264.IO端口定义&编址方式&地址分配&译码

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1.1 I/O端口

端口(Port)是接口电路中能被CPU直接访问的寄存器(端口是寄存器,寄存器是存储器,容量小强度单位快)。CPU通过哪些地方地方地址即端口向接口电路中的寄存器发送命令,读取情形和传送数据,时候,一一一四个接口还能够 有哪十几个 端口,如情形口、数据口和命令口,分别对应于情形寄存器、数据寄存器和命令寄存器。



● 情形端口

情形端口(State Port)主要用来指示內部设备的当前情形。次要情形用一一一四个二进制位表示,每个內部设备还能够 有哪十几个 情形位,它们可被CPU读取,以测试或检查內部设备的情形,决定应用线程的流程。一般接口电路中常见的情形位有准备就绪位(Ready)、內部设备忙位(Busy)、错误位(Error)等。

● 数据端口

数据端口(Data Port)用以存放內部设备送往CPU的数据以及CPU输出到內部设备去的数据。哪些地方地方数据是主机和內部设备之间交换的最基本信息,长度一般为1-4字节。数据端口主要起数据缓冲作用。

● 命令端口

命令端口(Command Port)也称控制端口(Control Port),用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字,以便控制接口或设备的动作。接口功能不同,接口芯片的形状也就不同,控制字的格式和内容自然各不相同。一般可编程接口芯片往往具有工作土办法 命令字、操作命令字等。

1.2  I/O操作

通常所说的I/O操作是指对I/0端口的操作,而全部都在对I/O设备的操作,即CPU所访问的是与I/O设备相关的端口,而全部都在I/O设备本身 。而I/O操作也而是 CPU对端口寄存器的读写操作。CPU对数据端口进行一次读或写操作也而是 与该接口连接的內部设备进行一次数据传送;CPU对情形端口进行一次读操作,就还能够 获得內部设备或接口自身的情形代码;CPU把若干位控制代码写入控制端口,则原因分析分析着对该接口或內部设备发出一一一四个控制命令,要求该接口或內部设备按规定的要求工作。

I/O端口的编址土办法 主要有本身 :内存与I/O端口统一编址和I/O端口单独编址。

(1)统一编址

  统一编址是指在整个存储空间中划分出一次要地址空间给外设端口使用,即把每一一一四个I/O端口看作一一一四个存储单元,与存储单元一样编址,访问存储器的所有指令均可用来访问I/O端口,不想设置专门的I/O指令,所以有称为存储器映射I/O编址土办法 ,地址空间分布情形如图1-9所示 。 摩托罗拉公司的MC610000及68HC05等正确处理器就采用了你你这人土办法 访问I/O设备。

  你你这人土办法 的优点:

  • 在于I/O端口的地址空间较大
  • 对端口进行操作的指令功能较强
  • 使用时灵活方便

  你你这人土办法 的缺点是

  • 端口占用了存储器的地址空间,
  • 使存储器容量减小,
  • 另外指令长度比专门I/O指令要长,因而执行强度单位较慢。

(2)独立编址

独立编址是指对系统中的I/O端口单独编址,与内存单元的地址空间相互分开,个人 独立,采用专门的I/O指令来访问具有独立空间的I/O端口,地址空间分布情形如图1-10所示 。100086/100088系统中就采用你你这人编址土办法 。

优点:

  • 不占用内存单元的有效地址空间,
  • 地址译码器较简单,
  • 端口操作指令长度较短,
  • 执行强度单位较快。

以上这本身 I/O编址土办法 各有利弊,不例如型的CPU可根据內部设备特点采用不同的编制土办法 。

项目名:

设计一一一四个有6组I/O端口地址的译码电路

项目要求与目的:

(1)项目要求:通过项目了解74LS138译码器进行地址译码的土办法 和工作原理。

(2)项目目的:●了解74LS138译码器的真值表。●了解用译码器设计I/O端口地址的土办法 。

项目说明:

74LS138译码器有8个输出,本项目只用其中6个。而地址线的高5位A5~A9经过74LS138译码器,分别产生DMA控制器8237A、中断控制器8259A、定时/计数器8254、并行接口8255A等接口芯片的片选信号,而地址线的低5位A0~A4作为接口芯片內部寄存器的访问地址。由74LS138译码器真值表可知,当地址为000~01XH时,使输出为低,选中8237A,将会低位地址线A0~A3已接8237A,故8237A的端口地址为000H~01FH。你你这人端口与此同理,如8259A的片选地址是02X~03XH,端口地址为020~03FH。

 项目电路图:

