有一根译码线输出负脉冲。 表1.1为实验系统板接口芯片端口地址分配表
六、实验内容
1、熟悉实验台结构； 2、系统的安装； 3、电路连线； 4、实验编程
总线插座及 总插孔
8255A 8253 DAC0832 74LS244
8251A
ADC0809
逻辑电平开 关与LED显示 电路
实验安装
地址线
数据线
A19-A0：20位地址线 D7-D0： 8位数据线 IRQ： 中断请求输入信号，是用户中断请求引入端， 在IRQ2、IRQ3、IRQ4、IRQ7中，IRQ7级 别最低，PC总线接口卡在出厂时已将IRQ7作为中断信号。 IOR：I/O读信号 IOW：I/O写信号 MEMW：存储器写信号 MEMR：存储器读信号 AEN：地址允许信号，控制地址总线，以便进行DMA传送。 DRQ1：DMAC通道1的DMA请求信号 DACK1：DMAC通道1的DMA响应信号 CLK：时钟输出信号，信号是频率为4。77MHZ的时钟输出信号，作为8088系统时钟（主频） ALE：地址/状态复用线上信号作为地址码加以锁存。 T/C：计数终止信号 返回 其它为电源信号。
12 13 9 10
IO端口地址译码技术
4.3 I/o端地址译码
CPU为了对端口进行读写操作，就需要确定与自己交 为了对端口进行读写操作， 为了对端口进行读写操作 换信息的端口， 换信息的端口，那么是通过什么媒介把来自地址总线 上的地址代码翻译成为所需要访问的端口的， 上的地址代码翻译成为所需要访问的端口的，这是地 址译码问题，这介“ 就是I/O地址译码电路。 地址译码电路。 址译码问题，这介“媒介 ”就是 地址译码电路 一、I/O地址译码电路工作原理及作用 地址译码电路工作原理及作用
4.1 I/o端口及其编址方式
三、独立编址方式的端口访问 I/O指令有： 指令有： 指令有 1. IN 输入 2. OUT 输出 IN 输入指令 长格式为： 字节操作） 长格式为： IN AL,PORT （字节操作） IN AX,PORT （字操作） 字操作） 执行的操作为： 字节操作） 执行的操作为：(AL)<—(PORT) （字节操作） (AX)<—(PORT+1，PORT) （字操作） 字操作） ， 注意长格式适用于端口地址范围为（ 注意长格式适用于端口地址范围为（00H~0FFH）时 ）
I/O端口地址译码技术 端口地址译码技术
教学重点
I/o端口及其编址方式 I/o端口及其编址方式 I/o端口地址译码 端口地址译码
4.1 I/o端口及其编址方式
端口和I/o操作 一、I/o端口和 端口和 操作 1、 I/o端口 、 端口 端口（ 是接口电路中能被cpu直接访问的寄存器的 端口（port)是接口电路中能被 是接口电路中能被 直接访问的寄存器的 地址。 地址 。 Cpu通过这些地址即端口向接口电路中的寄存 通过这些地址即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， 器发送命令，读取状态和传送数据，一个接口中可以 有几个端口，如命令端口、状态端口、数据端口。 有几个端口，如命令端口、状态端口、数据端口。对 端口的操作有三种类型： 只能读不能写 只能写不 端口的操作有三种类型：a.只能读不能写 b.只能写不 能读 c.可读可写 可读可写
I O地址译码实验
电子科学系微机实验报告08电信1班080404128 翁鸿廷实验一I/O地址译码一实验目的掌握I/O地址译码电路的工作原理。
二实验内容1. 实验电路如图所示，其中74LS74为D触发器，可直接使用实验台上数字电路实验区的D触发器，74LS138为地址译码器，请使用插在通用插座DIP20上的74LS138和74LS30，其引脚图如图，译码输出端Y0～Y7在实验台上。
I/O地址输出端引出每个输出端包含8个地址Y0：3C0H～3C7H；Y1：3C8 H～3CFH；⋯⋯；Y7：3F8H~3FFH。
当CPU执行I/ O指令且地址在3C0H～3FFH范围内译码器选中必有一根译码线输出负脉冲。
例如执行下面两条指令mov dx,2a0hout dx,alY4输出一个负脉冲。
执行下面两条指令mov dx,2a8h;out dx,al;Y5输出一个负脉冲利用这个负脉冲控制L7闪烁发光（亮、灭、亮、灭⋯⋯），时间间隔通过软件延时实现。
编程实现灯的延时：OUTPORT 1 EQU 2A0HOUTPORT 2 EQU 2A8HCode SegmentAssume Cs:CodeSTART :MOV DX,OUTPORT 1OUT DX,ALCALL DELAYMOV DX,OUTPORT 2OUT DX,ALCALL DELAYMOV AH,4CHINT 21HDELAY PROC NEARMOVE BX,2000III:DEC BXJNE IIIRETDELAY ENDPCODE ENDSEND START74LS138的管脚图其工作原理如下：当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（E1)和/(E2)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
