第6章 输入输出技术
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06第六章输入-输出接口
15
输入/输出指令
❖ IN输入指令
❖ 直接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），PORT ❖操作： （AL字节或AX字）（PORT）
例 取端口61H的内容. IN AL，61H ；取数据 MOV BL，AL ；放入BL中
16
❖ 间接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），DX ❖操作： （AL字节或AX字）（（DX））
❖ I/O端口地址是绝对地址，并不分段。 ❖ I/O指令都不影响标志位。
20
表6-5 PC/XT机系统板配置的端口地址
地址范围 000H~01FH 020H~03FH 040H~05FH 060H~07FH 0A0H~0BFH 080H~09FH
I/O接口名称 DMA控制器 中断控制器 定时器8253/8254 并行接口芯片8255 NMI屏蔽寄存器 DMA页面寄存器
18
❖ 间接端口寻址方式
❖格式： OUT DX，AL（或AX） ❖操作： （（DX）） （AL字节或AX字）
例 将寄存器BL的数据放入异步串行接口（COM1） 的端口3F8H中. MOV DX，3F8H ；取地址 MOV AL，BL ；取数据 OUT DX，AL ；放入BL中
19
I/O指令的使用规则
0D000H~ 0D0FFH
网络接口控制器（NIC）
计算机的端口地址
22
AEN
A3 A4 A5 A6 A7 A9
A8
74LS04
74LS30
CS
O J10 O O J12 O
图 6-5 可选式译码电路
23
J10通 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
1011111000
输入/输出指令
❖ IN输入指令
❖ 直接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），PORT ❖操作： （AL字节或AX字）（PORT）
例 取端口61H的内容. IN AL，61H ；取数据 MOV BL，AL ；放入BL中
16
❖ 间接端口寻址方式
❖格式： IN AL（或AX），DX ❖操作： （AL字节或AX字）（（DX））
❖ I/O端口地址是绝对地址，并不分段。 ❖ I/O指令都不影响标志位。
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表6-5 PC/XT机系统板配置的端口地址
地址范围 000H~01FH 020H~03FH 040H~05FH 060H~07FH 0A0H~0BFH 080H~09FH
I/O接口名称 DMA控制器 中断控制器 定时器8253/8254 并行接口芯片8255 NMI屏蔽寄存器 DMA页面寄存器
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❖ 间接端口寻址方式
❖格式： OUT DX，AL（或AX） ❖操作： （（DX）） （AL字节或AX字）
例 将寄存器BL的数据放入异步串行接口（COM1） 的端口3F8H中. MOV DX，3F8H ；取地址 MOV AL，BL ；取数据 OUT DX，AL ；放入BL中
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I/O指令的使用规则
0D000H~ 0D0FFH
网络接口控制器（NIC）
计算机的端口地址
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AEN
A3 A4 A5 A6 A7 A9
A8
74LS04
74LS30
CS
O J10 O O J12 O
图 6-5 可选式译码电路
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J10通 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
1011111000
第六章_基本输入输出接口技术
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6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
第6章 输入输出及终端系统
外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态 标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态 标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并将DATA下100B数据输出。
51
状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
48
查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
33
按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
