微机接口技术-第3章IO端口地址译码技术
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端口地址译码 课件
2
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
返回28页
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。 。
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。 。
IO地址译码(word文档良心出品)
物理与电子科学系实验报告课程名称 微机原理与接口技术 实验班级 B13电子班 实验名称 I/O 地址译码学生姓名 学生学号 一、实验目的掌握I/O 地址译码电路的工作原理。
二、实验内容实验电路如图1-1所示，图中线路两端有节点的信号线需要用户用实验导线连接起来，其中74LS74为D 触发器，可直接使用实验台上部系统板上的D 触发器。
74LS138为地址译码器。
译码输出端Y0-Y7在实验台中间系统板上引出，每个输出端包含8个地址，即：Y0:280H ～287H ； Y4:2A0H ～2A7H; Y1:288H ～28FH; Y 5:2A8H ～2AFH; Y2:290H ～297H; Y 6:2B0H ～2B7H; Y3:298H ～29FH; Y 7:2B8H ～2BFH;G16G2A 45G2B Y4Y5Y6Y7111097A 1B 23CY0Y1Y2Y315141312Y4Y5Y6Y7Y0Y1Y2Y3CLK1Q 6D 2PRE4Q 5CLK 3+5VGNDVCCA3A4A58L0SN7474SN74LS138U14AU18U17SN74LS30U16DSN74LS00U16CSN74LS00U16BSN74LS00U16ASN74LS00118631234567812139104512A6A7A8A9AEN IOR IOW图1-1 I/O 地址译码电路图 例如：执行下面两条程序 MOV DX, 2AOH OUT DX, ALY4输出一个负脉冲，执行下面两条指令 MOV DX,2A8HOUT DX,AL Y5输出一个负脉冲。
计算出的地址=查找出的PCI 卡的基址+偏移量三、源程序ioport equ 0ef00h-0280h ;强制定义inport表示0ef00h-0280h outport1 equ ioport+2a0h ;同上（执行结果编译时产生）outport2 equ ioport+2a8h ;同上code segment ;定义code段assume cs:code ;让code段成为代码段,start: ;代码段开始,根据end表示入口地址mov dx,outport1 ;将outport1给dx(outport1的值就是上面equ强制定out dx,al ;将al的值输出到dx指向的端口,必须用dx做端口) call delay ;调延时子程序mov dx,outport2 ;同上out dx,al ;同上call delay ;调延时子程序mov ah,1 ;ah=1int 16h ;16h软中断(功能调用)je start ;循环,测试z标志位=0则跳否则不跳mov ah,4ch ;ah=4chint 21h ;功能号调用delay proc near ;延时子程序mov bx,2000 ;这段子程序不需要解释,无太大作用,实现靠指令执行lll: mov cx,0ll: loop lldec bxjne lllretdelay endpcode ends ;code段结束end start ;代码结束start为程序入口点四、实验结果分析通过本次实验上机，我了解和掌握了I/O地址译码电路的工作原理，熟练了汇编代码的编写、连接电路、通过代码控制电路，更了解到上机是检验学生理论知识和动手能力的很好的方式。
微型计算机课件第03章IO接口
04 IO接口的编程实现
IO接口的编程语言
C语言
其他语言