74LS138的真值表该电路的地址输出是从280H~2BFH，所以74LS138的地址译码输出关系为：/RWS=A9*A8*(/A7)*A6*A5*A4*(/A3)*(/A2)*(/A1)*(/A0)*(/AEN)*(IOW+IOR)地址范围A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0首地址280H 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0末地址2BFH 1 0 1 0 1 1 1 1 1 174ls74的真值表。
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止与退出程序段：接口电路硬件保护及操作系 统中数据恢复。
• 辅助程序段：提供人-机对话手段。
3、接口的功能
• 数据缓冲功能:通过寄存器或锁存器实现。存放数据的 寄存器或锁存器称之为数据口。
• 接受和执行CPU命令功能：存放CPU命令代码的寄存器 称之为命令口,存放执行状态信息的寄存器称之为状态 口。
这种方式是接口中的端口地址单独编址,而不与存储 空间合一起。
如:IBM-PC系列、Z-80系列机
• 主要优点： 1、I/O端口地址不占用存储器空间;
2、I/O指令短，执行速度快；
3、I/O操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。
3、Intel系列微机I/O编址
Intel系列微处理器支持I/O独立编址方式和I/O统一编 址（存储器映象编址）方式。I/O统一编址时,I/O地址不能缓 存。 • Intel系列微机系统仅支持I/O独立编址方式。
1.统一编址 从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设
备,把I/O接口中的端口当作存储器单元一样进行 访问。 • 优点: 不设置专门的I/O指令,指令类型多，功能齐全。 • 缺点： 1、占用了存储器的地址空间，使存储器容量减小。 2、另外指令长度比专门I/O指令要长，因而执行 速度较慢。
2.独立编址
• 设备选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。即 CPU通过地址译码选择不同I/O接口。
• 信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。转换包 括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。
• 可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。
3.1.1 CPU与I/O之间的接口信息
1、接口信息
CPU
• 数据信息:
三、独立编址方式的端口访问
1. I/O指令中端口地址的宽度
IBM-PC系列采用I/O(input/output)指令访问端口,实 现数据的I/O传送。在I/O指令中可采用单字节地址或双 字节地址寻址方式。
• 单字节地址指令
其指令格式为:
IN AL, PORT
;输入
OUT PORT, AL
；输出
这里，PORT是一个8位的字节地址，则最多可访问256个 端口。
接口: 硬件— 支撑作用; 软件— 驱动控制。
CPU 接口 I/O设备
什么叫接口技术？
采用硬件与软件相结合的方法,研究微处理器如何与外 界进行最佳连接，实现高效可靠的信息交换的一门技术。
举例:
串行接口
并行接口
总线接口
显示卡 接口
USB 接口
键盘接口
硬盘接口
说明:
I/O设备与I/O接口
1. I/O接口受CPU控制,I/O设备受I/O接口控制。
端口输入: Value=inportb(port) //从port端口输入字节型数据,
并存储在 value变量中; Value=inportw(port) //从port端口输入字型数据,
;I/O端口
IN AL,DX ;从端口读数据到AL
MOV [DI],AL ;将数据从AL→存储器
输出时 MOV DX,301H
;I/O端口
MOV AL,[SI] ;从内存取数到AL
OUT DX,AL ;数据从AL→端口
3. C语言I/O语句
C语言有强大的I/O操作功能,利用c语言可方便 地设计操作界面,同时也可以对外设进行直接控制. • I/O命令 端口输出 outportb(port,value) //从port端口输出字节型数据 value outportw (port,value) //从port端口输出字型数据value
