上大控制科學(xué)復(fù)試-微機(jī)原理講課

本章要點(diǎn)方式I/O接口概述I/O端口及其編址方式CPU與I/O接口之間的輸入/輸出接口22012-3-22大學(xué)6.1

I/O接口概述稱為“輸入/輸出”。輸入/輸出:計(jì)算機(jī)通過(guò)

設(shè)備同外部世界進(jìn)行外設(shè)接口（Interface）：實(shí)現(xiàn)連接雙方、進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的控制電路32012-3-22大學(xué)—I/O接口的基本功能1數(shù)據(jù)緩沖功能2信號(hào)轉(zhuǎn)換功能3端口選擇功能接收和執(zhí)行CPU命令的功能中斷管理功能456可編程功能42012-3-22大學(xué)二I/O接口的基本組成52012-3-22大學(xué)1

CPU和I/O設(shè)備之間交換的信息：數(shù)據(jù)信息：數(shù)字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量三種類型控制信息：狀態(tài)信息：注意：1）外設(shè)接口一邊通過(guò)CPU

三（或微機(jī)總線）同CPU連接，一邊通過(guò)三種信息—數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息同外設(shè)連接。2）信息通常都以數(shù)據(jù)形式通過(guò)CPU的數(shù)據(jù)總線同CPU進(jìn)行傳送的，這些信息分別存放在外設(shè)接口的不同類型的寄存器中。CPU同外設(shè)之間的信息傳送實(shí)質(zhì)上是對(duì)這些寄存器進(jìn)行“讀”或“寫(xiě)”操作。62012-3-22大學(xué)端口：在接口

有不同的

單元，可以由CPU進(jìn)行讀或?qū)懙募拇嫫鳎诸惔娣判畔ⅲ簲?shù)據(jù)端口；狀態(tài)端口；控制端口方法：CPU對(duì)不同外設(shè)簡(jiǎn)化為

的

單元(端口)CPU對(duì)外設(shè)的信息輸入/出-->對(duì)端口讀/寫(xiě)端口地址譯碼數(shù)據(jù)緩沖/鎖存器：輸入緩沖，輸出鎖存72012-3-22大學(xué)輸入輸出指令

IN

A，port；OUT

port，A；從口輸入到AL或AX；從AL或AX輸出到端口；1，A是AL（8位輸入輸出）或AX（16位輸入輸出）。2，Port是外設(shè)端口地址，端口地址為8位時(shí)Port用立即數(shù)表示，端口地址為16位時(shí)Port用DX寄存器表示。例：IN

AL，80H；

8位端口地址，

8位數(shù)據(jù)輸入IN

AX，80H;

8位端口地址，

16位數(shù)據(jù)輸入例：MOV

DX，180H；

16位端口地址，8位數(shù)據(jù)輸出OUT

DX，AL例：MOV

DX，180H；

16位端口地址，16位數(shù)據(jù)輸入IN

AX，DX82012-3-22大學(xué)6.2

I/O端口及其編址方式CPU

對(duì)外設(shè)的實(shí)質(zhì)為對(duì)外設(shè)接口中相應(yīng)端口的00000HM1M1編址（

器映象編址，外設(shè)端口映射為內(nèi)存空間）FFFFFHMOV

等I/O

端口空間

：外設(shè)占用內(nèi)存一部分地址，使內(nèi)存可用空間減少。

指令

：外設(shè)操作使用內(nèi)存操作指令，操作指令極大豐富；00000HM2

獨(dú)立編址(

的I/O端口編址)A0~A191M0000HI/OFFFFFH64KFFFFHA0~A19A0~A1501空間獨(dú)立：用M/IO區(qū)分內(nèi)存空間與外設(shè)空間。指令獨(dú)立：使用MOV等指令對(duì)M;IN、OUT指令對(duì)I/O。I/O地址空間最大64K。2012-3-22大學(xué)9M/IOMOV等IN/OUT獨(dú)立編址方式的優(yōu)點(diǎn)I/O端口的地址碼較短（一般比同一系統(tǒng)中單元的地址碼短）；編址方式的缺點(diǎn)I/O端口的地址碼較長(zhǎng)譯碼電路比較復(fù)雜，譯碼電路比較簡(jiǎn)單，

器同I/O端口的操作指令不同，程序比較清晰；

器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，可以分別設(shè)計(jì)。器同I/O端口的操作指令相同，程序不易區(qū)分，閱讀不易；器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)不獨(dú)立，不能分別設(shè)計(jì)。編址方式的優(yōu)點(diǎn)I/O

指令豐富；程序設(shè)計(jì)靈活性好。器獨(dú)立編址方式的缺點(diǎn)I/O指令的功能一般不如指令豐富；程序設(shè)計(jì)靈活性較差。102012-3-22大學(xué)6.4

輸入/輸出接口應(yīng)有緩沖(三態(tài))或鎖存,不過(guò)長(zhǎng)占總線。在外設(shè)接口電路中，對(duì)傳輸過(guò)程中的信息進(jìn)行放大、以及鎖存的就是緩沖器、數(shù)據(jù)收發(fā)器和鎖存器。一、鎖存器74LS3738D鎖存器，具有三態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出，由8個(gè)D門(mén)組成，8個(gè)輸入端1D～8D、8個(gè)輸出端1Q～8Q，2個(gè)控制端—G和OE#。112012-3-22大學(xué)74LS373鎖存器邏輯電路和引腳圖122012-3-2表6-1

