数据总线缓冲器

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5.2 输入/输出端口地址及编址方法

通常，I/O接口中三种信息由不同的寄存器传送， 如数据输入寄存器、数据输出寄存器、状态寄存器 和控制寄存器（或命令寄存器），这些寄存器的读 写是通过不同的“端口地址”来区分的。 下面重点讲述端口地址的概念和编址方法。

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5.2.2 输入/输出端口地址的概念

通道结构的输入/出处理机，称为I/O处理机(I/OP)。 外围处理器(PPU)方式的输入/出处理机系统结构 28
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5.4 中断控制接口芯片8259A
（3）程序控制输入、输出接口 对于上面的例子，开关电路（开关K）通过74LS244连接到数据总线D7上。如 果当开关闭合时，才点亮所有的LED，则完成上述功能的具体8086程序段如下：
MOV DX，221H IN AL，DX TEST AL，1000 0000B JNZ QUIT MOV DX，220H MOV AL，1111 1111B OUT DX，AL ；开关K的端口号 ；检测开关K的状态 ；比较D7位 ；D7位不为零，未闭合，退出 ；D7位为零，开关闭合 ；高电平点亮发光二极管 ；点亮所有发光二极管


比如，在8086中，其内存地址范围是从00000H— FFFFFH连续的1MB，其Ｉ/Ｏ端口地址范围从0000H— FFFFH，它们互相独立，互不影响。 独立编址需要CPU用不同于内存读写操作的命令控制外 部设备，因此在单独编址方式中有专门的外部设备输入/ 输出指令， 如IN， OUT指令。
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MOV AL,38H MOVX A,@DPTR
；38H为内部RAM空间 ；DPTR指向I/O空间

图5.3说明了两种编址方式中地址空间的关系。
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输入/输出端口的编址方式
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5.3 输入/输出控制的接口设计

Байду номын сангаас
主机和外设之间的信息传送控制方式，经历了由低级到高级、 由简单到复杂、由集中管理到各部件分散管理的发展过程， 它们之间信息传送的方式有程序控制方式、中断控制方式、 直接存储器访问DMA方式、通道或Ｉ/Ｏ处理机方式。



端口地址（俗称I/O端口）是I/O接口电路中能被 CPU直接访问的寄存器的地址。 根据存放信息种类的不同，这些端口又分别称为数 据端口、控制端口和状态端口。 每个端口通常对应一个寄存器。
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由于有的端口寄存器存放的二进制信息专门用来被 CPU读取，有的寄存器用于专门接收CPU发出来的 数据，因此，被CPU访问的寄存器端口地址又分为 输入端口和输出端口，故称为I/O端口。 计算机系统给I/O接口电路中的每个寄存器分配一 个端口，即给每个寄存器分配一个地址。当CPU访 问这些寄存器时，就执行I/O指令。
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5.3.3 DMA控制方式接口设计




DMA是直接存储器存取（Direct Memory Access）的英 文缩写，是在存储器和Ｉ/Ｏ设备之间建立数据通路，让Ｉ/ Ｏ设备和内存通过该数据通路直接交换数据，不经过CPU的 干预，实现内存与外设，或外设与外设之间的快速数据传送。 DMA控制器（DMAC）是为这种工作方式而设计的专用接 口电路，它与处理器配合实现系统的DMA功能。 DMA控制器可从CPU那里接管系统总线的控制权，并且由 本身发出存储器地址信号以及访问存储器和I/O设备的读/ 写脉冲等控制信号，使得数据通过总线，直接在存储器和 I/O设备之间（或I/O设备与存储器之间，存储器与存储器 之间）进行传送。 DMA有3种访问内存的方式:CPU停止访问内存方式、存储 器分时传送方式和周期窃取方式。
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2、I/O接口的功能
（1）数据缓冲：

主存和CPU寄存器的存取速度非常快，而外设速度则较低，所以在 I/O接口中引入数据缓冲寄存器，以达到主机和外设工作速度的匹配。 提供状态寄存器，以保存各种状态信息供CPU查用。 提供控制和定时逻辑，以接受从系统总线来的控制和定时信号。以 协调内部资源与外设间动作的先后关系，控制数据通信过程。 提供数据格式转换部件（如：进行串-并转换的移位寄存器），使通 过外部接口得到的数据转换为内部接口需要的格式，或反之。 CPU与I/O设备可能采用不同的电平，I/O接口则需要实现不同电平 之间的转换。 5
第5章 输入/输出控制接口
西安交通大学计算机系 桂小林 2012年9月25日
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目录



