微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用第9章輸入輸出和接口技術(shù)

1、1微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用21 12 23 3接口的基本概念接口的基本概念I(lǐng) I/ /O O指令和指令和I I/ /O O地址譯碼地址譯碼簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的I/OI/O接口接口3 輸入輸出輸入輸出(I/O)(I/O)是指微型計(jì)算機(jī)與外界的信息交換，是指微型計(jì)算機(jī)與外界的信息交換，即通信即通信(communication)(communication)。微型計(jì)算機(jī)與外界的通信，。微型計(jì)算機(jī)與外界的通信，是通過(guò)輸入輸出設(shè)備進(jìn)行的，通常一種是通過(guò)輸入輸出設(shè)備進(jìn)行的，通常一種I/OI/O設(shè)備與微設(shè)備與微型機(jī)連接，就需要一個(gè)連接電路，我們稱之為型機(jī)連接，就需要一個(gè)連接電路，我們稱之為I/OI/O接接口。口。 接口

2、是用于控制微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)或外設(shè)與系統(tǒng)接口是用于控制微機(jī)系統(tǒng)與外設(shè)或外設(shè)與系統(tǒng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信的硬件電路。接口設(shè)計(jì)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換和通信的硬件電路。接口設(shè)計(jì)涉及到兩個(gè)基本問(wèn)題，一是中央處理器如何尋址外涉及到兩個(gè)基本問(wèn)題，一是中央處理器如何尋址外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的識(shí)別；二是中央處理器如部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的識(shí)別；二是中央處理器如何與外設(shè)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信號(hào)的交換。何與外設(shè)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信號(hào)的交換。41.1.接口的一般定義接口的一般定義 接口是一組電路，是中央處理器與存儲(chǔ)器、輸入接口是一組電路，是中央處理器與存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備等外設(shè)之間協(xié)調(diào)動(dòng)作的控制電路。輸出設(shè)

3、備等外設(shè)之間協(xié)調(diào)動(dòng)作的控制電路。 接口電路并不局限在中央處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)接口電路并不局限在中央處理器與存儲(chǔ)器或外設(shè)之間，也可在存儲(chǔ)器與外設(shè)之間，如直接存儲(chǔ)器存取之間，也可在存儲(chǔ)器與外設(shè)之間，如直接存儲(chǔ)器存取DMADMA接口就是控制存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的電路。接口就是控制存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的電路。1.1 1.1 接口的功能接口的功能52.2.接口電路的功能接口電路的功能 接口電路的作用就是將來(lái)自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)接口電路的作用就是將來(lái)自外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給處理器，處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)加工，再通過(guò)傳送給處理器，處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)加工，再通過(guò)接口傳回外部設(shè)備。接口傳回外部設(shè)備。

4、所以，接口的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)控制，所以，接口的基本功能就是對(duì)數(shù)據(jù)傳送實(shí)現(xiàn)控制，具體包括以下具體包括以下5 5種功能：種功能：地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖、信息地址譯碼、數(shù)據(jù)緩沖、信息轉(zhuǎn)換、提供命令譯碼和狀態(tài)信息以及定時(shí)和控制轉(zhuǎn)換、提供命令譯碼和狀態(tài)信息以及定時(shí)和控制。1.1 1.1 接口的功能接口的功能63.3.接口電路的基本結(jié)構(gòu)接口電路的基本結(jié)構(gòu)1.1 1.1 接口的功能接口的功能7 控制命令邏輯電路一般由命令字寄存器和控制控制命令邏輯電路一般由命令字寄存器和控制執(zhí)行邏輯組成，這一部分是接口電路的執(zhí)行邏輯組成，這一部分是接口電路的“中央處理中央處理器器”，用來(lái)完成全部接口操作的控制。，用來(lái)完

5、成全部接口操作的控制。 狀態(tài)設(shè)置和存儲(chǔ)電路主要由一組數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，狀態(tài)設(shè)置和存儲(chǔ)電路主要由一組數(shù)據(jù)寄存器構(gòu)成，中央處理器和外設(shè)就是根據(jù)狀態(tài)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行中央處理器和外設(shè)就是根據(jù)狀態(tài)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作的。協(xié)調(diào)動(dòng)作的。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和緩沖電路也是一組寄存器，用于暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和緩沖電路也是一組寄存器，用于暫存中央處理器和外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)，以完成速度匹配中央處理器和外設(shè)之間傳送的數(shù)據(jù)，以完成速度匹配工作。工作。 1.1 1.1 接口的功能接口的功能81.1.數(shù)據(jù)傳送方式數(shù)據(jù)傳送方式 在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，如，大系統(tǒng)部件之間的數(shù)據(jù)傳送在微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，如，大系統(tǒng)部件之間的數(shù)據(jù)傳送都采用并行數(shù)據(jù)傳送方式。都采

