大学计算机微机原理第6章输入输出及中断技术
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《微机原理与接口技术》课件——第6章输入输出及中断系统
பைடு நூலகம்
CB
AB
DB
CPU
数据端口
状态端口
I/O
设
备
译
码
控制端口
图7.3 I/O接口的基本结构
I/O接口
5、I/O端口的编址 微机系统中，I/O端口的编址方式分为统一编址和独立编址两大类。在Intel 80x86系列微机中，采用独立编址方式。 （1）. I/O端口的统一编址方式 统一编址又称存储器映象编址(Memory-mapping Address Coding)，就是将I/O端口看成是存储器空间的一个组成部分，按照存储器单元的编址方法统一编排地址号，每个I/O端口占用一个地址。这样，CPU对I/O端口的输入／输出操作如同对存储单元的读／写操作一样，对存储器的各种寻址方式也同样适用于I/O端口。
DB
输
出
设
备
&
数据
地址
译码器
数据端口
译码输出
地址总线
DB
状态端口
译码输出
状态
寄存器
BUSY
＋5 V
锁
存
器
Q
D
数据总线DB
来自CPU
选通信号
ACK
WR
IO
/
M
R
&
RD
IO
/
M
图7.9 查询式输出的接口电路
（2）程序中断的输入／输出方式 该方式借助于CPU响应外部中断请求的能力，实现输入输出的控制。简单地说，就是外设将准备就绪的信号转换成有效的中断请求信号通知给CPU，CPU响应中断后，在中断服务子程序中执行I/O指令，进行数据传送。 查询传送方式是由CPU来查询外设的状态，CPU处于主动地位，而外设处于被动地位。中断传送方式则是由外设主动向CPU发出请求，等候CPU处理，在没有发出请求时，CPU和外设都可以独立进行各自的工作。
006_微机原理-输入输出系统与中断技术_1
判断 Y
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数据交换
6.1.4 程序查询传送方式
开始
否
开始
初始化
测试数据 是否准备好
初始化 否
是 输入一个字节或字到CPU
外设是否准备好？
是
输出一个字节或字到外设
对数据进行处理 传送到内存缓冲区 操作完成否？ 处理缓冲区中数据
操作完成否？ 后续处理 查询方式输出过程流程图
后续处理 查询方式输入过程流程图
单向三态缓冲
3 4 7 8 13 14 17 18 11 1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 CLK CLR 74LS273 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 2 5 6 9 12 15 16 19
双向三态缓冲
3 4 7 8 13 14 17 18 11 1 2 5 6 9 12 15 16 19
6.1.2 I/O端口
数据端口：数据端口是用来存放外设送往CPU的数据或CPU要输出
到外设去的数据。这些数据是主机和外设之间交换的最基本的信息，
长度一般为1个字节或字，数据端口主要起数据缓冲的作用。 状态端口：状态端口是用来指示外设的当前状态。每种状态用1位 表示，每个外设可以有几个状态位，它们可由CPU读取，以测试或 检查外设的状态，决定程序的流程。 控制端口：它用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字，以便 控制接口或设备的动作。常见的命令信息位有启动位、停止位、允 许中断位等。接口芯片不同，控制字的格式和内容是各不相同的， 常见的控制字有方式选择控制字，操作命令字等。
数字←→模拟 并行←→串行 电压←→电流 弱电←→强电 …………
6.1.1 概述- I/O接口电路的基本功能
高校电子信息类-微机原理-第六章输入输出接口与中断
6.2 CPU与外设数据传送方式
• (1)程序传送-无条件传送（或同步传送）
• 无条件传送：在规定时间内，定时同步传送数据。适用于对开关
、继电器等简单外设状态控制
RD
2021年4月1日星期四
9 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
2021年4月1日星期四
2 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
• I/O接口的主要功能
– (1)对输入输出数据进行缓冲和锁存,输出接口有锁存环节， 输入接口有缓冲环节
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
存储单元
存储地址空间
I/O 端口
I/O 地址空间
2021年4月1日星期四
I/O 端口和存储器单独编址
7 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
I/O 端口
I/O 地址空间
存储单元
存储器地址空间
整个地址空间
I/O 端口和存储器统一编址
2021年4月1日星期四
6 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
• (1)程序传送-无条件传送（或同步传送）
• 无条件传送：在规定时间内，定时同步传送数据。适用于对开关
、继电器等简单外设状态控制
RD
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Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
• I/O接口的主要功能
– (1)对输入输出数据进行缓冲和锁存,输出接口有锁存环节， 输入接口有缓冲环节
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
存储单元
存储地址空间
I/O 端口
I/O 地址空间
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I/O 端口和存储器单独编址
7 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
Microcomputer : Principle and Interface
6.1 输入输出接口概述
I/O 端口
I/O 地址空间
存储单元
存储器地址空间
整个地址空间
I/O 端口和存储器统一编址
2021年4月1日星期四
6 自动化科学与电气工程学院 School of Automation Science and Electrical Engineering
【微机原理】第6章. 输入与输出中断
其连接示意图如图6.1所示.