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状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
48
查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
33
按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
第6章输入输出技术1
内存和I/O I/O端口独立编址 2. 内存和I/O端口独立编址 内存和I/O端口独立编址是将I/O端口和内存分开编址。 内存和I/O端口独立编址是将I/O端口和内存分开编址。由于它们编 I/O端口独立编址是将I/O端口和内存分开编址 址的独立性，所以微处理器需要提供两类访问指令： 址的独立性，所以微处理器需要提供两类访问指令：一类用于内部存储器 访问，它具有多种寻址方式；另一类专用于I/O端口的访问， I/O端口的访问 访问，它具有多种寻址方式；另一类专用于I/O端口的访问，这类指令往 往比较简单。在这种寻址方式中，CPU访问I/O端口必须采用专用I/O指令 访问I/O端口必须采用专用I/O指令， 往比较简单。在这种寻址方式中，CPU访问I/O端口必须采用专用I/O指令， 故也叫专用I/O指令方式。这些专用的I/O指令通常有两类， I/O指令方式 I/O指令通常有两类 故也叫专用I/O指令方式。这些专用的I/O指令通常有两类，即输入指令 IN、输出指令OUT及其相关指令组。 OUT及其相关指令组 IN、输出指令OUT及其相关指令组。 这种编址方式的优点是： I/O端口地址空间不占用内存地址空间 端口地址空间不占用内存地址空间， 这种编址方式的优点是： I/O端口地址空间不占用内存地址空间， 其端口地址线较少，对于硬件寻找I/O端口的译码电路可以较简单， I/O端口的译码电路可以较简单 其端口地址线较少，对于硬件寻找I/O端口的译码电路可以较简单，寻址 速度较快；使用专用的I/O指令使编制的程序更加清晰，便于理解和检查。 I/O指令使编制的程序更加清晰 速度较快；使用专用的I/O指令使编制的程序更加清晰，便于理解和检查。 缺点是：专用的I/O指令类型少，程序设计灵活性较差； 缺点是：专用的I/O指令类型少，程序设计灵活性较差；需要存储器 I/O指令类型少 I/O端口两套控制逻辑 增加了控制逻辑的复杂性。 端口两套控制逻辑， 和I/O端口两套控制逻辑，增加了控制逻辑的复杂性。
第06章输入输出接口及中断技术X
IBM PC/AT主机板的I/O译码电路
A5 A6 A7
A8 A9 AEN
IOW
74LS138
A
Y0
B
Y1
C
Y2
Y3
G2B Y4 G2A Y5 G1
Y6 Y7
DMA CS（8237） INTR CS（8259） T/C CS（8253） PPI CS（8255）
WRTNMIREG （写NMI屏蔽寄存器）
译
IO/端口 IO / M 1 0000H I/O端口与MEM
码
空间 IOW
~
空间各自独立
CPU AB 器 及其
(64KB) IOR
DB
FFFFH 逻辑上重叠
配置
CB
物理上独立
芯片
译
存储器 IO / M 0 00000H
~
码
空间 MEMW
器
(1MB) MEMR FFFFFH
1、优点
①MEM和I/O分开设计 ②I/O地址线少 ③I/O指令短，执行速度快
2. 状态信息
状态信息作为CPU与外设之间交换数据时的联络
信息，反映了当前外设所处的工作状态，是外设通过
接口送往CPU的。CPU通过对外设状态信号的读取， 可得知输入设备的数据是否准备好、输出设备是否空 闲等情况。对于输入设备，一般用准备好(READY)信 号的高低来表明待输入的数据是否准备就绪；对于输 出设备，则用忙(BUSY)信号的高低表示输出设备是否 处于空闲状态，如为空闲状态，则可接收CPU输出的 信息，否则CPU要暂停送数。因此，状态信息能够保 障CPU与外设正确地进行数据交换。
储器进行数据传送，适合大量、快速数据 传送
1、无条件传送方式及其接口
微型计算机技术 第6章 输入输出
第6章 输入输出 23 / 69
Shanghai Jiaotong University
《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
芯片的应用举例
用于一般的总线驱动电路
8086系统中，存储器和I/O接口较多，须在CPU总线和 系统总线之间加接总线驱动电路，要求在加接驱动电路后 CPU仍能进行常规的存储器读写、I/O读写、中断的响应、 总线请求响应（即HLDA有效）以及在RESET有效时的相 应操作。
Shanghai Jiaotong University
《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
第6章 输入/输出
6.1 输入/输出概述 6.2 简单的输入/输出接口芯片 6.3 数据传送的控制方式 6.4 可编程DMA控制器8237A
第6章 输入输出 1 / 69
Shanghai Jiaotong University
《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
I/O端口的编址方式
存储器映象编址（统一编址）
这种编址方式的特点： 存储器和I/O端口共用统一的地址空间。