6、用并行數(shù)據(jù)傳送方式。 并行數(shù)據(jù)的每一位都對(duì)應(yīng)獨(dú)立的傳輸線路，所以并行數(shù)據(jù)的每一位都對(duì)應(yīng)獨(dú)立的傳輸線路，所以數(shù)據(jù)傳送速度快，但線路多，一般只用于較短距離的數(shù)據(jù)傳送速度快，但線路多，一般只用于較短距離的數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)傳送。 （1 1）并行數(shù)據(jù)傳送）并行數(shù)據(jù)傳送1.21.2 接口控制原理接口控制原理9 串行數(shù)據(jù)傳送是將構(gòu)成字符的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，串行數(shù)據(jù)傳送是將構(gòu)成字符的每個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位，按一定的順序逐位進(jìn)行傳送的方式。按一定的順序逐位進(jìn)行傳送的方式。 串行數(shù)據(jù)傳送主要用于遠(yuǎn)程終端或經(jīng)過(guò)公共電話串行數(shù)據(jù)傳送主要用于遠(yuǎn)程終端或經(jīng)過(guò)公共電話網(wǎng)的計(jì)算機(jī)之間的通信。網(wǎng)的計(jì)算機(jī)之間的通信。 遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送采用

7、串行方式比較經(jīng)濟(jì)，但串行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送采用串行方式比較經(jīng)濟(jì)，但串行數(shù)據(jù)傳送比并行數(shù)據(jù)傳送控制復(fù)雜。數(shù)據(jù)傳送比并行數(shù)據(jù)傳送控制復(fù)雜。（2 2）串行數(shù)據(jù)傳送）串行數(shù)據(jù)傳送1.21.2 接口控制原理接口控制原理10異步串行通信協(xié)議規(guī)定字符數(shù)據(jù)的傳送格式：異步串行通信協(xié)議規(guī)定字符數(shù)據(jù)的傳送格式： 異步串行通信中，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備必須保持相異步串行通信中，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備必須保持相同的傳送波特率，并與每個(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位同步。同的傳送波特率，并與每個(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位同步。 起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶位和停止位約定，在同一起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶位和停止位約定，在同一次傳送過(guò)程中必須保持一致。次傳送過(guò)程中必須保

8、持一致。 1.21.2 接口控制原理接口控制原理112.2. 傳送控制方式傳送控制方式 1.21.2 接口控制原理接口控制原理傳送控制方式有傳送控制方式有查詢查詢、中斷中斷和和DMADMA3 3種。種。（1 1）查詢方式）查詢方式 查詢方式是中央處理器在數(shù)據(jù)傳送之前通過(guò)接口查詢方式是中央處理器在數(shù)據(jù)傳送之前通過(guò)接口的狀態(tài)設(shè)置存儲(chǔ)電路詢問(wèn)外設(shè)，待外設(shè)允許傳送數(shù)據(jù)的狀態(tài)設(shè)置存儲(chǔ)電路詢問(wèn)外設(shè)，待外設(shè)允許傳送數(shù)據(jù)后才傳送數(shù)據(jù)的操作方式。后才傳送數(shù)據(jù)的操作方式。122.2. 傳送控制方式傳送控制方式 （1 1）查詢方式）查詢方式1.21.2 接口控制原理接口控制原理在查詢方式下，在查詢方式下，CPUCP

9、U需要完成以下操作：需要完成以下操作：(1)CPU(1)CPU向接口發(fā)出傳送命令，輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)；向接口發(fā)出傳送命令，輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)；(2)(2)中央處理器查詢外設(shè)是否允許傳送？中央處理器查詢外設(shè)是否允許傳送？ 在查詢方式下，中央處理器需要花費(fèi)較多的時(shí)間去不在查詢方式下，中央處理器需要花費(fèi)較多的時(shí)間去不斷地?cái)嗟亍霸儐?wèn)詢問(wèn)” 外設(shè)，外設(shè)的接口電路處于被動(dòng)狀態(tài)。外設(shè)，外設(shè)的接口電路處于被動(dòng)狀態(tài)。 傳送控制方式有傳送控制方式有查詢查詢、中斷中斷和和DMADMA3 3種。種。13（2 2）中斷方式）中斷方式1.21.2 接口控制原理接口控制原理 中斷方式是在外設(shè)要與中央處理器傳送數(shù)據(jù)時(shí)，中斷方

10、式是在外設(shè)要與中央處理器傳送數(shù)據(jù)時(shí)，外設(shè)向中央處理器發(fā)出請(qǐng)求，中央處理器響應(yīng)后再傳外設(shè)向中央處理器發(fā)出請(qǐng)求，中央處理器響應(yīng)后再傳送數(shù)據(jù)的操作方式。送數(shù)據(jù)的操作方式。 在中斷方式下，中央處理器不必查詢外設(shè)，提高在中斷方式下，中央處理器不必查詢外設(shè)，提高了系統(tǒng)的工作效率，但中央處理器管理中斷的接口比了系統(tǒng)的工作效率，但中央處理器管理中斷的接口比管理查詢復(fù)雜。管理查詢復(fù)雜。 14（3 3）直接存儲(chǔ)器存?。ǎ┲苯哟鎯?chǔ)器存?。―MADMA）方式）方式1.21.2 接口控制原理接口控制原理 DMA DMA 方式是數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)中央處理器在存儲(chǔ)器和外方式是數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)中央處理器在存儲(chǔ)器和外設(shè)之間直接傳送的操作方式