CPU对外设的输入输出操作类似于存储器的读写操作，即 I／O—读／写；但外设与存储器有许多不同点。其比较如表 6.1所示.
接口电路(即可编程接口芯片)种类很多，它的显著特点 是可编程性,即可以通过编程来 规定其功能及操作参数。
二、接口电路的基本结构
接口电路的基本结构同它传送的信息种类 有关。信息可分 为3类：数据信息；状态信息;控制信息。
目录
6.2 CPU与外设之间数据传送的方式
本节将以8086/8088为例,来说明CPU与外设之间数据 传送 的方式。为了实现CPU与外设之间的数据传送,通常采用 以下3 种I/O传送方式。 一、程序传送
程序传送是指CPU与外设间的数据交换在程序控制 （即IN 或OUT指令控制)下进行。
（一） 无条件传送（又称同步传送） 这种传送方式只对固定的外设（如开关、继电器、7
(三) 控制信息 它用于控制外设的启动或停止。接口电路基本结构及其连接如图
6.2所示。接口电路根据传送不同信息的需要，其基本结构安排有一 些特点。
(1) 3种信息（数据、状态、控制）的性质不同,应通过不 同的端口分别传送。如数据输入/输出寄存器(缓冲器）、状态 寄存器与命令控制寄存器各占一个端口，每个端口都有自己的 端口地址，故能用不同的端口地址来区分不同性质的信息。
段显 示器、机械式传感器等简单外设）在规定的时间用IN或 OUT指
一般，这些外设随时做好了数据传送的准备,而无须检测其状态。
这里先要弄清有关输入缓冲与输出锁存的基本概念。
输入数据时,因简单外设输入数据的保持时间相对于CPU的接收速
度来说较长，故输入数据通常不用加锁存器来锁存,而直接使用三态
缓冲器与CPU数据总线相连即可。
CPU对外设的输入输出操作类似于存储器的读写操作，即 I／O—读／写；但外设与存储器有许多不同点。其比较如表 6.1所示.
接口电路(即可编程接口芯片)种类很多，它的显著特点 是可编程性,即可以通过编程来 规定其功能及操作参数。
二、接口电路的基本结构
接口电路的基本结构同它传送的信息种类 有关。信息可分 为3类：数据信息；状态信息;控制信息。
目录
6.2 CPU与外设之间数据传送的方式
本节将以8086/8088为例,来说明CPU与外设之间数据 传送 的方式。为了实现CPU与外设之间的数据传送,通常采用 以下3 种I/O传送方式。 一、程序传送
程序传送是指CPU与外设间的数据交换在程序控制 （即IN 或OUT指令控制)下进行。
（一） 无条件传送（又称同步传送） 这种传送方式只对固定的外设（如开关、继电器、7
(三) 控制信息 它用于控制外设的启动或停止。接口电路基本结构及其连接如图
6.2所示。接口电路根据传送不同信息的需要，其基本结构安排有一 些特点。
(1) 3种信息（数据、状态、控制）的性质不同,应通过不 同的端口分别传送。如数据输入/输出寄存器(缓冲器）、状态 寄存器与命令控制寄存器各占一个端口，每个端口都有自己的 端口地址，故能用不同的端口地址来区分不同性质的信息。
段显 示器、机械式传感器等简单外设）在规定的时间用IN或 OUT指
一般，这些外设随时做好了数据传送的准备,而无须检测其状态。
这里先要弄清有关输入缓冲与输出锁存的基本概念。
输入数据时,因简单外设输入数据的保持时间相对于CPU的接收速
度来说较长，故输入数据通常不用加锁存器来锁存,而直接使用三态
缓冲器与CPU数据总线相连即可。
微型计算机原理及应用：第6章 输入输出和中断技术
——可寻址的端口号为0~65535(FFFFH)
•端口地址小于或等于FFH(255)，可以用立即数表示端口地址 IN AL, 42H (8位) 或 IN AX,42H (16位) OUT 43H, AL (8位) 或 OUT 43,AX (16位)
6.1.4 简单的I/O接口
1. 三态缓冲.
