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1、计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院第二章第二章 I/OI/O端口地址译码技术端口地址译码技术vI/O端口及其编址方式端口及其编址方式vI/O端口地址分配端口地址分配vI/O端口地址译码端口地址译码vGAL器件在器件在I/O端口地址译码中的应用端口地址译码中的应用计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O端口端口端端口：口：接口
2、电路中能被接口电路中能被CPU直接访问的寄存器的地址。直接访问的寄存器的地址。分类：分类：数据端口数据端口状态端口状态端口命令端口命令端口I/O端口地址端口地址:接口的基地址接口的基地址+端口编号端口编号。*访问设备实际上是访问相关的端口访问设备实际上是访问相关的端口*。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O端口的编址方式端口的编址方式统一编址统一编址独立编址独立编址端口端口 =存储单元存储单元接口接口 =存储器芯片存储器芯片连接方式与访问形式与存储器的
3、操作统一连接方式与访问形式与存储器的操作统一连接方式近似于存储器的连接连接方式近似于存储器的连接端口的访问与存储器的操作不同端口的访问与存储器的操作不同计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院统一编址统一编址端口端口 =存储单元存储单元接口接口 =存储器芯片存储器芯片连接方式与访问形式与存储器的操作统一连接方式与访问形式与存储器的操作统一计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
4、科学学院计算机科学学院计算机科学学院统一编址统一编址(续续续续)这种方式的优点是：这种方式的优点是：（1）CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指对外设的操作可使用全部的存储器操作指令，故指令多，使用方便。如可以对外设中的数据（存于外设的寄存器令多，使用方便。如可以对外设中的数据（存于外设的寄存器中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等。中）进行算术和逻辑运算，进行循环或移位等。（2）内存和外设的地址分布图是同一个。）内存和外设的地址分布图是同一个。（3）不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还是）不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还是I/O操操作的控制信号。作的控制信号。缺
5、点是：缺点是：外设占用了内存单元，使内存容量减小。外设占用了内存单元，使内存容量减小。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院独立编址独立编址I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。端口地址空间与存储器地址空间相互独立。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院独立编址独立编址(续续续续)这种方式的这种方式的优点优点是：是：（1）MEMME
6、M地址空间不受地址空间不受I/OI/O端口地址空间影响；端口地址空间影响；（2）端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快；端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快；（3）访问端口和）访问端口和MEM和指令和指令有明显区别有明显区别,便于理解和检查。便于理解和检查。缺点缺点是：是：（1）专用专用I/OI/O指令增加指令系统复杂性；指令增加指令系统复杂性；（2）I/OI/O指令有限，程序设计灵活性较差；指令有限，程序设计灵活性较差；（3）要求处理器提供要求处理器提供MEMR/MEMWMEMR/MEMW和和IOR/IOWIOR/IOW两组控制信号，增加两组控制信号，增加了控制逻辑
7、的复杂性。了控制逻辑的复杂性。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院端口地址的寻址方式端口地址的寻址方式I/O端口支持直接寻址和间接寻址方式。端口支持直接寻址和间接寻址方式。直接寻址直接寻址直接寻址直接寻址是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围为是使用一字节立即数寻址，端口寻址范围为00HFFH共共256个。个。间接寻址间接寻址间接寻址间接寻址是使用是使用DX寄存器间接给出寄存器间接给出I/O端口地址，可寻端口地址，可寻址的范围是址的范围是0000HFFFFH共共64
8、K个端口。个端口。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院 格式：格式：格式：格式：IN、OUT。结果：结果：结果：结果：以直接或间接寻址的方式完成以直接或间接寻址的方式完成I/O端口和端口和AX、AL之间的之间的数据传送。数据传送。端口访问指令端口访问指令 举例：举例：mov dx,3fdhmov al,36H in al,dxout 43h,al 计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
9、科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院块块I/O指令指令*自学自学格式：格式：格式：格式：INSB/W/D、OUTSB/W/D。参数：参数：参数：参数：用用DX指定指定I/O端口地址，输入端口地址，输入/输出时的目的输出时的目的/源源RAM地址用地址用ES:DI(EDI)/DS:SI(ESI)指定。指定。EFLAG寄存器中寄存器中DF位来决定地址加和减。位来决定地址加和减。结果：结果：结果：结果：通过前缀通过前缀REP在在I/O端口和连续的存储器空间端口和连续的存储器空间 之间传送数据之间传送数据。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院