11、。設(shè)之間直接傳送的操作方式。DMADMA方式是這方式是這3 3種方式中種方式中效率最高的一種傳送方式，效率最高的一種傳送方式，DMA DMA 方式控制接口也最復(fù)方式控制接口也最復(fù)雜，需要專用的雜，需要專用的DMADMA控制器?？刂破鳌?DMA DMA 方式適合數(shù)據(jù)量較大的傳送，如存儲(chǔ)器與磁方式適合數(shù)據(jù)量較大的傳送，如存儲(chǔ)器與磁盤之間的數(shù)據(jù)傳送。盤之間的數(shù)據(jù)傳送。 15 接口控制信號(hào)可分為兩類：接口控制信號(hào)可分為兩類：總線控制信號(hào)總線控制信號(hào) 和和 輸入輸輸入輸出控制信號(hào)出控制信號(hào)。 輸入輸出控制信號(hào)比較復(fù)雜，不同控制方式的接口輸入輸出控制信號(hào)比較復(fù)雜，不同控制方式的接口信號(hào)不同。一般包括數(shù)據(jù)線

12、、輸入輸出應(yīng)答信號(hào)等。信號(hào)不同。一般包括數(shù)據(jù)線、輸入輸出應(yīng)答信號(hào)等。 中斷接口和中斷接口和DMADMA接口的控制信號(hào)更復(fù)雜一些，通常由接口的控制信號(hào)更復(fù)雜一些，通常由接口芯片提供專用控制信號(hào)來(lái)完成數(shù)據(jù)傳送控制。接口芯片提供專用控制信號(hào)來(lái)完成數(shù)據(jù)傳送控制。 總線控制信號(hào)包括數(shù)據(jù)線、地址線、總線控制信號(hào)包括數(shù)據(jù)線、地址線、 、 、等。、等。 1.31.3 接口控制信號(hào)接口控制信號(hào)16接口控制信號(hào)圖接口控制信號(hào)圖1.31.3 接口控制信號(hào)接口控制信號(hào)172 21 13 3接口的基本概念接口的基本概念I(lǐng) I/ /O O指令和指令和I I/ /O O地址譯碼地址譯碼簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的I/OI/O接口接口18

13、微處理器進(jìn)行微處理器進(jìn)行I/OI/O操作時(shí)，對(duì)操作時(shí)，對(duì)I/OI/O接口的尋址方式與接口的尋址方式與存儲(chǔ)器尋址方式相似。即必須完成存儲(chǔ)器尋址方式相似。即必須完成兩種選擇兩種選擇：一是選：一是選擇出所選中的擇出所選中的I/OI/O接口芯片接口芯片( (稱為稱為片選片選) )；二是選擇出該；二是選擇出該芯片中的某一寄存器芯片中的某一寄存器( (稱為稱為字選字選) )。 通常有通常有兩種兩種I/OI/O接口結(jié)構(gòu)接口結(jié)構(gòu)：一種是標(biāo)準(zhǔn)的：一種是標(biāo)準(zhǔn)的I/OI/O結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)，另一種是存儲(chǔ)器映象另一種是存儲(chǔ)器映象I/OI/O結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(memory mapped I/O)(memory mapped I/O)

14、。與之對(duì)應(yīng)的有與之對(duì)應(yīng)的有兩種兩種I/OI/O尋址方式尋址方式。 19 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的I/OI/O尋址方式有以下尋址方式有以下3 3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)： (1)(1) I/O I/O設(shè)備的地址空間和存儲(chǔ)器地址空間是獨(dú)立設(shè)備的地址空間和存儲(chǔ)器地址空間是獨(dú)立的、分開(kāi)的的、分開(kāi)的, ,即即I/OI/O接口地址不占用存儲(chǔ)器的地址空間。接口地址不占用存儲(chǔ)器的地址空間。 (2)(2) 微處理器對(duì)微處理器對(duì)I/OI/O設(shè)備的管理是利用專用的設(shè)備的管理是利用專用的IN(IN(輸輸入入) )和和OUT(OUT(輸出輸出) )指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的。指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的。 (3)(3) CPU CPU對(duì)對(duì)I/OI/O設(shè)備

15、的讀設(shè)備的讀/ /寫控制是用寫控制是用I/OI/O讀讀/ /寫控制寫控制信號(hào)信號(hào)( ( 、 ) )。 一個(gè)外設(shè)常有若干個(gè)端口地址。一個(gè)外設(shè)常有若干個(gè)端口地址。 2.1 2.1 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的I/OI/O 尋址方式尋址方式20 1. 1.存儲(chǔ)器映象存儲(chǔ)器映象I/OI/O尋址方式又稱為存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)尋址方式又稱為存儲(chǔ)器對(duì)應(yīng)I/OI/O尋尋址方式，有址方式，有3 3個(gè)特點(diǎn)：個(gè)特點(diǎn)： (1)(1)I/OI/O接口與存儲(chǔ)器共用同一個(gè)地址空間。接口與存儲(chǔ)器共用同一個(gè)地址空間。即在系即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)指定存儲(chǔ)器地址空間內(nèi)的一個(gè)區(qū)域供統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)指定存儲(chǔ)器地址空間內(nèi)的一個(gè)區(qū)域供I/OI/O設(shè)備設(shè)備使用，故使用，故I/OI/