用三态门组成,只有当CPU选通时,才允许相应的设备与CPU进 行信息传递.P225-P226
4.DMA传送：在DMAC的控制下，外设直接和存储器（也可外设与外设，存储
器与存储器之间）进行数据传送，而不必经过CPU ，传送速度基 本取决于外设与存储器的速度，从而传送效率大大提高。
6.3 中断技术
6.3.1中断及中断处理过程
中断最初是作为处理器与外部设备交换信息的一种控制方式提出的。由此，最 初的中断全部是对外部设备而言的，称为外部中断或硬件中断。
DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O的数据传送方式，它 可以让外设接口直接与内存进行高速的数据传送，而不必经过 CPU。这种专门的硬件电路称为DMA控制器，简称DMAC
DMAC的功能
▪ （1）外设通过DMA控制器向CPU提出DMA申请。 ▪ （2）DMA控制器接受外设的DMA请求，取得总线控制权。 ▪ （3）总线载决逻辑对总线申请进行载决，把总线控制权交给
由于不查询外设状态，接口电路不需要状态寄存器
输入方式 IN AL, 0A0H
输出方式 OUT 0A1H, AL
A0 CE
A1
例：采用同步传送系统
（二）查询（条件）传送 适用于CPU与外设异步工作的情况。 在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。 输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数据是否已经准备就绪 输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲
•端口地址小于或等于FFH(255)，可以用立即数表示端口地址 IN AL, 42H (8位) 或 IN AX,42H (16位) OUT 43H, AL (8位) 或 OUT 43,AX (16位)
6.1.4 简单的I/O接口
1. 三态缓冲.
用三态门组成,只有当CPU选通时,才允许相应的设备与CPU进 行信息传递.P225-P226
4.DMA传送：在DMAC的控制下，外设直接和存储器（也可外设与外设，存储
器与存储器之间）进行数据传送，而不必经过CPU ，传送速度基 本取决于外设与存储器的速度，从而传送效率大大提高。
6.3 中断技术
6.3.1中断及中断处理过程
中断最初是作为处理器与外部设备交换信息的一种控制方式提出的。由此，最 初的中断全部是对外部设备而言的，称为外部中断或硬件中断。
DMA方式是一种由专门的硬件电路执行I/O的数据传送方式，它 可以让外设接口直接与内存进行高速的数据传送，而不必经过 CPU。这种专门的硬件电路称为DMA控制器，简称DMAC
DMAC的功能
▪ （1）外设通过DMA控制器向CPU提出DMA申请。 ▪ （2）DMA控制器接受外设的DMA请求，取得总线控制权。 ▪ （3）总线载决逻辑对总线申请进行载决，把总线控制权交给
由于不查询外设状态，接口电路不需要状态寄存器
输入方式 IN AL, 0A0H
输出方式 OUT 0A1H, AL
A0 CE
A1
例：采用同步传送系统
（二）查询（条件）传送 适用于CPU与外设异步工作的情况。 在执行输入输出前，要先查询接口中状态寄存器的状态。 输入时，状态寄存器的状态指示要输入的数据是否已经准备就绪 输出时，状态寄存器的状态指示输出设备是否空闲
微机原理与接口技术-第6章-输入输出与中断技术(1)教材
当设备处于空闲状态或者外设数据准备好时，接口向CPU发 出中断请求信号，CPU收到申请后及时响应接口的中断请求， 暂停执行主程序，转入执行I/O操作程序（中断服务子程序）， 完成数据传输之后再返回到主程序继续执行，这种数据传送 方式称为中断方式。
31
中断传送流程图
优点：
实时性好 处理迅速
缺点：
1A3
74LS244
1A4
2A1
2A2
≥1
1G 2A3 2G 2A4
+5V K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8
43
NEXT: GOON:
MOV DX, 0FFC1H IN AL, DX TEST AL, 0FFH JZ GOON … MOV AX, BX ADD AX, CX …
44
测试K3的状态，K3断开时转到Label处执行，程序段如 下： TEST AL, 4 JNZ Label ……
不适用于 大量数据 的高速传输
执行主程序 输入/输出指令
执行主程序 一条指令执行结束
有中断请求？ 否
执行主程序
是 中断响应
中断处理，执行数据输入/输出
中断返回
32
程序控制下的输入输出方式
无条件传送方式、程序查询传送方式和中断传送方式在数据 传送过程中，CPU从内存读出数据，再输出到外部设备，因 此，这三种方式被统称为程序控制下的输入输出方式 （Programmed input and output），简称PIO方式。
25
6.3.1 无条件传送方式
又称为同步方式，适合简单外设的数据输入输出。 常用外设：开关、继电器、步进电机、发光二极管等。 优点：控制程序简单，软、硬件开销都少。