10、计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O接口硬件分类接口硬件分类接口硬件分类接口硬件分类 系统板上系统板上I/OI/O芯片和芯片和I/OI/O扩展槽接口卡。扩展槽接口卡。I/OI/O端口地址分配端口地址分配端口地址分配端口地址分配 PCPC系列系列I/OI/O地址线有地址线有1616根，对应根，对应64K64K空间；空间；I/OI/O端口译码只使用了端口译码只使用了A A0 0-A-A9 9，共共10241024个端口；个端口；地址范围为地址范围为地址范围为地址范围为0000H03FFH0000H03FFH0000H03FFH0000H0
11、3FFH。*不同的微机系统不同的微机系统对对I/O端口地址的分端口地址的分配不同。配不同。I/O端口的地址分配端口的地址分配计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O芯片名称芯片名称 地址范围地址范围 DMAC1DMAC1DMAC2DMAC2DMADMA页面寄存器页面寄存器 0000-001FH0000-001FH00C0-00DFH00C0-00DFH0080-009FH 0080-009FH 中断控制器中断控制器1 1中断控制器中断控制器2 2 0020
12、-003FH0020-003FH00A0-00BFH 00A0-00BFH 定时器定时器并行接口芯片并行接口芯片(键盘接口键盘接口)RT/CMOS RAMRT/CMOS RAM协处理器协处理器 0040-005FH0040-005FH0060-006FH0060-006FH0070-007FH0070-007FH00F0-00FFH 00F0-00FFH 系统板端口地址：系统板端口地址：0000H 00FFH，即，即A8=A9=0，共共256个端口。个端口。PC/AT系统析上接口芯片的端口地址系统析上接口芯片的端口地址计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
13、科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院扩展槽上接口控制卡的端口地址扩展槽上接口控制卡的端口地址值得注意的端口地址值得注意的端口地址 0300H 031FH一般用于开发实验中一般用于开发实验中计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O端口地址选用的原则端口地址选用的原则避免地址冲突避免地址冲突凡是被凡是被系统配置所占用了的地址系统配置所占用了的地址一律不用一律不用避免使用计算机厂家申明的避免使用计算机厂家申
14、明的保留地址保留地址采用采用地址开关地址开关，以避免和其他用户开发的接口卡发生地址冲突，以避免和其他用户开发的接口卡发生地址冲突计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院I/OI/O端口地址译码端口地址译码 电路组成电路组成地址信号线：地址信号线：A8A9 控制信号线：读写信号（控制信号线：读写信号（IOR，IOW）数据位数选择（数据位数选择（I/OSC16）DMA传送选择（传送选择（AEN，1：DMA）*端口端口奇偶地址（奇偶地址（SBHE）译码方法译码方法 低位地址
15、部分：低位地址部分：连到接口电路以区分内部和端口地址连到接口电路以区分内部和端口地址 高位地址部分：高位地址部分：组合控制信号产生接口的选择信号组合控制信号产生接口的选择信号cs译码译码电路电路地址线地址线控制信号线控制信号线接口选择线接口选择线内部端口选择线内部端口选择线计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院固定式译码固定式译码所谓固定是指接口中用到的端口地址不能更改所谓固定是指接口中用到的端口地址不能更改 接口中只有一个端口时可采用门电路构成。接口中只有一个端口
16、时可采用门电路构成。接口中有多个端口时一般采用译码器电路构成，常见的译码接口中有多个端口时一般采用译码器电路构成，常见的译码器有器有74LS138、74LS154等。等。工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：G1=1，G2A=G2B=0。工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：将复合的输入信号变为枚举的输出信号将复合的输入信号变为枚举的输出信号15Y0Y7ABCG2BG2AG114131211109712345674LS138计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院
17、固定式译码电路示例固定式译码电路示例1)1)单端口单端口地址译码电路地址译码电路P15P152)2)多端口地址译码电路多端口地址译码电路P16P163)3)a)a)划分地址段划分地址段4)4)b)b)书写译码逻辑表达式书写译码逻辑表达式5)5)c)c)设计逻辑电路设计逻辑电路6)6)3)3)地址与电路的分析地址与电路的分析7)7)控制信号不参与地址值的表示控制信号不参与地址值的表示真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院74LS138真
18、值表真值表计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院AEN=AENIO/M如何区别访问如何区别访问如何区别访问如何区别访问I/OI/O还是还是还是还是MEM?MEM?74LS138在系统板端口译码中的应用在系统板端口译码中的应用计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院(1)使用比较器使用比较器+地址开关方法地址开关方法P07Q07，P=1，即即
19、输出高电平。输出高电平。P07 Q07，P=0，即输出低电平。即输出低电平。比较器和地址开关产比较器和地址开关产生一个信号参与片选。生一个信号参与片选。注意：注意：注意：注意：门电路与门电路与IOR/IOWIOR/IOW信号延迟不能太大。信号延迟不能太大。可选式端口地址译码可选式端口地址译码计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院(2)(2)使用异或门使用异或门+地址开关方法地址开关方法用异或门代替比较器和地址开关比较。如用用异或门代替比较器和地址开关比较。如用3 3
