【正文】 1 A2 A3 A8 A7 A6 A5 A4 LS04 amp。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 2. I/O地址譯碼方法 I/O端口地址譯碼的方法靈活多樣，可由地址和控制信號(hào)的不同組合來選擇端口地址。在用戶可用的 I/O地址范圍內(nèi)，為了避免與其他的插板發(fā)生地址沖突，最好采用地址開關(guān)。如 BUSY(忙 )、 READY(準(zhǔn)備就緒 )等，以便決定下一步操作。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 若用 雙字節(jié)地址 作為端口地址，則最多可尋址 216=64K個(gè)端口。 例如：獨(dú)立編址方式的端口訪問 PC系列采用 I/O指令 (INPUT/OUTPUT)訪問端口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的 I/O傳送。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 00000H FFFFFH I/O端口 N I/O端口 2 I/O端口 0 I/O端口 1 系統(tǒng)各 I/O端口配臵地址 64KB I/O空間 （ a）統(tǒng)一編址結(jié)構(gòu)圖 … 內(nèi)存空間 供 I/O 接口使用 第 6章輸入輸出系統(tǒng) （ b）統(tǒng)一編址示意圖 圖 62 I/O端口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址示意圖 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 所謂 I/O端口獨(dú)立編址，也稱為 I/O隔離編址或 I/O指令尋址方式，即 I/O端口地址區(qū)域和存儲(chǔ)器地址區(qū)域 ，各自的編址是獨(dú)立的，端口地址單獨(dú)編址而不占用存儲(chǔ)空間，訪問 I/O端口使用專門的 I/O指令，而訪問內(nèi)存則使用 MOV、 ADD等指令。 為了使 CPU能對(duì)端口進(jìn)行正確的讀寫操作，要為每個(gè)端口分配一個(gè)地址，稱為 端口地址 ，簡稱端口。 ? 通用接口芯片 以用于多種用途為目標(biāo)。 ? 具有轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式的功能。 CPU與外部設(shè)備之間傳送的信息流為： CPU←→ I/O接口 ←→ 外部設(shè)備。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) （ 5）過程控制設(shè)備 過程控制設(shè)備指的是 自動(dòng)控制領(lǐng)域中使用的設(shè)備，最基本的是模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備，即 A／ D和 D／ A轉(zhuǎn)換器、傳感器以及其附屬電路 。 大體上，可將其分為五大類： ?輸入設(shè)備 ?輸出設(shè)備 ?外存儲(chǔ)器 ?數(shù)據(jù)通信設(shè)備 ?過程控制設(shè)備 第 6章輸入輸出系統(tǒng) （ 1）輸入設(shè)備 輸入設(shè)備指的是 將數(shù)據(jù)、程序和某些標(biāo)志信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)所能接收的電信號(hào)并輸入計(jì)算機(jī)的裝臵 。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能的不斷增強(qiáng)， I/O設(shè)備的種類繁多，常用的輸入輸出設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)、磁盤、光盤等。顯示器、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、繪圖儀等。 輸入設(shè)備如：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、光筆、觸摸屏、光學(xué)字符識(shí)別 (OCR)、紙帶輸入機(jī)、卡片輸入機(jī)、聲音輸入設(shè)備以及其他圖形、圖像輸入設(shè)備等。利用這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，輸入計(jì)算機(jī)加工處理，然后輸出結(jié)果驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 CPU與 I/O接口之間傳送的信息主要有： ? 命令信息。 ? 具有信號(hào)量轉(zhuǎn)換的功能。 （ 1）系統(tǒng)板上的 I/O芯片。 既給系統(tǒng)中的每一臺(tái)設(shè)備規(guī)定一個(gè)或多個(gè)地址碼或設(shè)設(shè)備號(hào)，稱為 設(shè)備編址 。大型計(jì)算機(jī)通常采用這種方式，有些微機(jī)，例如 IBMPC系列和 Z80系列機(jī)也采用這種方式。由于使用專門的 I/O指令訪問端口，并且 I/O端口地址和存儲(chǔ)器地址是分開的，故 I/O端口地址和存儲(chǔ)器地址可以重疊，而不會(huì)相互餛淆。系統(tǒng)主板上的 I/O端口，采用雙字節(jié)地址，并且是用 DX寄存器間接尋址方式，端口地址放在寄存器中。 ?完成數(shù)據(jù)傳送。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) I/O端口地址譯碼 CPU為了對(duì) I/O端口進(jìn)行讀寫操作，需確定與自己交換信息的端口 (寄存器 )。