16、O設(shè)備的每一個(gè)寄存器占用存儲(chǔ)器空間的一設(shè)備的每一個(gè)寄存器占用存儲(chǔ)器空間的一個(gè)地址。個(gè)地址。這時(shí)存儲(chǔ)器與這時(shí)存儲(chǔ)器與I/OI/O設(shè)備之間的唯一區(qū)別是其所設(shè)備之間的唯一區(qū)別是其所占用的地址不同。占用的地址不同。 (2)(2)CPUCPU利用對(duì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元進(jìn)行操作的指令來(lái)利用對(duì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元進(jìn)行操作的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)對(duì)I/OI/O設(shè)備的管理。設(shè)備的管理。 (3)(3)CPUCPU用存儲(chǔ)器讀用存儲(chǔ)器讀/ /寫控制信號(hào)寫控制信號(hào)( ( 、 ) )對(duì)對(duì)I/OI/O設(shè)備設(shè)備進(jìn)行讀進(jìn)行讀/ /寫控制。寫控制。 2.2 2.2 存儲(chǔ)器映像存儲(chǔ)器映像I/OI/O 尋址方式尋址方式21 2. 2.存儲(chǔ)器映象存

17、儲(chǔ)器映象I/OI/O尋址方式的優(yōu)點(diǎn)：尋址方式的優(yōu)點(diǎn)： （1 1）CPUCPU對(duì)外設(shè)的操作可使用全部的存儲(chǔ)器操作指令，對(duì)外設(shè)的操作可使用全部的存儲(chǔ)器操作指令，故指令多，使用方便，如可對(duì)外設(shè)中的數(shù)據(jù)故指令多，使用方便，如可對(duì)外設(shè)中的數(shù)據(jù)( (存于外設(shè)的存于外設(shè)的寄存器中寄存器中) )進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，進(jìn)行循環(huán)或移位等；進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算，進(jìn)行循環(huán)或移位等； （2 2）存儲(chǔ)器和外設(shè)的地址分布圖是同一個(gè)；存儲(chǔ)器和外設(shè)的地址分布圖是同一個(gè)； （3 3）不需要專門的輸入不需要專門的輸入/ /輸出指令。輸出指令。 3.3.其缺點(diǎn)有以下兩種：其缺點(diǎn)有以下兩種： （1 1）外設(shè)占用了內(nèi)存單元，使內(nèi)存容量減小；

18、外設(shè)占用了內(nèi)存單元，使內(nèi)存容量減??； （2 2）存儲(chǔ)器操作指令通常要比存儲(chǔ)器操作指令通常要比I/OI/O指令的字節(jié)多，故指令的字節(jié)多，故加長(zhǎng)了加長(zhǎng)了I/OI/O操作的時(shí)間。操作的時(shí)間。2.2 2.2 存儲(chǔ)器映像存儲(chǔ)器映像I/OI/O 尋址方式尋址方式221.1.輸入指令輸入指令I(lǐng)N AccIN Acc，PortPort或或IN AccIN Acc，DXDX 2.3 2.3 輸入輸出指令輸入輸出指令 輸入指令是把一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字由輸入端口傳送輸入指令是把一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字由輸入端口傳送至至AL(8AL(8位位Acc)Acc)或或AX(16AX(16位位Acc)Acc)或或EAX(32EAX(32位

19、位Acc)Acc)。 端口地址若是由指令中的端口地址若是由指令中的portport所規(guī)定，則只可尋所規(guī)定，則只可尋址址 0 0255255。端口地址若用寄存器端口地址若用寄存器DXDX間址，則允許尋間址，則允許尋址址64K64K個(gè)端口個(gè)端口。 232.2.輸出指令輸出指令OUT PortOUT Port，AccAcc或或OUT DXOUT DX，AccAcc2.3 2.3 輸入輸出指令輸入輸出指令 輸出指令是把輸出指令是把ALAL中的一個(gè)字節(jié)或中的一個(gè)字節(jié)或AXAX中的一個(gè)字中的一個(gè)字或者或者EAXEAX中的一個(gè)雙字，傳送至輸出端口。中的一個(gè)雙字，傳送至輸出端口。 端口尋址方式與端口尋址方式與

20、ININ指令相同。指令相同。24 80 x8680 x86微處理器都由低微處理器都由低1616位地址線尋址位地址線尋址 I/OI/O端口，故可尋端口，故可尋址址64K64K個(gè)個(gè)I/OI/O端口，但端口，但在實(shí)際的在實(shí)際的80 x86PC80 x86PC機(jī)中，只用了最前面機(jī)中，只用了最前面 1K1K個(gè)端口地址個(gè)端口地址，也即只尋址，也即只尋址1K1K范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的I/OI/O空間。因此僅使空間。因此僅使用了地址總線的低用了地址總線的低1010位，位，即只有地址線即只有地址線A9A9A0A0用于用于I/OI/O地址地址譯碼譯碼。 在在DMADMA操作時(shí)，操作時(shí)，DMADMA控制器控制了系統(tǒng)總線控

21、制器控制了系統(tǒng)總線。DMADMA控制器在控制器在發(fā)出地址的同時(shí)還要發(fā)出地址允許信號(hào)發(fā)出地址的同時(shí)還要發(fā)出地址允許信號(hào)AENAEN，所以還必須將，所以還必須將DMADMA控制器發(fā)出的地址允許信號(hào)控制器發(fā)出的地址允許信號(hào)AENAEN也參加端口地址的譯碼，也參加端口地址的譯碼，用用AENAEN限定地址譯碼電路的輸出。限定地址譯碼電路的輸出。當(dāng)當(dāng) AENAEN信號(hào)有效時(shí)即信號(hào)有效時(shí)即 DMADMA控制器控制系統(tǒng)總線時(shí)，地址譯碼電路無(wú)輸出控制器控制系統(tǒng)總線時(shí)，地址譯碼電路無(wú)輸出；當(dāng)當(dāng) AENAEN信號(hào)信號(hào)無(wú)效時(shí)，地址譯碼電路才有輸出無(wú)效時(shí)，地址譯碼電路才有輸出。 2.4 2.4 I/OI/O 接口的端口

