第03章 输入输出系统

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1、第三章输入输出系统3.1输入输出系统综述3.28259A中断控制器3.1输入输出系统综述3.1.1输入/输出系统概述3.1.2输入/输出控制方式3.1.3输入/输出指令3.1.1输入/输出系统概述1.I/O接口输入输出设备与CPU都是通过接口相连计算机硬件系统结构图3.1.1输入/输出系统概述外设之间存在巨大的差异外设的种类繁多，性能各异外设输入输出的数据信号不同外设的工作速度差异很大综上，要实现CPU与外设的数据交互，必须有专门的硬件电路实现硬件信号的连接，该硬件电路即是接口电路。3.1.1输入/输出系统概述接口电

2、路是CPU与外设数据交互的中转站，它的作用和位置如下：3.1.1输入/输出系统概述接口电路的功能如下：数据缓存或锁存为了缓解CPU与外设之间速度差异的矛盾，通常都在接口电路中设置有数据缓冲器或者锁存器地址译码和端口读写设置、保存控制命令和译码数据转换功能并行数据串行数据中断管理功能通信联络功能接口中常设置有状态寄存器，用于保存外设的状态，供主机在查询方式时使用，能够保证接口和外设高效可靠的传输数据3.1.1输入/输出系统概述接口分类：按照数据传送方式分类并行接口：如显示器接口、并行打印机接口等。常用芯片如8255

3、，8155、8755、串行接口：如串行通信接口、鼠标接口等。常用芯片如8250、16550按照是否可编程控制分类不可编程接口：如Intel8212通过连线确定是用于输入还是输出可编程接口按照接口的通用性分类通过接口：按照某种标准为多类外设设计的标准接口。如USB接口专用接口：专门为某种外设而设计的专用接口。如Intel的8279是键盘/显示器接口芯片，而8257是CRT控制接口芯片。按输入输出信号的类型分类数字接口：处理数字信号模拟接口：处理模拟信号3.1.1输入/输出系统概述2.端口端口概念接口电路中通常都设计有多

4、个寄存器，CPU对接口电路的控制和访问，实际上就是对这些寄存器的访问。每个寄存器都有特定的地址，CPU通过地址选定要访问的寄存器。这些寄存器被称为端口寄存器，简称为端口3.1.1输入/输出系统概述按照端口中存放信息意义的不同，可分为3类控制端口：存放控制信息，由CPU通过控制命令写入数据端口：即数据缓存器或锁存器，存放CPU与外设要交互的数据信息状态端口：即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由CPU读出而不能写入端口编址方式存储器统一编址方式独立编址方式3.1.

5、1输入/输出系统概述按照端口中存放信息意义的不同，可分为3类控制端口：存放控制信息，由CPU通过控制命令写入数据端口：即数据缓存器或锁存器，存放CPU与外设要交互的数据信息状态端口：即状态寄存器，存放状态信息，反映出外设当前的工作状态。状态信息由接口电路自动生成，该端口只能由CPU读出而不能写入端口编址方式存储器统一编址方式独立编址方式独立编址方式下，只能使用I/O指令访问I/O空间；也只能使用存储器指令访问存储器空间3.1.1输入/输出系统概述3.端口地址译码CPU是通过地址对不同的接口或端口加以区分的。把CPU送

6、出的地址转变为芯片选择和端口区分的依据就是地址译码电路。地址译码概念译码电路结构3.1.1输入/输出系统概述地址译码说明在微机系统中，I/O译码电路除了受A0－A9这10根地址线所确定的地址范围的限制之外，还要用到其他一些控制信号。如：利用IOR或IOW信号控制对端口的读写。读端口数据时，IOR引脚电平有效向端口写数据时，IOW引脚电平有效利用AEN信号控制非DMA传送。用IOCS16控制对8位还是16位端口操作。Ø用信号SBHE控制端口的奇偶地址。可见，在设计地址译码电路时，不仅要选择地址范围，还要根据CPU与I/

7、O端口交换数据时的流向（读/写）、数据宽度（8位/16位），以及是否采用奇偶地址等要求来引入相应的控制信号，从而形成地址译码电路。3.1.1输入/输出系统概述地址译码-线选法高位地址线不经过译码，直接（或经反相器）分别接各存储器芯片或者端口的片选端来区别各芯片或端口的地址。3.1.1输入/输出系统概述地址译码-全译码法最终目标是唯一确定一个端口或寄存器的地址，需要所有地址线都参加译码。A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=1011110000=2F0H７４ＬＳ２０：２个４输入端与非门;７４ＬＳ３２：４个２输入端或

8、门3.1.1输入/输出系统概述地址译码-部分译码法用片内寻址外的高位地址的一部分译码产生片选信号。例：设计一片内拥有８个端口的接口电路的Ｉ／Ｏ地址译码电路，其端口地址为３１０Ｈ―――３１７Ｈ。分析：１、由于接口芯片内部包含８个端口地址，应先选中芯片，再从选中的芯片内部选端口，因此，需要产生片选信号，故采用部分译码法。这理：只有高位地址线参加译码