第6章输入和输出 在微型计算机系统的应用中，CPU除与内存交换信息外， 还必然要经常与各种外部设备交换信息。 主机与外设进行信息交换过程主要是完成数据输入或输出 的传送操作。输入或输出操作的确切含义是有选择地启动 被微处理器选中的外部设备，以便使其接收来自CPU的数 据或向CPU送入数据。 数据传送的方向标准通常以微处理器为中心，当数据是由 外部设备，如键盘、纸带读入机、光笔等设备向CPU送入 时，称为输入传送；而当数据自CPU送到如发光二极管、 七段显示器、CT显示器、点阵打印机、绘图仪等设备时， 称为输出传送。 ● 当实现一个数据的输入输出操作时，CPU必须在众多的外 部设备中寻找一个确定的设备，而如何寻找这一特定的外 部设备就是输入输出寻址方式所解决的问题。当找到一个 确定的外部设备以后，接下来的问题就是如何同它进行信 息交换，这就是输入输出控制方式所解决的问题。 Ji Lin University China CpE雪CNCE山D空CHNDL OGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 第6章 输入和输出 • 在微型计算机系统的应用中，CPU除与内存交换信息外， 还必然要经常与各种外部设备交换信息。 • 主机与外设进行信息交换过程主要是完成数据输入或输出 的传送操作。输入或输出操作的确切含义是有选择地启动 被微处理器选中的外部设备，以便使其接收来自CPU的数 据或向CPU送入数据。 • 数据传送的方向标准通常以微处理器为中心，当数据是由 外部设备，如键盘、纸带读入机、光笔等设备向CPU送入 时，称为输入传送；而当数据自CPU送到如发光二极管、 七段显示器、CRT显示器、点阵打印机、绘图仪等设备时， 称为输出传送。 • 当实现一个数据的输入输出操作时，CPU必须在众多的外 部设备中寻找一个确定的设备，而如何寻找这一特定的外 部设备就是输入输出寻址方式所解决的问题。当找到一个 确定的外部设备以后，接下来的问题就是如何同它进行信 息交换，这就是输入输出控制方式所解决的问题
计算机的接口 。 CPU侧引脚信号： 地址信号：选择I/0接口中的不同寄有 器； 控制寄存器 数据信号：根据命令类型，送到对应 的寄存器中，或从寄存器中取得 系统数据总线 数 据 数据或状态； 总 线 输出缓冲 控制信号：控制命令的执行、时序、 冲 寄存器 信号同步和片选； 状态信号：接口的部分工作状态信号 外设侧引脚信号： CPU 控制总线 动 输入缓冲 制 寄存器 数据信号：接口缓冲寄存器与外设间 控 的数据交换； 裟 状态寄存器 状态信号：外设工作状态送给接口的 状态寄存器； 口 系统地址总线 地 端 址 控制信号：接口的内部控制逻辑控制 多 线 地 址 外设工作的控制信号和同步信号。 冲 码 内部控制逻辑： 联絡 根据控制寄存器、状态寄存器、 控制逻辑 线控制信号及外设状态信号控制 I/0接口的工作。 Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 计算机的接口 • CPU侧引脚信号： 地址信号：选择I/O接口中的不同寄存 器； 数据信号：根据命令类型，送到对应 的寄存器中，或从寄存器中取得 数据或状态； 控制信号：控制命令的执行、时序、 信号同步和片选； 状态信号：接口的部分工作状态信号。 • 外设侧引脚信号： 数据信号：接口缓冲寄存器与外设间 的数据交换； 状态信号：外设工作状态送给接口的 状态寄存器； 控制信号：接口的内部控制逻辑控制 外设工作的控制信号和同步信号。 内部控制逻辑： 根据控制寄存器、状态寄存器、总 线控制信号及外设状态信号控制 I/O接口的工作
6.1输入输出的寻址方式 I/0接口的编址方式：I/0映象方式和存储器映象方式 存储器映象方式 把一个I/0端口看作是一个存储单元，相当于给每一个I/0 端口分配一个存储器地址 优点：指令丰富，I/0端口空间大，寻址的控制逻辑比较 简单 缺点：内存空间相对减少，地址译码电路比较复杂，存储 器操作指令字节长，降低了I/0操作速度。分析程序困难 I/0映象方式 ·I/0端口空间与存储器空间各自独立，互不干涉 优点：I/0空间与存储器空间可分开设计，采用单独的I/0 指令，程序清晰。I/0地址线较少，所以译码电路简单。 I/0指令格式短，执行时间快 Ji Lin University China COMPUTEP SCIRNCE AND T里CHO是OGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 6.1 输入输出的寻址方式 • I/O接口的编址方式：I/O映象方式和存储器映象方式 存储器映象方式 • 把一个I/O端口看作是一个存储单元，相当于给每一个I/0 端口分配一个存储器地址 • 优点：指令丰富，I/O端口空间大，寻址的控制逻辑比较 简单 • 缺点：内存空间相对减少，地址译码电路比较复杂，存储 器操作指令字节长，降低了I/O操作速度。分析程序困难 I/O映象方式 • I/O端口空间与存储器空间各自独立，互不干涉 • 优点：I/O空间与存储器空间可分开设计，采用单独的I/O 指令，程序清晰。I/O地址线较少，所以译码电路简单。 I/O指令格式短，执行时间快
I/0端口地址的译码(1) 上 I/0数据的传送方式：并行传送、串行传送 常见的端口地址选择方法有三种：门电路组合法、译码器 译码法、比较器比较法 门电路组合法：用门电路确定I/0端口地址。 Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY I/O端口地址的译码(1) • I/O数据的传送方式：并行传送、串行传送 • 常见的端口地址选择方法有三种：门电路组合法、译码器 译码法、比较器比较法 • 门电路组合法：用门电路确定I/O端口地址