22、地址譯碼接口的端口地址譯碼25 無(wú)論是大規(guī)模集成電路的接口芯片，還是基本的輸無(wú)論是大規(guī)模集成電路的接口芯片，還是基本的輸入輸出緩沖單元，都是由一個(gè)或多個(gè)寄存器加上一些入輸出緩沖單元，都是由一個(gè)或多個(gè)寄存器加上一些附加控制邏輯構(gòu)成的。附加控制邏輯構(gòu)成的。對(duì)這些寄存器的尋址就是對(duì)接對(duì)這些寄存器的尋址就是對(duì)接口的尋址口的尋址。 通常采用通常采用兩級(jí)譯碼方法兩級(jí)譯碼方法，譯碼地址的高位組確定一，譯碼地址的高位組確定一個(gè)地址區(qū)域，作為組選信號(hào)；低位組地址直接接到芯個(gè)地址區(qū)域，作為組選信號(hào)；低位組地址直接接到芯片的地址輸入端，選擇芯片內(nèi)各寄存器。片的地址輸入端，選擇芯片內(nèi)各寄存器。 2.4 2.4 I/O

23、I/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼26 下下圖所示的直接地址譯碼電路的輸出線分別用于輸圖所示的直接地址譯碼電路的輸出線分別用于輸入和輸出。入和輸出。 2.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼1.1.直接地址譯碼直接地址譯碼 直接地址譯碼是一種局部譯碼方法直接地址譯碼是一種局部譯碼方法，按照系統(tǒng)分，按照系統(tǒng)分配給某接口的地址區(qū)域，對(duì)地址總線的某些位進(jìn)行配給某接口的地址區(qū)域，對(duì)地址總線的某些位進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生對(duì)該接口包含的緩沖器和寄存器的組選譯碼，產(chǎn)生對(duì)該接口包含的緩沖器和寄存器的組選信號(hào)，再由低位地址線對(duì)組內(nèi)緩沖器和寄存器譯碼信號(hào)，再由低位地址線對(duì)組內(nèi)緩沖器和寄

24、存器譯碼尋址。尋址。 272.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼28 下圖所示的直接地址譯碼電路的輸出線，既可以用下圖所示的直接地址譯碼電路的輸出線，既可以用于輸入也可以用于輸出。于輸入也可以用于輸出。2.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼29PCPC微機(jī)接口芯片的譯碼電路微機(jī)接口芯片的譯碼電路2.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼302.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼2.2.間接端口地址譯碼間接端口地址譯碼 間接端口地址譯碼僅使用兩個(gè)端口地址就可以對(duì)多間接端口地址譯碼僅使用兩個(gè)

25、端口地址就可以對(duì)多個(gè)端口進(jìn)行尋址，個(gè)端口進(jìn)行尋址，第一個(gè)端口地址指向地址寄存器第一個(gè)端口地址指向地址寄存器，第二個(gè)端口地址指向數(shù)據(jù)寄存器第二個(gè)端口地址指向數(shù)據(jù)寄存器。端口寄存器的地址。端口寄存器的地址都要先送到地址存器，然后再根據(jù)地址寄存器的內(nèi)容都要先送到地址存器，然后再根據(jù)地址寄存器的內(nèi)容來(lái)選擇端口寄存器。來(lái)選擇端口寄存器。從處理器看來(lái)，系統(tǒng)只須對(duì)地址從處理器看來(lái)，系統(tǒng)只須對(duì)地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行尋即可，對(duì)端口各寄存器的寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行尋即可，對(duì)端口各寄存器的第二次尋址由地址寄存器的內(nèi)容確定。第二次尋址由地址寄存器的內(nèi)容確定。 31 這種譯碼電路節(jié)省系統(tǒng)地址空間，但在尋址時(shí)必須把這

26、種譯碼電路節(jié)省系統(tǒng)地址空間，但在尋址時(shí)必須把間接地址作為數(shù)據(jù)輸出，這樣就多使用了一條間接地址作為數(shù)據(jù)輸出，這樣就多使用了一條OUTOUT指令。指令。 2.4 2.4 I/OI/O 接口的端口地址譯碼接口的端口地址譯碼間接端口譯碼電路圖間接端口譯碼電路圖 323 31 12 2接口的基本概念接口的基本概念I(lǐng) I/ /O O指令和指令和I I/ /O O地址譯碼地址譯碼簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單的I/OI/O接口接口33 在接口電路中，大量使用三態(tài)緩沖器、寄存器和三態(tài)在接口電路中，大量使用三態(tài)緩沖器、寄存器和三態(tài)緩沖寄存器來(lái)作微處理器與外部設(shè)備的數(shù)字量通道，用來(lái)緩沖寄存器來(lái)作微處理器與外部設(shè)備的數(shù)字量通道，用來(lái)輸