C语言是一种通用编程语言，具有高 效、灵活和可移植性强的特点，常用 于IO接口的编程。
如Python、Java等高级编程语言也可 以进行IO接口编程，但可能存在性能 损失。
Assembly语言
Assembly语言是一种低级编程语言， 直接与硬件交互，适用于对性能要求 高的IO接口编程。
输入设备接口
键盘接口
用于输入字符、数字和 命令，是计算机最常用
的输入设备之一。
鼠标接口
用于定位光标位置和输 入选择指令，提高用户 与计算机的交互体验。
扫描仪接口
摄像头接口
用于将纸质文档转化为 数字格式，方便存储、
传输和编辑。
用于输入视频和图像数 据，广泛应用于视频通 话、监控和拍照等领域。
输出设备接口
微型计算机课件第03章 IO接口
目录
• IO接口概述 • IO接口的工作原理 • IO接口的应用场景 • IO接口的编程实现 • IO接口的未来展望
01 IO接口概述
IO接口的定义与功能
定义
IO接口是微型计算机中用于连接 外部设备和主机之间的桥梁，实 现数据传输和控制信号传递。
功能
IO接口的主要功能包括数据传输 、地址识别、中断响应、设备选 择等。
IO接口的编程模型
同步模型
同步模型中，IO操作会阻塞当前 线程，直到IO操作完成。
异步模型
异步模型中，IO操作不会阻塞当 前线程，可以继续执行其他任务。
事件驱动模型
事件驱动模型中，IO操作通过事 件触发，可以提高程序的响应速
度和并发性能。
IO接口的编程实例
串口通信
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
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
IO接口数据传送及地址译码技术
在输出时，保存CPU发往外设
Image 的数据 (输出寄存器)
状态寄存器——保存状态信息，CPU可从状态 口读取当前状态；
控制寄存器——用来保存CPU写入的控制字。
任何接口电路均包括如下基本功能：
No 1. 作为微型机与外设间传递数据的中间缓冲站； Image 2.正确寻址与微机交换数据的外设 ；
No (2) 模拟量
Image 非电量信息
传感器
电量
信号 处理
A/D CPU
No (3) 开关量 两个状态的量 (可以用0、1表示) Image 例如电机的启与停，开关的合与开等。
2. 状态信息 (STATUS)
No 反映当前外设工作状态的信息，例如：
输入时，输入设备是否准备好？ (READY)
（256个） FFH
... ...
M空间
原则：M与I/O分开编址、互不干扰——M 与I/O地址不重叠
优点：M空间不受I/O空间影响；有专用 I/O指令（程序清晰）；I/O指令短， 执行速度快
缺点：I/O指令种类有限，I/O空间不易 扩展
（64KB） FFFFH
Image 输出时，输出设备是否空闲？(BUSY)
3. 控制信息 (CONTROL)
CPU通过接口输出用以控制外设工。
AB
1 DATA
CPU
DB
I/O 接口
2
STATUS
I/O 设备
CB
CONTROL
3
CPU 与外设之间的接口信息
6.2 I/O 端口及其寻址方式
可寻址256个端口。
No 采用间接寻址，则其指令格式为： 输入指令：IN AL，DX 输出指令：OUT DX，AL
Image 这种间接寻址方式的端口地址为两个字节长，
Image 的数据 (输出寄存器)
状态寄存器——保存状态信息，CPU可从状态 口读取当前状态；
控制寄存器——用来保存CPU写入的控制字。
任何接口电路均包括如下基本功能：
No 1. 作为微型机与外设间传递数据的中间缓冲站； Image 2.正确寻址与微机交换数据的外设 ；
No (2) 模拟量
Image 非电量信息
传感器
电量
信号 处理
A/D CPU
No (3) 开关量 两个状态的量 (可以用0、1表示) Image 例如电机的启与停，开关的合与开等。
2. 状态信息 (STATUS)
No 反映当前外设工作状态的信息，例如：
输入时，输入设备是否准备好？ (READY)
（256个） FFH
... ...