26
31
中断传送流程图
优点：
实时性好 处理迅速
缺点：
1A3
74LS244
1A4
2A1
2A2
≥1
1G 2A3 2G 2A4
+5V K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8
43
NEXT: GOON:
MOV DX, 0FFC1H IN AL, DX TEST AL, 0FFH JZ GOON … MOV AX, BX ADD AX, CX …
44
测试K3的状态，K3断开时转到Label处执行，程序段如 下： TEST AL, 4 JNZ Label ……
不适用于 大量数据 的高速传输
执行主程序 输入/输出指令
执行主程序 一条指令执行结束
有中断请求？ 否
执行主程序
是 中断响应
中断处理，执行数据输入/输出
中断返回
32
程序控制下的输入输出方式
无条件传送方式、程序查询传送方式和中断传送方式在数据 传送过程中，CPU从内存读出数据，再输出到外部设备，因 此，这三种方式被统称为程序控制下的输入输出方式 （Programmed input and output），简称PIO方式。
25
6.3.1 无条件传送方式
又称为同步方式，适合简单外设的数据输入输出。 常用外设：开关、继电器、步进电机、发光二极管等。 优点：控制程序简单，软、硬件开销都少。
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微机原理课件 第6章 输入输出和中断
输入输出接口
基本内容: I/O接口概念；I/O接口应用背景； CPU与I/O设备间的信号种类；I/O端口的寻址 方式；I/O三种传输方式:程序查询方式,程序中 断方式,DMA方式 基本要求: 理解I/O接口的作用和一般结构；掌 握I/O的编址方式和I/O传输方式的三种方式； 重点内容: I/O接口信号种类；I/O编址方式； 三种传输方式； 难点内容: 三种传输方式
外设已处于“就绪”状态，寻址数据口。 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据 特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低
2、 查询传送方式
1）查询式输入
息 ）
输 出 设 备
CPU
D7~0
数 据 缓 冲 器
D7~0
地址线
地址译 码电路
数 输 据 入 锁 D7~0 设 存 备 器 状态信息 （Ready）
2、 查询传 送方式
当系统中有多 个外设时查询 方式如何工作 ？
1号外设 准备就绪？
否
是
对1号外设服务
2号外设 准备就绪？
否
是
对2号外设服务
3号外设 准备就绪？
否
是
对3号外设服务
2、 查询传送方式
优点：
接口电路和程序设计都较为简单，容易实现。
缺点：
CPU、外设不能并行工作，CPU的效率低，外设 得不到及时响应。 适用场合： 这种传送方式适用于一般工作速度较慢的外设， 特别是外设数量不多，实时性要求不高的场合。
查询输入方式
2、 查询传送方式
例：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址 80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻 式输入一个数据的程序；
POLL： IN AL，83H TEST AL，80H ；检查状态位D7
基本内容: I/O接口概念；I/O接口应用背景； CPU与I/O设备间的信号种类；I/O端口的寻址 方式；I/O三种传输方式:程序查询方式,程序中 断方式,DMA方式 基本要求: 理解I/O接口的作用和一般结构；掌 握I/O的编址方式和I/O传输方式的三种方式； 重点内容: I/O接口信号种类；I/O编址方式； 三种传输方式； 难点内容: 三种传输方式
外设已处于“就绪”状态，寻址数据口。 是输入，通过输入指令从数据端口读入数据 是输出，通过输出指令向数据端口输出数据 特点：工作可靠，适用面宽，但传送效率低
2、 查询传送方式
1）查询式输入
息 ）
输 出 设 备
CPU
D7~0
数 据 缓 冲 器
D7~0
地址线
地址译 码电路
数 输 据 入 锁 D7~0 设 存 备 器 状态信息 （Ready）
2、 查询传 送方式
当系统中有多 个外设时查询 方式如何工作 ？
1号外设 准备就绪？
否
是
对1号外设服务
2号外设 准备就绪？
否
是
对2号外设服务
3号外设 准备就绪？
否
是
对3号外设服务
2、 查询传送方式
优点：
接口电路和程序设计都较为简单，容易实现。
缺点：
CPU、外设不能并行工作，CPU的效率低，外设 得不到及时响应。 适用场合： 这种传送方式适用于一般工作速度较慢的外设， 特别是外设数量不多，实时性要求不高的场合。
查询输入方式
2、 查询传送方式
例：设有某输入接口，状态口地址83H,数据口地址 80H,当状态口的D7为1时,数据准备好。试编写查寻 式输入一个数据的程序；
POLL： IN AL，83H TEST AL，80H ；检查状态位D7