5.1输入/输出接口的基本概念(1/2) 5.2 输入/输出端口地址及编址方法(1/2) 5.3 输入/输出控制的接口设计(重点1) 5.3 中断控制接口芯片8259A(2) 5.4 DMA控制接口芯片8237A (2) 5.5 定时器/计数器接口芯片8253(重点4)
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程序直接控制方式：通过程序来控制主机和外设的数据交换。 程序中断控制方式：程序中断控制方式的基本思想是，当 CPU需要进行输入/输出时，先执行相应的I/O指令，将启 动命令发送给相应的I/O接口和外设，然后CPU继续执行其 他程序。 直接存储器存取方式：DMA（Direct Memory Access） 方式主要用于高速设备（如：磁盘、磁带等）和主机的数据 传送，这类高速设备采用成批数据交换方式，且单位数据之 间的时间间隔较短。用专门的硬件（DMA控制器）来控制 总线进行数据交换。 通道和I/O处理器方式：对于大型计算机系统，通常采用自 成独立体系的通道结构或I/O处理器。在进行主存和外设之 间的信息传送时，CPU执行自己的程序，两者完全并行。
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5.3.1 程序控制方式接口设计
1 、 程 序 控 制 方 式 的 工 作 过
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程
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2、程序控制的接口电路

程序控制接口通常使用数据锁存器、三态缓冲器实现数据、 状态和控制信号的输入、输出或保存。


对于外部开关和实时数据，一般使用三态缓冲器（如74LS244、 240、245等）进行读入； 对于对外输出，则一般使用数据锁存器（如74LS373、273等）进 行输出。

下面程序读取开关K的状态。如果开关闭合转 CLOSE，开关开放转OPEN。
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（2）程序控制输入接口
MOV DX，221H ；开关K的端口号 IN AL，DX ；检测开关K的状态 TEST AL，1000 0000B ；比较D7位 JNZ OPEN ；D7位不为零，未闭合，转OPEN JMP CLOSE ；开关闭合，转CLOSE
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输入/输出端口的编址方式

MOV AL,[28H] IN AL,28H 不是同一个单元

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输入/输出端口的编址方式


（2）统一编址方式 统一编址方式又称为存储器映射编址，是指I/O端口与存储 器共享同一个地址空间，所有的存储单元只占用其中一部分 地址，而I/O端口则占用另一部分地址。 由于两者使用同一个地址空间，所以访问I/O端口和存储器 可以使用相同的读写信号，在这种情况下，要求给各个存储 单元和各个I/O端口分配互不相同的地址，CPU通过不同地 址来选择某一个存储单元或I/O端口进行访问。
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5.1.3 输入/输出接口的分类
（1）按照与I/O设备的数据传送方式，可以分为并行接口和 串行接口，它们与I/O设备之间分别以并行和串行方式进行 数据传送； （2）按照通用性可以分为通用接口和专用接口。通用接口可 以适用于多种I/O设备，比如Intel 8255A、Intel 8251A 等接口电路。专用接口如Intel 8279专门用于键盘和数码 管的接口电路，而Intel 8275专门用于CRT显示器的接口 电路，实现刷新操作的定时控制； （3）按照可编程性可以分为可编程接口和不可编程接口。可 编程接口能够提供多种工作方式，根据具体应用通过软件编 程进行选择，适用范围较广，而不可编程接口则不具备这样 的性质。 （4）按数据传送的控制方式来分有程控式接口、中断式接口 和DMA式接口。
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（1）程序控制输出接口


图5.6的译码器和74LS273构成了一个程序控制的 输出接口。 下面程序按次序使每个发光二极管点亮，延迟一段 时间后再熄灭。
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（1）程序控制输出接口
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（2）程序控制输入接口

输入接口一般用来读取开关量。图5.6的译码器和 74LS244构成了一个程序控制的输入接口。
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5.1输入/输出接口的基本概念
1、I/O接口的定义 完成各个外设和主机之间的同步与协调、工作速度的匹配和 数据格式转换的逻辑部件称为I/O接口(I/O Interface)。 从功能上来说，微型计算机中的各种I/O控制器或设备控制 器（包括适配器或适配卡）都是I/O接口； 在大型机中的I/O模块就是担负大量复杂的外设控制任务的 通道或I/O处理器。 I/O接口是连接外设和主机的一个“桥梁”。I/O接口的外 设侧、主机侧各有一个接口。 主机侧的接口称为内部接口，外设侧的接口称为外部接口， 内部接口通过系统总线和内存、CPU相连，而外部接口则通 过各种接口电缆（如，串行电缆、并行电缆、网线或SCSI 电缆等）将其连到外设上。
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概述



外设是通过输入/输出接口（简称I/O接口）与CPU（或主 机）交换数据信息。 输入/输出接口是连接外设与微处理器或单片机的桥梁，在 一个完整的计算机系统中，其作用和地位必不可少、非常重 要。 本章首先介绍计算机系统的输入/输出接口的基本概念、作 用，然后阐述输入/输出端口（简称I/O端口）的编址方式， 最后介绍输入/输出的传输控制方式及其常用芯片的原理与 方法。