27、入輸出數(shù)據(jù)或檢測(cè)和控制與之相連接的外部設(shè)備。微處輸入輸出數(shù)據(jù)或檢測(cè)和控制與之相連接的外部設(shè)備。微處理器可以將接口電路中的三態(tài)緩沖理器可以將接口電路中的三態(tài)緩沖( (寄存寄存) )器視為存儲(chǔ)單元，器視為存儲(chǔ)單元，把控制或狀態(tài)信號(hào)作為數(shù)據(jù)位信息寫到寄存器中或從三態(tài)把控制或狀態(tài)信號(hào)作為數(shù)據(jù)位信息寫到寄存器中或從三態(tài)緩沖緩沖( (寄存寄存) )器中讀出。寄存器的輸出信號(hào)可以接到外部設(shè)器中讀出。寄存器的輸出信號(hào)可以接到外部設(shè)備上，外部設(shè)備的信號(hào)也可以輸入到三態(tài)緩沖寄存器中。備上，外部設(shè)備的信號(hào)也可以輸入到三態(tài)緩沖寄存器中。 一般說(shuō)來(lái)，微處理器都是通過(guò)三態(tài)緩沖一般說(shuō)來(lái)，微處理器都是通過(guò)三態(tài)緩沖( (寄存寄

28、存) )器檢測(cè)器檢測(cè)外設(shè)的狀態(tài)，通過(guò)輸出寄存器發(fā)出控制信號(hào)。外設(shè)的狀態(tài)，通過(guò)輸出寄存器發(fā)出控制信號(hào)。 34 數(shù)據(jù)輸出寄存器用來(lái)寄存微處理器送出的數(shù)據(jù)和命令。數(shù)據(jù)輸出寄存器用來(lái)寄存微處理器送出的數(shù)據(jù)和命令。74LS27374LS273可以用作無(wú)條件可以用作無(wú)條件傳送的輸出接口電路。傳送的輸出接口電路。 3.1 3.1 數(shù)據(jù)輸出寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器8D8D觸發(fā)器觸發(fā)器74LS27374LS27335輸出接口的連接以及編程輸出接口的連接以及編程MOV DX, 380HMOV DX, 380HOUT DX, ALOUT DX, AL七段顯示碼七段顯示碼3.1 3.1 數(shù)據(jù)輸出寄存器數(shù)據(jù)輸出寄存器36

29、外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖外設(shè)輸入的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給微處理器。器經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳送給微處理器。74LS24474LS244三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)器 74LS244 74LS244可以用作無(wú)條可以用作無(wú)條件傳送的輸入接口電路。件傳送的輸入接口電路。 3.2 3.2 數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器37MOV DX, 380HMOV DX, 380HIN AL, DXIN AL, DX按鍵數(shù)據(jù)按鍵數(shù)據(jù)輸入接口的連接及編程輸入接口的連接及編程3.2 3.2 數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器數(shù)據(jù)輸入三態(tài)緩沖器38 三態(tài)緩沖寄存器是三態(tài)緩沖器和寄存器組成的

30、。數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖寄存器是三態(tài)緩沖器和寄存器組成的。數(shù)據(jù)進(jìn)入寄存器寄存后并不立即從寄存器輸出，要經(jīng)過(guò)三態(tài)緩進(jìn)入寄存器寄存后并不立即從寄存器輸出，要經(jīng)過(guò)三態(tài)緩沖才能輸出。三態(tài)緩沖寄存器既可以作數(shù)據(jù)輸入寄存器，沖才能輸出。三態(tài)緩沖寄存器既可以作數(shù)據(jù)輸入寄存器，又可作數(shù)據(jù)輸出寄存器。寄存器既可以由觸發(fā)器構(gòu)成，也又可作數(shù)據(jù)輸出寄存器。寄存器既可以由觸發(fā)器構(gòu)成，也可以鎖存器構(gòu)成。可以鎖存器構(gòu)成。觸發(fā)器與鎖存器是有差別的觸發(fā)器與鎖存器是有差別的。 74LS373 74LS373就是三態(tài)緩沖鎖存器，就是三態(tài)緩沖鎖存器，74LS37474LS374是三態(tài)緩沖觸是三態(tài)緩沖觸發(fā)器，它的引線排列與發(fā)器，它的引線排列與7

31、4LS37374LS373相同。相同。 3.3 3.3 三態(tài)緩沖寄存器三態(tài)緩沖寄存器39 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用簡(jiǎn)單又靈活，只要處理好它們的時(shí)鐘端(選通端)或輸出允許端與微型計(jì)算機(jī)的連接即可。在下述應(yīng)用接口電路中都使用下圖所示的電路的地址譯碼，該電路的8個(gè)輸出端既可以做讀緩沖器信號(hào)，也可以做寫寄存器信號(hào)。3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用403.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用需要注意的是圖中的需要注意的是圖中的 不僅僅是對(duì)地址信號(hào)譯碼的不僅僅是對(duì)地址信號(hào)譯碼的輸出信號(hào)，其中也包含有輸入和輸出的讀、寫信號(hào)。輸出信號(hào)，其中也包含有輸入和

32、輸出的讀、寫信號(hào)。若使用的僅僅是對(duì)地址信號(hào)譯碼的輸出信號(hào)，則要將若使用的僅僅是對(duì)地址信號(hào)譯碼的輸出信號(hào)，則要將它和它和 或者或者 相與后才能用作讀緩沖器或?qū)懠拇嫫飨嗯c后才能用作讀緩沖器或?qū)懠拇嫫鞯男盘?hào)。的信號(hào)。 41 發(fā)光二極管顯示器（發(fā)光二極管顯示器（LEDLED）是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中）是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出裝置。常用的輸出裝置。 3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用1.1.七段發(fā)光二極管顯示器接口七段發(fā)光二極管顯示器接口 42七段顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路七段顯示器動(dòng)態(tài)顯示接口電路3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用43 把從