微型计算机原理与接口技术-第6章输入输出与中断技术ppt课件
四、简单的输出接口举例
锁存器：由D触发器构成〔具有锁存功能〕
通常一个器件包含8个D触发器
常用芯片：
74LS273
74LS273
S
74LS374
S CP Di Qi 0 X X0 1 ↑ 11 1 ↑ 00
D0～D7
A0
A1
▪ ▪
&
▪
A7
IOW
≥
A8 A9
▪& ▪ ▪
A15
74LS273
与
非
用于存储器芯片选通
门
A15 与
～
非
用于I/O芯片选通
A12
门
IO/M
8088最小方式下的原理图
READY RESET
8284A
CLK READY RESET ALE
A19 ~A8 AD7~AD0
8088
+5V
MN/MX DEN DT/R
IO/M
WR RD HOLD HLDA INTR
INTA
存
储
地址 锁存储器
A0 ~ A19
器
8282 地址总线〔20根〕
系
〔三片〕
统
D0 ~ D7 收发器 8286 数据总线〔8根〕 〔一片〕
控制总线
I/O 接 口
节
6.2 简单接口电路
一、 接口电路的根本构造
译码
AB
电路
CPU DB
控制
CB
逻辑
数据输入存放器 (or 三态门)
数据输出存放器 (锁存器)
形状存放器 (or 三态门)
符号 ’8’ ’9’ ’A’ ’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
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教材p238
P238图
27
四、锁存器接口
通常由D触发器构成； 特点：
具有对数据的锁存能力； 不具备对数据的控制能力
28
常用锁存器芯片
74LS273
8D触发器，不具备数据的控制能力
P240图
74LS373
含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力。 既可以做输入接口，也可以做输出接口。
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
5
接口的功能
数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理
内存：
1MB
端口：
64K个
编址方式：
与内存统一编址 独立编址
10
端口与内存的统一编址
特点：
指令及控制信号统一； 内存地址资源减少
00000H
F0000H FFFFFH
内存 地址 960KB
I/O地址 64KB
11
端口的独立编址
特点：
内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令
Rx8
a b c d e f g D+5V K0～K3 P
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
形状
7段码 .gfedcba
00111111 00000110
01011011 01001111 01100110 01101101 01111101 00000111
符号 ’8’ ’9’ ’A’
6
二、I/O端口
数据端口 端口 状态端口
控制端口
7
I/O端口
I/O接
DB
口
数据
CPU
状态
外设
控制
8
接口和端口
接口1
接口2
接口N
端口 1 端口 2
┅
端口 1
端口 1
端口 编址
端口
┅
端口
2
2
┅
┅
端口 m
端口 m
端口 m
端口地址=芯片地址（高位地址）+片内地址
9
三、I/O端口的编址方式
8086/8088的寻址能力：
较少
00000H
FFFFFH 0000H
FFFFH
内存 地址
I/O 地址
12
端口的寻址
8088/8086寻址端口数：
64K个
寻址端口的信号：
IOR、IOW A15 ～ A0
13
8088/8086的I/O端口编址
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 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0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
18
I/O地址译码例
译码电路图：
接口芯片
IOR
& IOW
A1
A0
A11
A10
A18
≥1
CE
A3
A2
&
A9
A7
┇
A4
19
§6.2 简单接口电路
20
掌握：
接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用
21
一、接口的基本构成
译码
AB
电路
DB
控制
CB
逻辑
数据输入寄存器 (or 三态门)
数据输出寄存器 (锁存器)
D7
译码
IOW
器
≥1
A6～A4 A7
& 74GLS138
1
G2A Y0
A3 A2 A1 A0
IOR
G2B C Y1 B A
≥1
7D4L0S2Q730 | Q1 D7 Q2
Q3 Q4 CP Q5 Q6 Q7
7406 反相器
