第6章輸入/輸出系統2本章內容講授學時4第6章輸入／輸出系統

6.1概述

6.2數據傳送方式

6.3I／O端口地址譯碼與讀寫控制

本章重點端口分類I/O端口的地址譯碼微型機與I/O設備的信息交換方式456.1.1輸入/輸出接口功能不同類型的外設，需要配置不同功能的接口。接口功能根據需要有多種，復雜程度各不相同。通常需要提供數據緩沖信息格式的相容性變換管理數據傳送進行地址譯碼選擇設備電氣特性適配中斷管理時序控制等6.1概述

66.1.2輸入輸出接口信號類型及基本結構數據狀態控制命令從含義和功能上來看，數據信息、控制信息和狀態信息是各不相同的，必須分別傳送，各有通路，我們稱這些通路為端口(PORT)，三種端口的集合就是接口。6.1概述

CPU數據端口控制端口狀態端口外部設備接口電路地址數據數據狀態控制76.1.3I/O端口類型三類信息分別有寄存器（緩沖器）。數據端口：雙向傳輸狀態端口：單向輸入控制端口：單向輸出各端口可獨立工作，可分別尋址。6.1概述

CPU數據端口控制端口狀態端口外部設備接口電路地址數據數據狀態控制8(1)I/O端口和存儲器統一編址(2)I/O端口獨立編址統一編址把外設接口與內存統一進行編址。各占據統一地址空間的不同部分。優點指令統一，靈活；訪問控制信號統一，使用同一組的地址/控制信號。

缺點內存可用地址空間減小0地址空間(共1MB)內存地址(960KB)I/O地址(64KB)FFFFFHEFFFFHF0000H6.1.4I/O端口編址方式6.1概述

9獨立編址外設地址空間和內存地址空間相互獨立。優點：內存地址空間不受I/O編址的影響缺點：I/O指令功能較弱，使用不同的讀寫控制信號00000H內存地址空間內存空間(1MB)I/O空間(64KB)FFFFHFFFFFHI/O地址空間0000H106.2.0輸入輸出指令直接的輸入/輸出指令間接的輸入/輸出指令直接的輸入輸出指令提供端口號。如：IN AL，50H ；將50H端口的字節讀入ALIN AX，70H ；分別將70H、71H端口的內容讀入AL、AHOUT44H，AL ；將AL中的內容輸出到44H端口OUT80H，AX ；將AL、AH中的內容分別輸出到80H、81H兩端口

6.2數據傳送方式11

間接的輸入輸出指令，地址由DX指出，如：

IN AL，DX ；從DX所指的端口中讀取

IN AX，DX ；從DX和DX+1所指出的兩個端口中讀取

OUTDX，AL ；將AL中的字節輸出到DX所指的端口中

OUTDX，AX ；將AL中的字節輸出到DX所指的端口中，同時將AH中的字節輸出到DX+1所指的端口中6.2數據傳送方式12輸入輸出指令注意點：①只能用累加器作為執行輸入輸出的機構②尋址范圍： 直接輸入輸出指令為0～255

間接輸入輸出指令為0～65535。6.2數據傳送方式6.2數據傳送方式CPU和輸入輸出設備之間有以下幾類信號:（1）數據信息,又分為：

數字量

模擬量開關量（2）狀態信息

（3）控制信息

146.2.1無條件傳送方式這是一種簡單的數據傳送方式，適用于任何時候均處于“準備就緒”狀態的外部設備，CPU可以隨時執行I/O指令來完成數據傳送操作。適用于總是處于準備好狀態的外設優點：軟件及接口硬件簡單缺點：只適用于簡單外設，適應范圍較窄156.2.2條件傳送方式（程序查詢方式）查詢方式的三個環節：CPU從接口中讀取狀態字CPU檢測狀態字傳送數據16RD接D7查詢方式輸入17SCAN: MOV DX,S_ADDR IN AL,DX TEST AL,80H JZ SCAN MOV DX,D_ADDR IN AL,DXD_PORTS_PORT接口18接D0“0”為空閑READY查詢方式輸出19將數據端口和狀態端口共用一個，用SD_ADDR表示SCAN:MOV DX,SD_ADDR; 狀態、數據共用端口 IN AL,DX TEST AL,1 JNZ SCAN MOV AL,DATA OUT DX,AL接口D_PORTS_PORT20適用于外設并不總是準備好，而且對傳送速率、傳送效率要求不高的場合。CPU在與外設交換數據前必須詢問外設狀態——“你準備好沒有？”對外設的要求：應提供設備狀態信息對接口的要求：需要提供狀態端口優點：軟件比較簡單缺點：CPU效率低，數據傳送的實時性差，速度較慢21CPU無需循環查詢外設狀態，而是外部設備在需要進行數據傳送時才中斷CPU正在進行的工作，讓CPU來為其服務。即CPU在沒有外設請求時可以去做更重要的事情，有請求時才去傳輸數據，從而大大提高了CPU的利用率。優點：CPU效率高，實時性好，速度快。缺點：程序編制較為復雜。6.2.3中斷方式數據傳送6.2.4DMA數據傳送方式(DirectMemoryAccess) DMA控制方式是一種完全由硬件（DMA控制器）完成輸入/輸出操作的工作方式，稱為直接存儲器存取控制方式。 DMA從CPU處接管系統總線的控制權，使存儲器與高速外設之間直接進行數據交換，即外設數據可以直接寫入存儲器，存儲器中的數據可直接讀出送給外設，大大加快了數據傳送的速度。23例題 1、設狀態端口地址為60H，數據端口地址為61H，外部輸入信息準備好狀態標志位D0=1，請用查詢方式寫出讀入外部數據的程序段。程序段:WT1：INAL，60H ；從狀態端口讀入狀態信息