M空间
原则：M与I/O分开编址、互不干扰——M 与I/O地址不重叠
优点：M空间不受I/O空间影响；有专用 I/O指令（程序清晰）；I/O指令短， 执行速度快
缺点：I/O指令种类有限，I/O空间不易 扩展
（64KB） FFFFH
Image 输出时，输出设备是否空闲？(BUSY)
3. 控制信息 (CONTROL)
CPU通过接口输出用以控制外设工。
AB
1 DATA
CPU
DB
I/O 接口
2
STATUS
I/O 设备
CB
CONTROL
3
CPU 与外设之间的接口信息
6.2 I/O 端口及其寻址方式
可寻址256个端口。
No 采用间接寻址，则其指令格式为： 输入指令：IN AL，DX 输出指令：OUT DX，AL
Image 这种间接寻址方式的端口地址为两个字节长，
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
《接口技术》习题课
路。
2、软件部分，即接口控制程序。包括：可编程接口芯片的初始 化程序、中断和DMA数据传输方式处理的程序段、对外设 主控程序段，及程序终止与退出程序段等。
4
习题1-8：I/O设备与CPU间交换数据有哪几种方 式？
答：CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方 式和DMA方式：
① 查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况 下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于 对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情 况下。
3
习题1-7：I/O设备接口，由哪几部分组成？
答：一般的I/O设备接口，都由硬件和软件两部分组成。
1、接口电路的硬件一般由以下几部分组成： • 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄
存器，是接口电路中的核心。 • 端口地址译码电路：实现设备的选择功能。 • 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电
¾ 主要缺点：
① I/O指令类型少（只有IN、OUT），对I/O的处理能力不如同 一编址；
② 由于单独设置I/O指令，需增加IOR、IOW的控制信号引脚， 增加了CPU负担。
12
2
习题3-5：输入/输出指令（IN/OUT）与I/O读写控制信 号有什么对应关系？
答：I/O指令、与I/O读写控制信号，是完成I/O操作这一任 务，缺一不可的两个方面。
19
习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
2、软件部分，即接口控制程序。包括：可编程接口芯片的初始 化程序、中断和DMA数据传输方式处理的程序段、对外设 主控程序段，及程序终止与退出程序段等。
4
习题1-8：I/O设备与CPU间交换数据有哪几种方 式？
答：CPU与接口之间的数据传送方式主要有查询方式、中断方 式和DMA方式：
① 查询方式：主要用于CPU不太忙且传送速度不高的情况 下。无条件传送方式作为查询方式的一个特例，主要用于 对简单I/O设备的控制或CPU明确知道外设所处状态的情 况下。
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习题1-7：I/O设备接口，由哪几部分组成？
答：一般的I/O设备接口，都由硬件和软件两部分组成。
1、接口电路的硬件一般由以下几部分组成： • 基本逻辑电路：包括命令寄存器、状态寄存器和数据缓冲寄
存器，是接口电路中的核心。 • 端口地址译码电路：实现设备的选择功能。 • 供选电路：根据不同任务和功能要求而添加的功能模块电
¾ 主要缺点：
① I/O指令类型少（只有IN、OUT），对I/O的处理能力不如同 一编址；
② 由于单独设置I/O指令，需增加IOR、IOW的控制信号引脚， 增加了CPU负担。
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习题3-5：输入/输出指令（IN/OUT）与I/O读写控制信 号有什么对应关系？
答：I/O指令、与I/O读写控制信号，是完成I/O操作这一任 务，缺一不可的两个方面。
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习题4-8：82C54A有6种工作方式，其中使用最多的是哪几 种？区分不同工作方式应从哪几个方面进行分析？
答：82C54A有6种工作方式——方式0～方式5。区分不同工作方 式的特点，主要体现在以下的4个方面： • 启动计数器的触发方式不同； • 计数过程中，门控信号GATE对计数操作的控制作用不 同； • 计数/定时到时，输出端OUT输出的波形不同。 • 在计数过程中，写入新的计数初值的处理方式不同；
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 ……
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
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& G
8个
I写
1个存储单元（8bit） D0-7
&
外 /Y 部 译 码 器
I读 8个 OE
XD0-7
控制线始 终保持有 效或不带 控制线
单个端口IO芯片（如373）内部读写控制原理图
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
二。 I/O 端口地址译码方法：
2. 多端口芯片（内部带译码器）由地址信号和 控制信号的不同组合实现。其原则是：
01 00 00
01
11 00
0
1
01
0
0
11
1
1
11
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
二。 I/O 端口地址译码方法： 1.简单接口芯片，只含有一个端口，内部不带带译 码器，译码器设计原则：