D0 7O4L1S24I41
D1 O2 I2 D2 O3 I3
D3
O4 I4 E1
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
01111111 01100111
01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001
I/O接口综合应用例 —— 程序段
……
Seg7 DB 3FH,06H,
GO: IN AL, 0F1H
按传输信息的类型分类：
数字接口 模拟接口
按传输信息的方式分类：
并行接口 串行接口
24
接口特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力 常用三态门实现
输出接口：
要求对数据具有锁存能力 常用锁存器实现
25
三、三态门接口
高电平、低电平、高阻态
26
74LS244
含8个三态门的集成电路芯片 在外设具有数据保持能力时用来输入接口 74LS244应用例
29
I/O接口综合应用例
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址为F1H 当开关的状态分别为0000～1111时，在7段
数码管上对应显示’0’～’F’
7段数码管图见教材p242
30
F0H = 1111 0000
A0
F1H = 1111 0001
D0～
5BH,4FH,66H,6DH, 7DH,07H,7FH,67H,77H,
14
四、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： IOR，IOW，高位地址信号 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
15
I/O译码的地址信号
当接口只有一个端口时，16位地址线一般应 全部参与译码，译码输出直接选择该端口；
当接口具有多个端口时，则16位地址线的高 位参与译码（决定接口的基地址），而低位 则用于确定要访问哪一个端口。
16
I/O地址译码例
某外设接口有4个端口，地址为2F0H—— 2F3H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用 来区分接口中的4个端口。试画该接口与系 统的连接图。
17
I/O地址译码例
地址范围：
A11
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态
片内地址
图中不接入
第6章
输入输出及中断技术
1
主要内容
基本概念
输入输出系统 I/O接口和端口 端口的编址方式
简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程
2
§6.1 输入输出系统
3
了解和掌握：
接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码
4
一、I/O接口
接口要解决的问题
状态寄存器 (or 三态门)
命令寄存器
数据线
状态线 控制线
22
接口的基本构成
数据输入/输出寄存器
暂存输入/输出的数据
命令寄存器
存放控制命令
设定接口功能、工作参数和工作方式。
状态寄存器
保存外设当前状态，以供CPU读取。
23
二、接口的类型及特点
按传输信息的方向分类：
输入接口 输出接口
P238图
27
四、锁存器接口
通常由D触发器构成； 特点：
具有对数据的锁存能力； 不具备对数据的控制能力
28
常用锁存器芯片
74LS273
8D触发器，不具备数据的控制能力
P240图
74LS373
含三态的8D触发器，具有对数据的控制能力。 既可以做输入接口，也可以做输出接口。
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
5
接口的功能
数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理
内存：
1MB
端口：
64K个
编址方式：
与内存统一编址 独立编址
10
端口与内存的统一编址
特点：
指令及控制信号统一； 内存地址资源减少
00000H
F0000H FFFFFH
内存 地址 960KB
I/O地址 64KB
11
端口的独立编址
特点：
内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令
Rx8
a b c d e f g D+5V K0～K3 P
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
形状
7段码 .gfedcba
00111111 00000110
01011011 01001111 01100110 01101101 01111101 00000111
符号 ’8’ ’9’ ’A’
6
二、I/O端口
数据端口 端口 状态端口
控制端口
7
I/O端口
I/O接
DB
口
数据
CPU
状态
外设
控制
8
接口和端口
接口1
接口2
接口N