33、把從PCPC機(jī)的鍵盤鍵入的六位十進(jìn)制數(shù)送七段顯示器機(jī)的鍵盤鍵入的六位十進(jìn)制數(shù)送七段顯示器顯示的程序如下：顯示的程序如下： IBF DB 7IBF DB 7，0 0，7 DUP(0)7 DUP(0)SEGPT DB 40H,79H,24H,30H,19HSEGPT DB 40H,79H,24H,30H,19H DB 12H,2,78H,0,18H DB 12H,2,78H,0,18H MOV DX MOV DX，OFFSET IBF OFFSET IBF ；鍵入；鍵入 MOV AH MOV AH，1010 INT 21H INT 21HAGANOAGANO： MOV BPMOV BP，OFFSE

34、T IBF+2 OFFSET IBF+2 ；建立指針；建立指針 MOV AH MOV AH，20H 20H ；位指針代碼；位指針代碼 MOV BH MOV BH，0 0 ；將鍵入的；將鍵入的ASCIIASCII碼變?yōu)榇a變?yōu)锽CDBCD數(shù)數(shù)AGANIAGANI： MOV BLMOV BL，DSDS：BPBP AND BL AND BL，0FH0FH MOV AL MOV AL，SEGPTBX SEGPTBX ；?。蝗CDBCD數(shù)的七段顯示代碼數(shù)的七段顯示代碼3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用44 MOV DX MOV DX，380H 380H ；輸出段碼；輸出段碼

35、 OUT DX OUT DX，ALAL MOV AL MOV AL，AH AH ；輸出位碼；輸出位碼 MOV DX MOV DX，384H384H OUT DX OUT DX，ALAL MOV CX MOV CX，1000 1000 ；延時(shí)；延時(shí) LOOP $ LOOP $ INC BP INC BP ；調(diào)整；調(diào)整BCDBCD數(shù)存放指針數(shù)存放指針 SHR AHSHR AH，1 1 ；調(diào)整位指針；調(diào)整位指針 AND AHAND AH，AH AH ；鍵入的；鍵入的6 6位數(shù)都輸出否位數(shù)都輸出否? ? JNZ AGANI JNZ AGANI ；6 6位數(shù)都已輸出則退出內(nèi)循環(huán)位數(shù)都已輸出則退出內(nèi)循環(huán)

36、MOV AH MOV AH，11 11 ；功能調(diào)用檢查鍵盤有無(wú)輸入；功能調(diào)用檢查鍵盤有無(wú)輸入 INT 21HINT 21H CMP AL CMP AL，0 0 ；有輸入；有輸入AL=0FFHAL=0FFH，無(wú)輸入，無(wú)輸入AL=0AL=0 JE AGANO JE AGANO ；有鍵入結(jié)束運(yùn)行，無(wú)鍵入循環(huán)；有鍵入結(jié)束運(yùn)行，無(wú)鍵入循環(huán) 3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用45 本節(jié)介紹的鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，用本節(jié)介紹的鍵盤是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)矩陣，用于向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字、字符等代碼，是最常用的輸入電路。于向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)字、字符等代碼，是最常用的輸入電路。

37、在鍵盤的按鍵操作中，其開(kāi)或閉均會(huì)產(chǎn)生在鍵盤的按鍵操作中，其開(kāi)或閉均會(huì)產(chǎn)生101020ms20ms的的抖動(dòng)，可能導(dǎo)致一次按鍵被計(jì)算機(jī)多次讀入的情況。通常抖動(dòng)，可能導(dǎo)致一次按鍵被計(jì)算機(jī)多次讀入的情況。通常采有采有RCRC吸收電路或吸收電路或RSRS觸發(fā)器組成的閂鎖電路來(lái)消除按鍵抖觸發(fā)器組成的閂鎖電路來(lái)消除按鍵抖動(dòng)；也可以采用軟件延時(shí)的方法消除抖動(dòng)。動(dòng)；也可以采用軟件延時(shí)的方法消除抖動(dòng)。這里設(shè)開(kāi)關(guān)為這里設(shè)開(kāi)關(guān)為理想開(kāi)關(guān)即沒(méi)有抖動(dòng)。理想開(kāi)關(guān)即沒(méi)有抖動(dòng)。 3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用2.2.鍵盤接口鍵盤接口 46 下圖是一個(gè)下圖是一個(gè)4 44 4鍵盤及其接口電路，用它

38、向計(jì)算機(jī)輸鍵盤及其接口電路，用它向計(jì)算機(jī)輸入入0 0F 16F 16個(gè)十六進(jìn)制數(shù)碼。個(gè)十六進(jìn)制數(shù)碼。 3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用47 撥盤種類很多，使用最方便的是十進(jìn)制數(shù)輸入，撥盤種類很多，使用最方便的是十進(jìn)制數(shù)輸入，BCDBCD碼輸出的碼輸出的BCDBCD碼撥盤。碼撥盤。 3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用3. BCD3. BCD碼撥盤及其接口碼撥盤及其接口 48 將下圖所示撥盤組輸入的將下圖所示撥盤組輸入的8 8位十進(jìn)制數(shù)讀入數(shù)據(jù)區(qū)并送位十進(jìn)制數(shù)讀入數(shù)據(jù)區(qū)并送顯示器顯示。顯示器顯示。3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用