一般原則是把地址分為兩部分： ? 一部分是高位地址線與 CPU的控制信號(hào)組合，經(jīng)譯碼電路產(chǎn)生 I/O接口芯片的片選 信號(hào)，實(shí)現(xiàn)片間尋址； ? 另一部分是低位地址線直接連到 I/O接口芯片，實(shí)現(xiàn) I/O接口芯片的片內(nèi)尋址，即訪問片內(nèi)的寄存器。 amp。請參閱 。電路中使用了一片 8位比較器 74LS688，它以兩組 8位輸入端P0~7和 Q0~7信號(hào)進(jìn)行比較，形成一個(gè)輸出端 P的信號(hào)，其規(guī)則為： ? 當(dāng) P0~7≠Q(mào) 0~7時(shí)， P=1，輸出高電平。 2GB2GA1GABC+5V P=Q LS688 COMP 0P 在譯碼電路圖 68中， “異或門 ”的兩個(gè)輸入端，一個(gè)接地址線或控制線，另一個(gè)接地址開關(guān)。A 7⊕ 12 在采用門電路的地址譯碼電路設(shè)計(jì)中，一定要注意地址有效與讀寫操作之間的時(shí)序配合。 實(shí)現(xiàn) I/O程序控制的基本方法是，在應(yīng)用程序中安排一個(gè)由輸入／輸出指令及其他指令所組成的程序段。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 數(shù)據(jù)保持時(shí)間相對(duì)于 CPU的處理時(shí)間長得多。假定輸入設(shè)備的地址為 01H。必須由 CPU執(zhí)行程序以查詢外設(shè)的狀態(tài)，在符合條件的情況下才進(jìn)行輸入／輸出。 讀入設(shè)備狀態(tài) 讀入設(shè)備狀態(tài) 準(zhǔn)備好 N Y 圖 614 程序查詢方式執(zhí)行流程圖 第 6章輸入輸出系統(tǒng) （ 1）查詢輸入接口。 ? CPU在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外設(shè)交換信息，無法與其他外設(shè)并行工作。為實(shí)現(xiàn)這種工作方式而設(shè)計(jì)的專用接口電路，稱為 DMA控制器（ DMAC） 。以內(nèi)存為中心，不需要 CPU的干預(yù)，對(duì)批量數(shù)據(jù)傳送效率很高，通常用于高速 I/O設(shè)備 (如磁盤 )與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送。有些指令專為 I/O操作而設(shè)計(jì)，可以完成外設(shè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)拆卸裝配、碼制轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)檢索、出錯(cuò)處理等項(xiàng)任務(wù)。 采用 DMA傳送方式是讓存儲(chǔ)器 (高速器件 )與高速外設(shè) (磁盤 )直接交換數(shù)據(jù)，不需 CPU干預(yù)，減少了中間環(huán)節(jié)。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 圖 619 DMA控制器結(jié)構(gòu)框圖 第 6章輸入輸出系統(tǒng) DMA控制器與其他外圍接口控制器不同，它具有接管和控制微機(jī)系統(tǒng)總線 (包括數(shù)據(jù)、地址和控制線 )的功能，即取代 CPU而成為系統(tǒng)的主控者。此時(shí) DMAC就由被動(dòng)態(tài)進(jìn)入主動(dòng)工作態(tài)，成為系統(tǒng)的主控者。它提供了多種控制方式和操作模式，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能， 8237A是一個(gè)高性能通用可編程的 DMAC。 從圖 622中的 4根地址輸入線 A0～ A3，可知， 8237A內(nèi)部有 16個(gè)端口可供 CPU訪問。 ? DMA寫：數(shù)據(jù)從 I/O設(shè)備讀人，寫到內(nèi)存。 例如： PC系列軟盤讀寫操作選擇 DMA通道 2，單字節(jié)傳送?？勺x可寫。 +7) 16位地址寄存器，存放 DMA傳送過程中沒有傳送完的字節(jié)數(shù)，在每次傳送之后，字節(jié)計(jì)數(shù)器減 1，當(dāng)它的值減為零時(shí)，便產(chǎn)生 ，表示字節(jié)數(shù)傳送完畢。屏蔽字有兩種格式。如果要使通道 2屏蔽，則寫入 06H。請求寄存器就是用于由軟件來啟動(dòng) DMA請求的，存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送就是利用軟件 DREQ來啟動(dòng)的。 例如， 若用軟件請求使用通道 1進(jìn)行 DMA傳送，則向請求寄存器寫入 05H代碼即可。若 D0=0，則 D1位無意義。由復(fù)位信號(hào) RESET和清除命令清除。即通道的優(yōu)先權(quán)隨著 DMA服務(wù)的結(jié)束而發(fā)生變化，已服務(wù)過的通道優(yōu)先權(quán)變?yōu)樽畹停乱粋€(gè)通道的優(yōu)先權(quán)變成了最高，如此循環(huán)下去。 至于何謂標(biāo)準(zhǔn)對(duì)序與壓縮時(shí)序，何謂滯后寫與擴(kuò)展寫的解釋請參看 8237A的時(shí)序圖。 ? D7=0， DACK低電平有效； ? D7=1， DACK高電平有效。按如下要求工作；禁止存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器傳送，按正常時(shí)序，滯后寫入，固定優(yōu)先級(jí)，允許 8237A工作。由復(fù)位信號(hào) RESET和清除命令清除。