端口 1 端口 2
┅
端口 1
端口 1
端口 编址
端口
┅
端口
2
2
┅
┅
端口 m
端口 m
端口 m
端口地址=芯片地址（高位地址）+片内地址
9
三、I/O端口的编址方式
8086/8088的寻址能力：
较少
00000H
FFFFFH 0000H
FFFFH
内存 地址
I/O 地址
12
端口的寻址
8088/8086寻址端口数：
64K个
寻址端口的信号：
IOR、IOW A15 ～ A0
13
8088/8086的I/O端口编址
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用IO/M来区分 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0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
18
I/O地址译码例
译码电路图：
接口芯片
IOR
& IOW
A1
A0
A11
A10
A18
≥1
CE
A3
A2
&
A9
A7
┇
A4
19
§6.2 简单接口电路
20
掌握：
接口电路的分类及特点； 两类简单接口芯片的应用
21
一、接口的基本构成
译码
AB
电路
DB
控制
CB
逻辑
数据输入寄存器 (or 三态门)
数据输出寄存器 (锁存器)
D7
译码
IOW
器
≥1
A6～A4 A7
& 74GLS138
1
G2A Y0
A3 A2 A1 A0
IOR
G2B C Y1 B A
≥1
7D4L0S2Q730 | Q1 D7 Q2
Q3 Q4 CP Q5 Q6 Q7
7406 反相器
D0 7O4L1S24I41
D1 O2 I2 D2 O3 I3
D3
O4 I4 E1
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
01111111 01100111
01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001
I/O接口综合应用例 —— 程序段
……
Seg7 DB 3FH,06H,
GO: IN AL, 0F1H
按传输信息的类型分类：
数字接口 模拟接口
按传输信息的方式分类：
并行接口 串行接口
24
接口特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力 常用三态门实现
输出接口：
要求对数据具有锁存能力 常用锁存器实现
25
三、三态门接口
高电平、低电平、高阻态
26
74LS244
含8个三态门的集成电路芯片 在外设具有数据保持能力时用来输入接口 74LS244应用例
29
I/O接口综合应用例
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H 设输入接口地址为F1H 当开关的状态分别为0000～1111时，在7段
数码管上对应显示’0’～’F’
7段数码管图见教材p242
30
F0H = 1111 0000
A0
F1H = 1111 0001
D0～
5BH,4FH,66H,6DH, 7DH,07H,7FH,67H,77H,
14
四、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： IOR，IOW，高位地址信号 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
15
I/O译码的地址信号
当接口只有一个端口时，16位地址线一般应 全部参与译码，译码输出直接选择该端口；
当接口具有多个端口时，则16位地址线的高 位参与译码（决定接口的基地址），而低位 则用于确定要访问哪一个端口。
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I/O地址译码例
某外设接口有4个端口，地址为2F0H—— 2F3H，由A15～A2译码得到，而A1、A0用 来区分接口中的4个端口。试画该接口与系 统的连接图。
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I/O地址译码例
地址范围：
A11
××××001011110000 ××××001011110011
任意状态
片内地址
图中不接入
第6章
输入输出及中断技术
1
主要内容
基本概念
输入输出系统 I/O接口和端口 端口的编址方式
简单接口芯片及其应用 基本输入输出方法 中断的基本概念及工作过程
2
§6.1 输入输出系统
3
了解和掌握：
接口的基本功能 端口的概念 端口的编址方式 I/O地址译码
4
一、I/O接口
接口要解决的问题
状态寄存器 (or 三态门)
命令寄存器
数据线
状态线 控制线
22
接口的基本构成
数据输入/输出寄存器
暂存输入/输出的数据
命令寄存器
存放控制命令
设定接口功能、工作参数和工作方式。
状态寄存器
保存外设当前状态，以供CPU读取。
23
二、接口的类型及特点
按传输信息的方向分类：
输入接口 输出接口