2. CPU通过端口地址向接口电路中的寄存器发送 命令,读取状态和传送数据。
3.一个接口可以有几个端口。 如命令口、状态口和数据口，分别对应于命令 寄存器、状态寄存器和数据寄存器。
举例:
30h
发送
命令寄存器
CPU
31h 传送
数据寄存器
32h
读取
状态寄存器
CPU对I/O端口的访问
3.1.3 I/O端口的编址方式
例如：
IN AL, 60H ；60H为系统板8255A的PA端口地址
OUT 61H, AL ；61H为系统板8255A的PB端口地址
• 双字节地址作为端口地址
MOV DX, × × × ×H
IN AL, DX
;8位传送
MOV DX, × × × ×H
OUT DX,AL
；8位传送
这里, × × × ×H 为16位的两字节地址。则最多
地址
如:数字量、模拟量、开关量; 数据
• 状态信息：
控制
数据
I/O
控制
设备
状态
表示外设是否准备好信号。
如：READY、BUSY、ACK
接口电路
• 控制信息:
表示启动、停止外设之类的信号. (STROBE)
3.1.2 I/O端口及其访问方式
一、I/O端口
1.接口电路中的端口是能被CPU直接存取访问的 寄存器。
低CPU的效率。 4. I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖CPU，对
外设本身发展不利。
2. 接口组成
(1)接口硬件
(2)接口软件（设备驱动程序）
• 初始化程序段:设置接口工作方式及初始条
件。传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O 设备有不同的处理方式。
• 主控程序段：完成接口任务的程序。程序终
2. 为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均具有可编程功能。
3. 微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连接。
• 为什么要引入接口?
1. 微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样。 2. 微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。 3. 不用接口,I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降
第3章 基本的I/O接口
本章内容提要:
• 什么叫接口技术?
• 接口具有哪些功能? • 接口与CPU如何交换数据? • I/O端口及其编址方式 • I/O地址译码电路原理
3.1 I/O接口概述
一、接口（Interface） 就是CPU与外界的连接电路,或者说是与外
界进行信息交换的界面。
I/O设备: 键盘、显示器、打印机、硬盘、 光驱、控制设备、测量设备、 通讯设备
可寻址216=64K个端口。
例如:
MOV DX,300H IN AL,DX MOV DX,301H OUT DX,AL
;300H为扩展板8255A的PA端口 ; 301H为扩展板8255A的PB端口
2. I/O端口访问
• 所谓对端口的访问就是CPU对端口的读/写,将 端口的数据传送存储器。
例如:
输入时 MOV DX,300H
• 辅助程序段：提供人-机对话手段。
3、接口的功能
• 数据缓冲功能:通过寄存器或锁存器实现。存放数据的 寄存器或锁存器称之为数据口。
• 接受和执行CPU命令功能：存放CPU命令代码的寄存器 称之为命令口,存放执行状态信息的寄存器称之为状态 口。
这种方式是接口中的端口地址单独编址,而不与存储 空间合一起。
如:IBM-PC系列、Z-80系列机
• 主要优点： 1、I/O端口地址不占用存储器空间;
2、I/O指令短，执行速度快；
3、I/O操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。
3、Intel系列微机I/O编址
Intel系列微处理器支持I/O独立编址方式和I/O统一编 址（存储器映象编址）方式。I/O统一编址时,I/O地址不能缓 存。 • Intel系列微机系统仅支持I/O独立编址方式。
1.统一编址 从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设
备,把I/O接口中的端口当作存储器单元一样进行 访问。 • 优点: 不设置专门的I/O指令,指令类型多，功能齐全。 • 缺点： 1、占用了存储器的地址空间，使存储器容量减小。 2、另外指令长度比专门I/O指令要长，因而执行 速度较慢。
2.独立编址
• 设备选择功能：CPU通过地址译码选择不同外设。即 CPU通过地址译码选择不同I/O接口。