ANDAL，01H

；判斷D0=1? JZWT1 ；D0=0，返回再讀狀態信息

INAL,，61H ；D0=1，從數據端口讀入解：分析：這是查詢輸入。流程圖：242、設狀態端口地址為086H，數據端口地址為085H，外設忙碌狀態D7=1，請用查詢方式寫出CPU從存儲器緩沖區Buffer送出1000B的數據給外設的程序段。解：分析，這是查詢輸出。要求輸出1000字節，流程圖：25LEASI,Buffer ；取Buffer的有效地址送SIMOVCX,1000 ；循環次數W1:MOVDX,086H ；狀態端口地址送DXINAL,DX

；從狀態端口讀入狀態信息ANDAL，80H ；BUSY=0?JNZW1 ；BUSY=1，返回等待MOVAL,[SI] ；BUSY=0，取數據

MOVDX,085H ；數據端口送DXOUTDX,AL ；數據從數據端口輸出 INCSI ；SI指向下一個字節數據LOOPW1 ；CX-1送CX≠0，循環 HLT ；CX=0，傳送結束26

、、A15

～A0OUT指令將使總線的信號有效IN指令將使總線的信號有效AEN為“地址允許”信號，ISA總線控制信號，和地址總線一起參加譯碼。

例如：某外設接口有4個端口，地址為2F0H～2F3H，則其基地址為2F0H，由A15～A2譯碼得到，而A1、A0用來確定4個端口中的某一個。6.3I/O端口地址譯碼與讀寫控制27用門電路設計口地址譯碼電路28對1#端口的讀操作指令MOV DX,34EHIN AL,DX對2#端口的寫操作指令MOV DX,34EHOUT DX,AL29用譯碼器設計口地址譯碼電路30簡單的輸入接口舉例83FCH～83FFH譯碼器

K6K7+5VI0I3D0-D7DO0DO7~74LS244E1E2≥1＆

A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15IOR系統總線信號≥1K5K4K3K2K1K0I1I2I4I5I6I731鎖存器：由D觸發器構成通常一個器件包含8個D觸發器常用芯片：74LS273、74LS374應用例子：發光二極管接口簡單的輸出接口舉例譯碼器=1=1.........+5VRD0｜D7CPQ0Q7...D0～D7A0～A15IOW74LS273R32輸入/輸出接口綜合應用例子根據開關狀態在7段數碼管上顯示數字或符號共陽極7段數碼管結構用74LS244作為輸入口，讀入開關K0～K3的狀態74LS244的地址假設為F1H用74LS273作為輸出接口，把數據送到7段數碼管74LS273的地址假設為F0H當開關的狀態分別為0000～1111時，在7段數碼管上對應顯示’0’～’F’(7段碼表見下頁)33

符號形狀7段碼.gfedcba符號形狀7段碼.gfedcba’0’00111111’8’01111111’1’00000110’9’01100111’2’01011011’A’01110111’3’01001111’B’01111100’4’01100110’C’00111001’5’01101101’D’01011110’6’01111101’E’01111001’7’00000111’F’0111000134F0H=0000000011110000F1H=0000000011110001O1I1O2I2O3I3O4I4E1

K0～K3+5VGG2AG2BCBA≥174LS244D0Q0|Q1D7Q2Q3Q4CPQ5Q6Q7

abcdefgDP74068個反相器74LS273Rx8≥174LS138D0～D7IOWIORY0Y1&≥1A7～A4A15～A8A3A2A1A0D0D1D2D3譯碼電路35相應程序段如下： ……Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H DB 7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H …… LEA BX,Seg7 ；取7段碼表基地址 MOV AH,0GO:

MOV DX,0F1H ；開關接口的地址為F1H IN AL,DX ；讀入開關狀態

AND AL,0FH ；保留低4位

MOV SI,AX ；作為7段碼表的表內位移量

MOV AL,［BX+SI］ ；取7段碼

MOV DX,0F0H ；7段數碼管接口的地址為F0H OUT DX,AL JMP GO36例：用查詢方式進行輸出 外設狀態端口地址為3FBH，第5位(bit5)為狀態標志（=1忙，=0準備