74LS373的真值表使能G輸出允許OE輸入輸出QHLLLHLHHLL×Q0×

H

×

ZH為高電平，L為低電平，Q0為原狀態(tài)，Z為高阻抗，×為任意值。

74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及DMA頁(yè)面地

址信息等。有鎖存、緩沖，可做輸入/出口；通常用作地址鎖存器時(shí)，/OE接地，G接ALE，用下降沿鎖存地址信號(hào)。常用的鎖存器還有74LS273，573，In

8282和8283等132012-3-22大學(xué)二、緩沖器74LS244三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器；8個(gè)輸入端，分為二路—1A1～1A4，2A1～2A4；8個(gè)輸出端，分為二路—1Y1～1Y4，2Y1～2Y4；工作，Y分別由2個(gè)門(mén)控信號(hào)1G和2G控制；當(dāng)1G和2G為低，=

A；74LS244緩沖后，輸入信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力加大了；常用的緩沖器還有74LS240和74LS241等。142012-3-22大學(xué)74LS244緩沖器邏輯電路和引腳圖152012-3-22大學(xué)三、數(shù)據(jù)收發(fā)器74LS245三態(tài)輸出的8總線收發(fā)器；16個(gè)雙向傳送的數(shù)據(jù)端，A1~A8，B1~B8；兩個(gè)控制端—使能端G#和方向控制端DIR；的功能見(jiàn)表6-2。表6-2

74LS245的真值表使能G方向控制傳送方向LLB→ALHA→BH×隔開(kāi)通常用于數(shù)據(jù)的雙向傳送、緩沖和驅(qū)動(dòng)。常用的數(shù)據(jù)收發(fā)器還有74LS243、In

8286、In

8287等162012-3-22大學(xué)74LS245八總線收發(fā)器邏輯電路和引腳圖172012-3-22大學(xué)四應(yīng)用1

74LS373、245、244在PC/XT機(jī)中的應(yīng)用182012-3-22大學(xué)8088發(fā)出的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線要經(jīng)過(guò)一些總線接口器件變成系統(tǒng)總線中的對(duì)應(yīng)信號(hào)；8288總線控制器是控制總線的接口器件；地址總線和數(shù)據(jù)總線的接口部件為：地址鎖存器74LS373；地址緩沖器74LS244；數(shù)據(jù)收發(fā)器74LS245。192012-3-22大學(xué)2

用于一般的總線驅(qū)動(dòng)電路8086系統(tǒng)中，

器和I/O接口較多，須在CPU總線和系統(tǒng)總線之間加接總線驅(qū)動(dòng)電路，要求在加接驅(qū)動(dòng)電路后CPU仍能進(jìn)行常規(guī)的

器讀寫(xiě)、I/O讀寫(xiě)、中斷的響應(yīng)、總線請(qǐng)求響應(yīng)（即HLDA有效）以及在RESET有效時(shí)的相應(yīng)操作。202012-3-22大學(xué)1）當(dāng)RESET與HLDA均無(wú)效時(shí)，244

對(duì)/RD

、

WR#、M/IO、ALE及INTA#進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2）同樣條件，373工作，用ALE的下降沿將地址鎖存，輸出A0~A19

及/BHE。3）同樣條件，245工作，RD#與INTA#有效時(shí)，DIR=0，數(shù)據(jù)從B到A輸入，否則數(shù)據(jù)從A到B輸出。212012-3-22大學(xué)6.3

CPU與I/O接口之間的方式方式：在CPU與外設(shè)或

器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程中，解決傳送雙方的同步問(wèn)題。程序控制方式中斷方式DMA方式222012-3-22大學(xué)—程序控制方式以CPU為中心，數(shù)據(jù)傳送的控制來(lái)自CPU，通過(guò)預(yù)先編制好的輸入或輸出程序（傳送指令和I/O指令）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。分為兩種：無(wú)條件傳送、條件傳送（查詢傳送）1、無(wú)條件傳送外設(shè)的定時(shí)是固定的，CPU只要作適當(dāng)?shù)难訒r(shí)就可以與外設(shè)進(jìn)行；或者外設(shè)隨時(shí)準(zhǔn)備好與CPU進(jìn)行，又稱同步傳送方式。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：局限性大,適用于簡(jiǎn)單外設(shè)。232012-3-22大學(xué)8086

引腳最大方式總線8288總線控制器RDWRM/IOIORIOWMEMRMEMW例1：開(kāi)關(guān)狀態(tài)的讀入，地址：0FFF7H。用下列指令：DX，0FFF7HAL，DX

AL，1

CLOSEMOVINANDJZOPEN：。。。。。。CLOSE：。。。。。。242012-3-22大學(xué)例2：發(fā)光二極管寫(xiě)當(dāng)對(duì)地址0000H執(zhí)行輸出指令時(shí)，將數(shù)據(jù)線上的內(nèi)容打入發(fā)光二