I/O端口的读写操作同样由硬件信号 MEMR 和MEMW 来实 现，访问I/O端口同样用MOV指令。
所有访问存储器的指令（包括存储器的算术、逻辑运算指 令）都可用于I/O端口。
第6章 输入输出 11 / 69
Shanghai Jiaotong University
《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
I/O端口的编址方式
存储器映象编址的优点： 任何对存储器数据的指令都可用于I/O端口的数据操
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芯片的应用举例
用于一般的总线驱动电路
8086系统中，存储器和I/O接口较多，须在CPU总线和 系统总线之间加接总线驱动电路，要求在加接驱动电路后 CPU仍能进行常规的存储器读写、I/O读写、中断的响应、 总线请求响应（即HLDA有效）以及在RESET有效时的相 应操作。
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《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
第6章 输入/输出
6.1 输入/输出概述 6.2 简单的输入/输出接口芯片 6.3 数据传送的控制方式 6.4 可编程DMA控制器8237A
第6章 输入输出 1 / 69
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I/O端口的编址方式
存储器映象编址（统一编址）
这种编址方式的特点： 存储器和I/O端口共用统一的地址空间。
I/O端口的读写操作同样由硬件信号 MEMR 和MEMW 来实 现，访问I/O端口同样用MOV指令。
所有访问存储器的指令（包括存储器的算术、逻辑运算指 令）都可用于I/O端口。
第6章 输入输出 11 / 69
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《Microcomputer Technology》 cs.sjtu 2020/1/11
I/O端口的编址方式
存储器映象编址的优点： 任何对存储器数据的指令都可用于I/O端口的数据操
第6章 输入输出和中断技术
数据端口：数据的输入输出 双向的 端口 状态端口：把外部设备的状态信息送进CPU，
通常为输入端口
控制端口：把CPU控制信息输出给外部
9
I/O端口
I/O接口
DB
数据
CPU
控制命令
状态
外设状态
控制
外设
10
3. I/0端口编址
计算机系统中包含各类不同功能的接口电路。
每个接口中含1个或多个端口。
主要程序段
……
Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ……
LEA BX, Seg7 MOV AH, 0 GO: IN AL, 0F1H
4个开关的不同状态呈现为 ： 0000～1111
AND AL, 0FH
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
01111111 01100111 01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001
仅给出8位地址，为 部分地址译码
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，输入接口地址 为F1H
N
传送完？
Y
结束
每满足一次 条件只能进 行一次数据
传送
超时?
N 读入并测试外设状态
N 复位计时器
READY?
Y 与外设进 行数据交换
N
传送完？
Y 结束
防止死循环 Y
超时错
查询工作方式例
外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态 标志（=1忙，=0准备好）
通常为输入端口
控制端口：把CPU控制信息输出给外部
9
I/O端口
I/O接口
DB
数据
CPU
控制命令
状态
外设状态
控制
外设
10
3. I/0端口编址
计算机系统中包含各类不同功能的接口电路。
每个接口中含1个或多个端口。
主要程序段
……
Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ……
LEA BX, Seg7 MOV AH, 0 GO: IN AL, 0F1H
4个开关的不同状态呈现为 ： 0000～1111
AND AL, 0FH
’B’ ’C’ ’D’ ’E’ ’F’
形状
7段码 .gfedcba
01111111 01100111 01110111 01111100 00111001 01011110 01111001 01110001
仅给出8位地址，为 部分地址译码
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，输入接口地址 为F1H
N
传送完？
Y
结束
每满足一次 条件只能进 行一次数据
传送
超时?
N 读入并测试外设状态
N 复位计时器
READY?
Y 与外设进 行数据交换
N
传送完？
Y 结束
防止死循环 Y
超时错
查询工作方式例
外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态 标志（=1忙，=0准备好）