• 信号转换功能：协调总线信号与I/O设备信号。转换包 括信号的逻辑关系、时序配合和电平转换。
• 可编程功能：增加接口的灵活性和智能性。
3.1.1 CPU与I/O之间的接口信息
1、接口信息
CPU
• 数据信息:
三、独立编址方式的端口访问
1. I/O指令中端口地址的宽度
IBM-PC系列采用I/O(input/output)指令访问端口,实 现数据的I/O传送。在I/O指令中可采用单字节地址或双 字节地址寻址方式。
• 单字节地址指令
其指令格式为:
IN AL, PORT
;输入
OUT PORT, AL
；输出
这里，PORT是一个8位的字节地址，则最多可访问256个 端口。
接口: 硬件— 支撑作用; 软件— 驱动控制。
CPU 接口 I/O设备
什么叫接口技术？
采用硬件与软件相结合的方法,研究微处理器如何与外 界进行最佳连接，实现高效可靠的信息交换的一门技术。
举例:
串行接口
并行接口
总线接口
显示卡 接口
USB 接口
键盘接口
硬盘接口
说明:
I/O设备与I/O接口
1. I/O接口受CPU控制,I/O设备受I/O接口控制。
端口输入: Value=inportb(port) //从port端口输入字节型数据,
并存储在 value变量中; Value=inportw(port) //从port端口输入字型数据,
;I/O端口
IN AL,DX ;从端口读数据到AL
MOV [DI],AL ;将数据从AL→存储器
输出时 MOV DX,301H
;I/O端口
MOV AL,[SI] ;从内存取数到AL
OUT DX,AL ;数据从AL→端口
3. C语言I/O语句
C语言有强大的I/O操作功能,利用c语言可方便 地设计操作界面,同时也可以对外设进行直接控制. • I/O命令 端口输出 outportb(port,value) //从port端口输出字节型数据 value outportw (port,value) //从port端口输出字型数据value
2. CPU通过端口地址向接口电路中的寄存器发送 命令,读取状态和传送数据。
3.一个接口可以有几个端口。 如命令口、状态口和数据口，分别对应于命令 寄存器、状态寄存器和数据寄存器。
举例:
30h
发送
命令寄存器
CPU
31h 传送
数据寄存器
32h
读取
状态寄存器
CPU对I/O端口的访问
3.1.3 I/O端口的编址方式
例如：
IN AL, 60H ；60H为系统板8255A的PA端口地址
OUT 61H, AL ；61H为系统板8255A的PB端口地址
• 双字节地址作为端口地址
MOV DX, × × × ×H
IN AL, DX
;8位传送
MOV DX, × × × ×H
OUT DX,AL
；8位传送
这里, × × × ×H 为16位的两字节地址。则最多
地址
如:数字量、模拟量、开关量; 数据
• 状态信息：
控制
数据
I/O
控制
设备
状态
表示外设是否准备好信号。
如：READY、BUSY、ACK
接口电路
• 控制信息:
表示启动、停止外设之类的信号. (STROBE)
3.1.2 I/O端口及其访问方式
一、I/O端口
1.接口电路中的端口是能被CPU直接存取访问的 寄存器。
低CPU的效率。 4. I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖CPU，对
外设本身发展不利。
2. 接口组成
(1)接口硬件
(2)接口软件（设备驱动程序）
• 初始化程序段:设置接口工作方式及初始条
件。传送方式处理程序段：CPU针对不同的I/O 设备有不同的处理方式。
• 主控程序段：完成接口任务的程序。程序终
2. 为增加通用性，I/O接口的接口电路一般均具有可编程功能。
3. 微机的应用离不开与外部设备接口的设计、选用和连接。
• 为什么要引入接口?
1. 微机和I/O设备的信息类型和格式可能不一样。 2. 微机和I/O设备信号传输处理的速度可能不匹配。 3. 不用接口,I/O直接接CPU，随着外设增加，会大大降
第3章 基本的I/O接口
本章内容提要:
• 什么叫接口技术?
• 接口具有哪些功能? • 接口与CPU如何交换数据? • I/O端口及其编址方式 • I/O地址译码电路原理
3.1 I/O接口概述
一、接口（Interface） 就是CPU与外界的连接电路,或者说是与外
界进行信息交换的界面。
I/O设备: 键盘、显示器、打印机、硬盘、 光驱、控制设备、测量设备、 通讯设备
可寻址216=64K个端口。
例如:
MOV DX,300H IN AL,DX MOV DX,301H OUT DX,AL
;300H为扩展板8255A的PA端口 ; 301H为扩展板8255A的PB端口
2. I/O端口访问
• 所谓对端口的访问就是CPU对端口的读/写,将 端口的数据传送存储器。
例如:
输入时 MOV DX,300H