一一一四个有6组I/O端口地址的译码电路如图1-9所示。电路由地址总线、控制总线、74LS138译码器和门电路等组成。

3.1 地址分配

I/O端口地址分配

不例如型的微机系统采用不同的I/O地址编排土办法 ,I/O地址空间的划分也各不相同。对1000x86而言,采用独立编排土办法 ,I/O端口地址的16位,最大寻址范围为64K个地址。时候,在IBM-PC机及其兼容机的设计中,主板上只用了10位I/O端口地址线,时候支持的I/O端口数位102一一一四个,地址空间为0000H~03FFH,时候把前51一一一四个端口分配给了主板,后51一一一四个端口分配给了扩展槽上的常规外设。时候在PC/AT系统中,作了你你这人调整,其中前256个端口(000~0FFH)供系统板上的I/O接口芯片使用,如表1-2所示。后768(1000~3FFH)供扩展槽上的I/O接口控制卡使用,如表1-2所示。按照I/O设备的配置情形,I/O接口的硬件分为如下两类。

(1) 系统板上的I/O接口

系统板上的I/O接口也称为板内接口,寻址到的全部都在可编程大规模集成电路,完成相应的板内接口操作。如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。随着大规模集成电路的发展,所以有I/O接口芯片或控制器都将会集成在一片或几片大规模集成电路芯片中,形成了主板芯片组,并命名为南/北桥、MCH/ICH等。表1-2所示的各种接口芯片,觉得在主板上只能看见,时候仍然全部地指在于主板芯片组中(一般全部都在南桥中),其板内地址也保持不变。

(2)扩展卡上的I/O接口

扩展卡主而是 指插接在主板插槽上的接口卡,通过系统总线与CPU系统相连。哪些地方地方扩展卡一般由若干个集成电路按一定得逻辑组成一一一四个部件,如软驱卡、硬驱卡、图形卡、声卡、打印卡、串行通信卡等,如表1-3所示。

3.2 译码

I/O端口地址译码

微机系统带有多个接口指在,接口內部往往带有多个端口,CPU是通过地址对不同的端口加以区分的。把CPU送出的地址转变为芯片选则和端口区分土办法 的而是 地址译码电路。每当CPU执行输入输出指令时,就进入I/O端口读写周期,此时首先是端口地址有效,时候是I/O读写控制信号TOR或有效,从前就还能够 很好的把端口地址译码产生的译码信号同或结合起来,一起去去控制对I/O端口读将会写。接口地址译码土办法 所以有,下面主要介绍本身 。

(1)用门电路进行I/O端口地址译码

门电路译码而是 采用与门、算不算门、反相器及或非门等简单逻辑门器件,如74LS20、74LS1000、74LS32、74LS08、74LS04等,构成译码电路。这是本身 最基本的I/O端口地址译码土办法 ,下面通过举例来说明设计土办法 。

【例1-5】 使用74LS20/1000/32和74LS04设计I/O端口地址为2F8H的只读译码电路。

分析:若要产生2F8H端口地址,则译码电路的输入地址就应具有如表1-4所示的值。

设计:按照表1-4中地址表的值,采用门电路就还能够 设计出译码电路,如图1-10(a)所示。

图1-10(a)中AEN信号能够 参加译码,将会AEN为高电平时,I/O指在DMA土办法 ,或信号由DMA控制器发出;AEN为低电平时,I/O指在正常土办法 ,或信号由CPU发出。将会该接口电路中I/O指在正常土办法 ,AEN能够 为低电平,故用AEN信号参加译码来区分这本身 土办法 。

同理可设计出能执行读/写操作的2E2H端口地址的译码电路,如图1-10(b)所示。

(2)译码器进行I/O端口地址译码

若接口电路中能够 使用多个端口地址,则可采用译码器来进行译码。译码器的型号有所以有,常用的译码器有3-8译码器74LS138;4-16译码器74LS154;双2-4译码器74LS139、74LS155等。下面通过举例来说明设计土办法 。

【例1-6】 使用74LS138设计一一一四个系统板是上接口芯片的I/O端口地址译码电路,时候让每个接口芯片內部的端口数目为3一一一四个。

分析:将会系统板上的I/O端口地址分配在000~0FFH范围内,故只使用低8位地址线,这原因分析分析着A9和A8两位应赋0值。为了让每个被选中的芯片內部拥有3一一一四个端口,时候我留出5根低地址线不参加译码,其余的高位地址线作为74LS138的输入线,参加译码,或作为74LS138的控制线与AEN一起去,控制74LS138的译码是算不算有效。由上述分析,还能够 得到译码电路输入地址线的值,如表1-5所示。

 

对于译码器74LS138的分析有两点:一是它的控制信号线G1、和。只能当满足控制信号线G1为高电平, ==0时,74LS138能够进行译码。二是译码的逻辑关系,即输入(C,B,A)与输入(Y0~Y7)的对应关系。74LS138输入/输出的逻辑关系,如表1-6所示。

 

从表1-6可知,若满足控制条件,即G1为高电平, ==0,则由输入端C、B、A的编码来决定输出:CBA=000,则为低电平,你你这人输出端为高电平;CBA=001,为低电平,你你这人输出端为高电平;…;CBA=111,为低电平,你你这人输出端为高电平。由此可分别产生8个译码输出信号(低电平)。若控制条件不满足,则输出全“1”,不产生译码输出信号,即译码无效。