其他通道不能打斷該服務(wù)的進(jìn)行。 ? D3=0，采用標(biāo)準(zhǔn) (正常 )時(shí)序 (保持 S3狀態(tài) )； ? D3=1，為壓縮時(shí)序 (去掉 S3狀態(tài) )。由復(fù)位信號(hào) RESET和清除命令清除。由復(fù)位信號(hào) RESET和清除命令清除。 RESET信號(hào)清除整個(gè)請求寄存器。若用程序使寄存器的低四位全部臵 1，則禁止所有的 DMA請求，直到清屏蔽寄存器命令的執(zhí)行。 單一屏蔽寄存器 (DMA+10)：每次只能屏蔽一個(gè)通道，通道號(hào)由 D1D0位決定。并且兩者由 CPU同時(shí)寫入的。傳送過程中基值字節(jié)計(jì)數(shù)器內(nèi)容不變。如果采用同樣的方式從內(nèi)存寫一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)到軟盤上，則方式字為 (01001010)B=4AH。 ? 存儲(chǔ)器：為數(shù)據(jù)塊傳送而設(shè)臵 (PC系列未用 )。在 PC/XT中， 8237A占用的 I/O端口地址為 00H～ 0FH，各寄存器的口地址分配如表 63所示。如圖 621所示。傳送結(jié)束， DMAC向 I/O設(shè)備輸出計(jì)數(shù)終止信號(hào) 。 因此， DMA控制器在系統(tǒng)中有兩種工作狀態(tài)： ? 主動(dòng)態(tài) ? 被動(dòng)態(tài) 并處在兩種不同的地位： ? 主控器 ? 受控器 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 為了說明 DMAC如何獲得總線控制權(quán)和進(jìn)行 DMA傳送的過程。所以通常是采用 DMA控制器（ DMAC）來取代 CPU，負(fù)責(zé) DMA傳送的全過程控制。 ? 8089內(nèi)有兩個(gè) DMA通道。數(shù)據(jù)傳送過程不要CPU介入，只用一個(gè)總線周期，就能完成存儲(chǔ)器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。 DMA控制方式是由 DMA控制器控制存儲(chǔ)器與高速 I/O設(shè)備之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 程序查詢控制方式的缺點(diǎn)除了占用 CPU較多的工作時(shí)間外，還難以滿足實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì) I/O工作的要求。 三態(tài) 緩沖器 IOR G Q D R 狀態(tài) 譯碼器 三態(tài) 緩沖器 G 8D 鎖存器 輸入 設(shè)備 +5V D7～ D0 D0 A15～ A0 STB 圖 615 查詢輸入接口 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 配合該接口工作的相應(yīng)程序段為： MOV DX， 8000H ； DX指向狀態(tài)口 STATUS： IN A1， DX ；讀狀態(tài)口 TEST AL， O1H ；測試標(biāo)志位 D0 JNZ STATUS ； D0=0，繼續(xù)查詢 INC DX ； D0=1，就緒 , DX改 指數(shù)據(jù)口 IN A1， DX ；數(shù)據(jù)輸入 第 6章輸入輸出系統(tǒng) （ 2）查詢輸出接口。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn)程序查詢方式，接口電路中除設(shè)備譯碼部件外，必須至少提供 兩個(gè)端口 ： ? 數(shù)據(jù)端口。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) … 門 1 01H 地址總線 讀命令 IO請求 CPU D7~D0 A7~A0 A amp。實(shí)現(xiàn)無條件傳送方式的軟、硬件接口電路十分簡單。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 程序控制方式的特點(diǎn)是： 輸入／輸出操作完全在程序控制下進(jìn)行的，用 IN和 OUT指令直接訪問 I/O端口。當(dāng)然 或 信號(hào)的延遲也不能太長，否則端口地址譯碼過早結(jié)束，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)別的端口地址進(jìn)行誤讀寫操作，具體時(shí)序請參考系統(tǒng)總線的時(shí)序圖。 A5⊕ 5若要使 LSl38譯碼器的 G1控制信號(hào)為 “1”，則必須使每個(gè) “異或門 ”的輸出端都為 “1”，即應(yīng)滿足下列邏輯式： G1=AEN⊕ 5 第 6章輸入輸出系統(tǒng) LS138 0Y7Y A0 A1 74LS32 A2 A5 A=B A =B B0 B1 B2 B5 A2 A5 A4 A6 E F G H A6 A7 A8 A9 74LS85 74LS30 RD +5V +5V IOW 1 A B C D Y amp。 amp。 所謂 固定式譯碼 是指接口中用到的端口地址不能更改。這就是 端口地址譯碼 問題。 注意： 無論是命令、狀態(tài)還是數(shù)據(jù)，實(shí)際上都是通過 CPU與設(shè)備接口間的教據(jù)總線傳送的。 第 6章輸入輸出系統(tǒng) 2． 80286和 80386還支持 I/O端口直接與 RAM之間的數(shù)據(jù)傳送 輸入 MOV DX， PORT LES DI， Buffer_In IN SB ； 8位傳送 (INSW) ； 16位傳選 輸出 MOV DX， PORT LDS SI, Buffer_Out