管

亮。有：74LS273，使相應(yīng)MOVMOVOUTAL，81HDX，0000HDX，AL點(diǎn)亮Q0與Q7所接的發(fā)光二極管。也是無(wú)條件傳送。開(kāi)關(guān)開(kāi)/合就立即為1/0，燈給1/0就立即亮/滅，隨時(shí)準(zhǔn)備好252012-3-22大學(xué)例3：通過(guò)繼電器控制的U1是十進(jìn)制數(shù)字電壓表，輸入的是模擬量，模擬量由開(kāi)關(guān)K0-K7送入,輸出為16位BCD碼,高8位與低8位分別送到端口U2與U3。U2口在M//IO=0與/RD=0與地址11H時(shí)將輸入數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線。U3口在M//IO=0與/RD=0與地址10H時(shí)將輸入數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線。U4口在M//IO=0與/WR=0與地址20H時(shí)將輸出數(shù)據(jù)送到U5B，以推動(dòng)

P0-P7繼電器線圈工作，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)K0-K7吸合，接通對(duì)應(yīng)的模擬通道。262012-3-22大學(xué)程序：START：MOVDX，0100H

00---DL；01---DH?LEABX，DSTOR

緩沖區(qū)偏移---BX?XORAL，AL

清AL及進(jìn)位標(biāo)志AGAIN：MOVAL，DL?OUT20H，AL

；斷開(kāi)所有繼電器?CALLNEAR PTR

DELAY1；觸點(diǎn)

延時(shí)?MOVAL，DH?OUT20H，AL

；P0閉合?CALLNEAR

PTR

DELAY2；閉合與轉(zhuǎn)換延時(shí)?INAX，10H

；讀入結(jié)果?MOV[BX]，AX；送內(nèi)存?INCBX?INCBX?RCLDH，1

；DH左移一位，下一通道?JNCAGAIN

；沒(méi)完，繼續(xù)。?RET272012-3-22大學(xué)狀態(tài)信息），當(dāng)2

條件（查詢）傳送方式CPU在數(shù)據(jù)傳送前先查詢外設(shè)的狀態(tài)（外設(shè)準(zhǔn)備好以后才進(jìn)行傳送。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：CPU不能做其它工作；其它設(shè)備必須等待。例1：外設(shè)(

)通過(guò)273接收數(shù)據(jù),通過(guò)244給狀態(tài)282012-3-22大學(xué)口地址：273、244共用00FFH要求：將4000H:8000H內(nèi)存中順序100個(gè)字節(jié)數(shù)送外設(shè)打印MOVAX，4000HMOVDS，AXMOVSI，8000HMOVCX，100MOVDX，00FFHINAL，DXANDAL，1JZWAIT1MOVAL，[SI]OUTDX，ALINCSILOOPGOONRETSTART：???GOON：WAIT1：???????292012-3-22大學(xué)例2

：通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)控制的8路模擬量的a，U5是多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),由3路輸入決定8路輸入模擬量的哪一路出b，U1是A/D轉(zhuǎn)換器，完成將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量。轉(zhuǎn)換由啟動(dòng)輸入觸發(fā)，READY是狀態(tài)輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)束READY=1，表示

CPU可以讀數(shù)。c，U3是轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)口，U2是A/D轉(zhuǎn)換器狀態(tài)輸

。d，U4是輸出口，其中D4位是啟動(dòng)信號(hào)，D4=1啟動(dòng)，D4=0停止，3位（D2D1D0）用于選擇模擬通道。e,查詢：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換后,CPU先讀U2狀態(tài),當(dāng)READY=1再讀U3數(shù)據(jù)。302012-3-22大學(xué)AGAIN：DI，OFFSET

DSTORAL，DL；D4清0,11101111B；A/D停止；選擇0通道并啟動(dòng)POLL：；讀狀態(tài)AL，0EFH4，ALDELAYAL，DL

4，AL

AL，2

AL，1POLL

；READY=0再查詢AL，3；否則讀結(jié)果STOSB；條件：ES已設(shè)置為數(shù)據(jù)目的段地址START：

MOV

DL，0F8H

；低3位000MOVMOVANDOUTCALLMOVOUTINSHRJNCIN????INC

DL

；

一JNE

AGAIN。。。312012-3-22大學(xué)二、中斷方式無(wú)條件傳送和查詢傳送的缺點(diǎn)是CPU和外設(shè)只能串行工作，各外設(shè)之間也只能串行工作。為了使CPU與外設(shè)、外設(shè)與外設(shè)之間并行工作，提高系統(tǒng)的工作效率，利用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送，這就是中斷傳送方式。外設(shè)對(duì)CPU的中斷申請(qǐng)引腳發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)，通知CPU存取數(shù)據(jù),CPU接受中斷請(qǐng)求中斷正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序存取數(shù)據(jù)，而后再返回繼續(xù)執(zhí)行原程序，稱中斷傳送。優(yōu)點(diǎn)：能處理突發(fā)事件，CPU使用效率高。缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)軟硬件要求高。322012-3-22大學(xué)三DMA方式1

外設(shè)與

器之間正