微机原理课件2015-6

微机原理与接口技术

第六章 I/O接口与总线宋克柱 skz@http://doc.guandang.net核探测与核电子学国家重点实验室中国科学技术大学近代物理系快电子实验室

第六章 I/O接口与总线主要内容：

6-1 6-2

I/O接口、端口寻址、传送数据方式总线

6-1 I/O接口(interface)

I/O设备：输入/输出设备Input/Output。输入设备：键盘、鼠标、磁盘、扫描仪等。输出设备：显示器、打印机、磁盘等。 I/O接口：各种外设与CPU的总线由于信号传输速度、电平、数据格式等不同，而不能与 CPU直接连接，需要通过中间电路来协调。

1.接口的功能 解决速度不匹配：在CPU与外设之间设置数据缓冲区。常用锁存器和缓冲器。 解决信号电平不匹配 CPU使用的是TTL电平，外设能接收的信号电平如果不一致，需要接口电路设置电平转换。如CPU数据总线是5V信号，外设信号电平是2.5V。 解决数据格式不匹配：串并转换、模数转换。 使外设与CPU同步通过握手信号，应答信号，使CPU等待或外设等待，以实现两者同步。 读写控制、中断控制、地址译码等

2.接口电路传送的信息和端口(port)

数据信息通过数据端口传送状态信息是否准备好 Ready=1?,是否空闲 Busy=1?,是否出错error=1?,等等。通过状态端口传送。控制信息控制外设的start或stop等。通过控制端口传送。

3. I/O端口的寻址方式CPU访问外设，实际是访问I/O端口。有两种寻址方式： 存储器映象寻址：把I/O端口看做是一个存储单元，与Memory统一编址。把I/O地址映射到存储空间。访问存储器的所有指令都可以用来访问I/O端口。 MOV AX,[3F8H];从端口3F8H读一个字到AX MOV[BX], AX;将AX内容写入端口 优点：简化了指令系统，I/O地址空间可大可小。 缺点：I/O端口占用了存储单元的地址空间。访问存储器的指令比I/O指令长，延长了I/O操作时间，读写较慢，需要14~22T。

I/O端口的寻址方式

I/O单独编址系统中所有的I/O端口单独编址。不占用存储空间。用专门的指令IN和OUT来访问端口。 8086、8088、Z80等采用这种编址方式。 8086使用地址总线的低16位寻址I/O端口，最多可以访问216=FFFFH=65536个输入输出端口。优点：访问I/O指令和访问存储器指令明显不同，程序清晰可读性好。 I/O指令执行速度快，8或10T。缺点：需要专门指令IN和OUT,需要区分I/O的读写和MEMORY的读写，M//IO

I/O端口地址空间设计注意一般要根据CPU类型来确定I/O寻址方式 8086大多情况将I/O端口设计成单独编址方式但也可以将8086的I/O端口设计成“Memory映像方式”,这时访问I/O端口和访问Memory没有区别，只有两者的地

址不同。

4. PC/XT机的I/O端口地址分配一个设备内部往往会有多个寄存器，每个寄存器都需要一个端口地址。PC/XT计算机的一个设备的I/O端口地址最多可达16个。并行打印接口：378H~37FH。串行通讯接口1(COM1):3F8~3FFH。串行通讯接口2(COM2):2F8~2FFH。硬盘驱动器接口：320~32FH。用户可用端口地址：300~310H。

5. CPU与外设之间的数据传送方式(1)程序传送 CPU与外设间的数据交换在程序控制下进行，常用IN或OUT指令。 无条件传送外设在任何时刻都已准备好，CPU可以读或写。程序不需要检查外设的状态，随时可以直接执行输入、输出指令。例如：读开关状态、7段数码管的驱动、驱动继电器等。

(1)程序传送

程序查询传送在执行输入或输出指令前，先查询接口的状态。状态端口和数据端口具有不同的地址。 CPU读之前，检查外设是否READY; CPU写之前，检查外设是否“空闲”,即not busy。

例：程序查询输入(CPU读，用IN指令)

例：程序查询输入汇编程序POLL: IN AL, STATUS_PORT;例如：IN AL, 00H TEST AL, 80H; AL AND 80H,;D7=1表示READY JZ POLL IN AL, DATA_PORT;例如：IN AL, 0FH

例：程序查询输出，CPU写，用OUT指令

5. CPU与外设之间的数据传送方式(2)中断传送

查询方式的缺点： CPU要不断读取状态位，检查输入设备是否READY,检查输出设备是否FREE。如果外设没有准备好，CPU必须反复查询，等待。大部分外设速度很低，CPU查询等待占绝大部分时间 (99%以上),真正传送数据占很少时间，CPU利用率很低。