20、片片74LS13674LS136代替代替74LS68874LS688。=1=1=1=11 234 567891011121314VCCGND74LS136逻辑：逻辑：逻辑：逻辑：3=123=12；6=456=45；8=9108=910；11=121311=1213；连线：连线：连线：连线：异或门的输入端分别接异或门的输入端分别接地址线和开关线。地址线和开关线。片选：片选：片选：片选：各异或门的输出各异或门的输出“或或”的结果。的结果。可选式端口地址译码可选式端口地址译码(续续续续)计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计
21、算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院?思考题思考题计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院300H301H302H303H304H305H306H307H思考题答案思考题答案计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院Y0Y7ABCG2BG2AG11514131211109712345674LS138_AEN 001FH 405
22、FH 809FH_10011FH_思考题思考题A A A A9 9 9 9AAAA0 0 0 0共共共共10101010根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。根线参与地址译码，请将上图的空填对。计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院思考题答案思考题答案A9A8A7A6A5第一步第一步?第二步第二步 0?0第三步第三步 0 C B A 0计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
23、科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院按图上的按图上的按图上的按图上的连接方法，写出译码输出端连接方法，写出译码输出端连接方法，写出译码输出端连接方法，写出译码输出端Y Y1 1对应的地址。对应的地址。对应的地址。对应的地址。Y1ABC74LS138A13A14A15G11A16A17G2AA19G2B&IORIOW思考题思考题计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院Y1ABC74LS138A13A1
24、4A15G11A16A17G2AA19G2B&IORIOW12000H13FFFH52000H53FFFH22000H23FFFH62000H63FFFH32000H33FFFH72000H73FFFH思考题答案思考题答案A19A18A17A16A15A14A130 0 1 0 0 1 1 0 1 1计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院Y2ABC74LS138A3A4A5G1&A6A7G2B&IORIOW某某接口片接口片CSA0A1A0A1G2AA8A91按图上的
25、按图上的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每个端口的连接方法，该接口芯片一共有几个端口？每个端口的地址分别是多少？地址分别是多少？思考题思考题计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院A9A8A7A6A5A4A3A2A1A00 0 1 1 0 1 0 0 00 11 01 1D0HD4HD1H 或或D5HD2HD6HD3HD7H共共4个个端口端口地址是：地址是：思考题答案思考题答案接口的地址是：接口的地址是：D0 或或 D4(由于由于A2没有参与译码没有参与译码)端口
26、的序号是：端口的序号是：00 03实际的端口单元地址是：接口地址实际的端口单元地址是：接口地址+端口序号端口序号计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院采用采用GALGAL器件译码器件译码P18计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院第一个接口电路示例第一个接口电路示例n根据开关状态在根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号段数码管上显示数字
27、或符号n设输出接口的地址为设输出接口的地址为F0Hn设输入接口地址为设输入接口地址为F1Hn当开关的状态分别为当开关的状态分别为00001111时，在时，在7段数段数码管上对应显示码管上对应显示0F计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院74LS373v74LS273 不具备数据的控制能力不具备数据的控制能力v74LS373 具有对数据的控制能力具有对数据的控制能力常用锁存器芯片常用锁存器芯片计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机
28、科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院七段显示器七段显示器abcdgef计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院F0H=0000 0000 1111 0000F1H=0000 0000 1111 0001电路示例电路示例计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院计算机科学学院 GO:MOV DX,0F1H INAL,DX AND AL,0FH MOV SI,AX MOV AL,BX+SI MOV DX,0F0H OUT DX,AL JMP GO程序段程序段Seg7 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,67H,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H LEA BX,Seg7 MOV AH,0