39、寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用49 IBUF DB 8 DUP(0) IBUF DB 8 DUP(0) OBUF 9 DUP(0) OBUF 9 DUP(0) KEYTAB DB 7EH,7DH,0BDH,0DDH,7BH,0BBH,0DBH,77H KEYTAB DB 7EH,7DH,0BDH,0DDH,7BH,0BBH,0DBH,77H DB 0B7H,0D7H,0E7H,0EBH,0EDH,0EEH,0DEH,0BEH DB 0B7H,0D7H,0E7H,0EBH,0EDH,0EEH,0DEH,0BEH MOV BX MOV BX，0 0 ；輸入數(shù)據(jù)區(qū)的位移量；輸入數(shù)據(jù)區(qū)的位移量 MOV AH

40、 MOV AH，80H 80H ；撥盤位選值；撥盤位選值 LOP1LOP1： MOV DXMOV DX，384H 384H ；撥盤位選值輸出；撥盤位選值輸出 MOV ALMOV AL，AHAH NOT AL NOT AL OUT DX OUT DX，ALAL MOV DX MOV DX，380H 380H ；讀入一位撥盤值，存入；讀入一位撥盤值，存入 IN AL IN AL，DXDX AND AL AND AL，0FH0FH MOV IBUFBX MOV IBUFBX，ALAL INC BX INC BX ；改變數(shù)據(jù)區(qū)的位移量；改變數(shù)據(jù)區(qū)的位移量 SHR AH SHR AH，1 1 ；改變撥盤

41、的位選值；改變撥盤的位選值 AND AH AND AH，AH AH ；檢測(cè)；檢測(cè)8 8位是否已讀入位是否已讀入 JNZ LOP1 JNZ LOP13.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用50；將輸入值變?yōu)椋粚⑤斎胫底優(yōu)锳SCIIASCII碼送輸出數(shù)據(jù)區(qū)碼送輸出數(shù)據(jù)區(qū)MOV SIMOV SI，OFFSET IBUF+7 OFFSET IBUF+7 MOV DIMOV DI，OFFSET OBUF+7OFFSET OBUF+7MOV CXMOV CX，8 8LOP2LOP2： MOV ALMOV AL，SISIADD ALADD AL，30H30HMOV DIMOV DI，

42、ALALDEC SIDEC SIDEC DIDEC DILOOP LOP2LOOP LOP2MOV OBUF+8MOV OBUF+8， $ $ MOV DXMOV DX，OFFSET OBUF OFFSET OBUF ；將；將8 8位撥盤值送顯示器顯示位撥盤值送顯示器顯示MOV AHMOV AH，9 9INT 21HINT 21H3.4 3.4 寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用寄存器和緩沖器接口的應(yīng)用51較早期的打印機(jī)適配器是以板卡形式插在主機(jī)板的總較早期的打印機(jī)適配器是以板卡形式插在主機(jī)板的總線槽中的，隨著芯片集成度的提高，主機(jī)板集成了越來(lái)越線槽中的，隨著芯片集成度的提高，主機(jī)板集成了越來(lái)越多的部件

43、和相應(yīng)功能，打印機(jī)適配器也因此作為一個(gè)部件多的部件和相應(yīng)功能，打印機(jī)適配器也因此作為一個(gè)部件集成于主機(jī)板中，但原理和對(duì)外信號(hào)連接仍然相同。本節(jié)集成于主機(jī)板中，但原理和對(duì)外信號(hào)連接仍然相同。本節(jié)介紹較早期的打印機(jī)適配器的工作原理，該適配器不僅可介紹較早期的打印機(jī)適配器的工作原理，該適配器不僅可以用作連接打印機(jī)的接口電路，也可以作為通用輸入輸出以用作連接打印機(jī)的接口電路，也可以作為通用輸入輸出接口。接口。 打印機(jī)適配器由打印機(jī)適配器由輸入電路輸入電路、輸出電路輸出電路、地址譯碼電路地址譯碼電路和和數(shù)據(jù)總線隔離電路數(shù)據(jù)總線隔離電路4 4部分組成。部分組成。 3.5 3.5 打印機(jī)適配器打印機(jī)適配器5

44、21.1.地址譯碼電路和數(shù)據(jù)總線隔離電路地址譯碼電路和數(shù)據(jù)總線隔離電路 電路如下圖所示。譯碼電譯碼電路采用直接譯碼與跳線開(kāi)路采用直接譯碼與跳線開(kāi)關(guān)相結(jié)合的方法提供兩個(gè)關(guān)相結(jié)合的方法提供兩個(gè)地址區(qū)域的端口地址，其地址區(qū)域的端口地址，其地址為地址為378H378H37FH37FH和和278H278H27FH 27FH 。數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線隔離電路使用的是隔離電路使用的是雙向總雙向總線驅(qū)動(dòng)器線驅(qū)動(dòng)器74LS24574LS245，僅在僅在對(duì)以上對(duì)以上兩個(gè)地址區(qū)域的兩個(gè)地址區(qū)域的端端口進(jìn)行輸入或輸出操作時(shí)，口進(jìn)行輸入或輸出操作時(shí)，才將才將74LS24574LS245單方向打開(kāi)單方向打開(kāi)。3.5 3.5 打印機(jī)適配器打印機(jī)適配器532