由“IO地址”信号和“IO读/写”控制信号的不同组合 实现。控制芯片内寄存器的入口或出口开关。
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
光笔 图形输入 激光打印 液晶显示
声音输入 喷墨打印 绘图仪
扫描仪
X-Y记录仪
硬盘 软盘 光盘 磁带
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
3.1 I/O端口
一。IO端口及其编码方式 1. IO端口 端口是接口电路中能被CPU直接访问的寄
存器的地址。计算机给接口电路中的每 个寄存器分配一个地址。 2.IO操作 指CPU对设备相关的IO端口的访问操作 ，而不是对IO设备的操作
术
1. IO地址宽度
IO地址在00H－0FFH，称为8位地址宽度；
IO地址在0100H－FFFFH，称为16位地址宽度
说明：
➢ 不论IO地址宽度是8位，还是16位，都 可以用DX间 接寻址；
➢ 只有IO地址Biblioteka 8位宽度才能直接寻址。2. IO 数据宽度
• 当一次传输1个端口数据，即8位数据时，用AL累加器
DMA总线仲裁逻辑
术
优点：存储器和外设都有自己的地址译码器，地址空 间独立，互不影响。用专用的I/O 指令访问I/O 端口。
三。 独立编址方式的端口访问
输入指令： IN AL, n ; n 为8位IO端口地址 IN AL, DX ; 16位地址用DX间址
输出指令： OUT n, AL OUT DX, AL 微机接口技术-第3章IO端口地址译码技
CLK
T1 T2 T3、TW T4
XA15-0
0026H 0026H号IO端口地址
XREADY XD7-0
XIOW
来自CPU内AL中的数据 22H
向IO端口写数据时（OUT 0026H，AL）系统总线时序 （假设（AL）=22H）
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
CLK
T1 T2 T3、TW T4
地址信号 控制信号
地址译码器
“选中” 信号
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
“地址”信号线
“控制”信号线
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
“选中”信号线
在这一段时间， 3个控制信号没 有同时有效，译 码器“选中”信号 线输出全部无效
控制信号有效时， 地址000时，仅 /IOY0有效。其 余选中线全无效
• 当一次传输连续2个端口数据，即16位时，用AX累加器
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
3.3 IO端口地址分配
一。IO接口硬件分类 • 系统板（主板）上的IO芯片（如定时器，并口等等） • IO扩展槽上的接口控制卡（声卡、网卡、软驱卡、显 卡）
二。IO端口地址分配 参看表3.1 表3.2
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
三。IO端口地址选用的原则 ➢被系统配置已经占用的不可用 ➢计算机厂家声明保留的地址不要使用 ➢一般IBM实验卡用3微0机0接口H技-术3-第13章术FIHO端口。地址译码技
3.4 I/O 端口地址译码
一。IO地址译码电路工作原理及作用
• 输入信号：地址信号，控制信号
• 输出信号：“选中”信号。
原理：译码器根据地址和控制信号，产生选中信号。不 同的地址控制组合，最多只可能使一根“选中”信号有效， 该有效的选中信号用于打开它所连接的IO接口芯片的 数据线与系统线的通路总开关。
(1). 高位地址与CPU 的控制信号组合，经外部译码电 路产生 I/O 接口芯片的片选信号( /CS )，实现选中
芯片（就是打开芯片内部译码器）。
(2). 低位地址线直接连接到 I/O 接口芯片，由内部 译码器实现选中存储单元或IO端口。
例如：8255内部有四个端口寄存器，则至少要留出 2低位地址线用于8255内部寻找寄存器
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 终端 波器，数字化 调制解调器
万用表 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
XA15-0
0025H
0025H号IO端口地址
XREADY XD7-0
XIOR
来自0025H号IO端口的数据 11H
从IO端口读出数据（IN AL,0025H）时系统总线时 序（ （25H端口）=11H）
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
同时控 制8个3 态门
/XIOW /XIOR XA0-15
第3章 IO端口地址译码技术
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
3.1 I/O地址空间 • 和存储器地址空间一样，IO地址空间
也是一片连续的地址单元。 • 地址单元可以被任何外设使用，但不
可以地址冲突。 • 和存储单元一样，都是以数据字节来
组织的。
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
CPU 系统总线接口
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
二。IO端口地址编码方式 1、统一编址方式 端口地址与存储器地址统一编址
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
CPU
AB
译
Y０---i 去存储器芯片
码
器
Yi+1---j 去I/O接口芯片
WR RD
优点：指令丰富，电路简单。
缺点：外设占用存储器空间，内存容
量减小。
微机接口技术-第3章IO端口地址译码技 术
2、独立编址方式
内存
8088 CPU （最大
AB
模式）
译
码
/Y0-i 去存储器
器
/XMENR /XMEMW
系统总线
/XIOR
/XIOW
接口
译
/Y0-j 去I/O接口
码
器
注：最大模式下系统微机的接口控技制术-总第3章线IO来端口源地址于译总码技线控制器8288和