I/0端口地址的译码(2) 译码器译码法：利用译码器芯片对地址进行译码，P℃/XT系统板 上接口芯片端口地址译码采用一个74LS138译码电路， 其地址范 围依次是： 8237 000H≈ 01FH 8259 020H≈ 03FH 8253 040H 05FH 8255 060H≈ 07FH Yo 15 DMA页面寄存器 080H≈ 09FH 123 A 14 DMACS(8237) NMI屏蔽寄存器 0A0H≈ OBFH BC 74LS138 INTRCS(8259) 13 保留 OCOH ODFH T/CCS(8253) 12 保留 0E0H≈ OFFH 546 6 PPICS(8255) 0 21 WRTDMAPG 、9f 21 WRTNMIREG 7 Y Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE山DY里CHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY I/O端口地址的译码(2) • 译码器译码法：利用译码器芯片对地址进行译码，PC/XT系统板 上接口芯片端口地址译码采用一个74LS138译码电路，其地址范 围依次是： 8237 000H ～ 01FH 8259 020H ～ 03FH 8253 040H ～ 05FH 8255 060H ～ 07FH DMA页面寄存器 080H ～ 09FH NMI屏蔽寄存器 0A0H ～ 0BFH 保留 0C0H ～ 0DFH 保留 0E0H ～ 0FFH Y0 Y7 A B C G2B G2A G1 15 14 13 12 11 10 9 7 1 2 3 4 5 6 74LS138 A5 A6 A7 A8 A9 AEN’ DMACS(8237) INTRCS(8259) T/C CS(8253) PPICS(8255) ≥1 WRTDMAPG ≥1 WRTNMIREG IOW
I/0端口地址的译码(3) 比较器比较法：利用数码比较器把地址线上的地址同预定的地址 相比较，进而确定地址是否相符。如果比较后两个地址相等，则 表示地址总线送来的端口地址就是该端口的地址 74LS688比较器：当P7≠Q0-7时，P-1,输出高电平。当 P=Q7时，P=0,输出低电平。 74LS688 74LS138 alalg A o 08P3141P6PB +5W +57 P=0 773R367 +5V Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY I/O端口地址的译码(3) • 比较器比较法：利用数码比较器把地址线上的地址同预定的地址 相比较，进而确定地址是否相符。如果比较后两个地址相等，则 表示地址总线送来的端口地址就是该端口的地址 • 74LS688比较器：当P0~7≠Q0~7时，P=1，输出高电平。当 P0~7=Q0~7时，P=0，输出低电平
PC机接口卡端口地址(0100H-03FFH) VO接口名称 地址范围 游戏控制卡 0200-020FH 并行口控制卡1 0370-037FH 并行口控制卡2 0270-027FH 串行口控制卡1 03F8-03FFH 串行口控制卡2 02F8-02FFH 原型插件板（用户可用） 0300-031FH 同步通信卡1 03A0-03AF 同步通信卡2 0380-038FH 单显MDA 03B0-03BFH 彩显CGA 03D0-03DFH 彩显EGA/VGA 03C0-03CFH 软驱控制卡 03F0-03FFH 硬驱控制卡 01F0-01FFH PC网卡 Ji Lin University China 0360-036FH C 是OG
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY PC机接口卡端口地址(0100H-03FFH) I/O接口名称 地址范围 游戏控制卡 0200-020FH 并行口控制卡1 并行口控制卡2 0370-037FH 0270-027FH 串行口控制卡1 串行口控制卡2 03F8-03FFH 02F8-02FFH 原型插件板(用户可用) 0300-031FH 同步通信卡1 同步通信卡2 03A0-03AF 0380-038FH 单显MDA 彩显CGA 彩显EGA/VGA 03B0-03BFH 03D0-03DFH 03C0-03CFH 软驱控制卡 硬驱控制卡 03F0-03FFH 01F0-01FFH PC网卡 0360-036FH
+5V 三态门作为输入接口 74LS244 Do D DO7 IOR 系统总线信号
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY D0～D7 74LS244 +5V K0 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 DO0 ～ DO7 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 E1 E2 ?1 IOR A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A15 A10 A11 A12 A13 A14 系 统 总 线 信 号 三态门作为输入接口
+5V 74LS273 0 上 作为 输出接口 74LS273 a- Q +5V A 系统总线信号 A Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE山DY厘CHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 74LS273 作为 输出接口 p253-6-6 系统总线信号 D0 D0 D7 D7 ~~ A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 IOW && ≥1 11 CP + 5V + 5V Q0 Q1 Q6 Q7… A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 74LS273
74LS374作为输入和输出接口 上 D Q 01D Do Do A12 D, 74LS374 CP OE 外设数据 译码电路 D7 OE As IOR 由外设 提供选 A2 74LS374用作 通脉冲 输入接口 A 74LS374用作 输出接口 Ji Lin University China COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY
COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY 74LS374作为输入和输出接口 D0 D7 ~ D0 D7 ~ D0 D7 ~ D0 D7 ~ 1 1 1 & ≥1 & IOW A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 74LS374 用作 输出接口 Q0 Q1 Q6 Q7 CP OE D7 D0 D1 … OE A0 A15 ~ IOR 译 码 电 路 外 设 数 据 由外设 提供选 74LS374 用作 通脉冲 输入接口 74LS374 74LS374