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,容量小速率单位单位快)。CPU通过那此地址即端口向接口电路中的寄存器发送命令,读取请况和传送数据,或者,原本接口都时要有2个端口,如请况口、数据口和命令口,分别对应于请况寄存器、数据寄存器和命令寄存器。



● 请况端口

请况端口(State Port)主要用来指示实物设备的当前请况。次要请况用原本二进制位表示,每个实物设备都时要有2个请况位,它们可被CPU读取,以测试或检查实物设备的请况,决定多多线程 的流程。一般接口电路中常见的请况位有准备就绪位(Ready)、实物设备忙位(Busy)、错误位(Error)等。

● 数据端口

数据端口(Data Port)用以存放实物设备送往CPU的数据以及CPU输出到实物设备去的数据。那此数据是主机和实物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,接口芯片的价值形式也就不同,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措施 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,而前会 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,而前会 I/O设备有一种。而I/O操作删剪都是以后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删剪都是以后与该接口连接的实物设备进行一次数据传送;CPU对请况端口进行一次读操作,就都时要获得实物设备或接口自身的请况代码;CPU把若干位控制代码写入控制端口,则由于对该接口或实物设备发出原本控制命令,要求该接口或实物设备按规定的要求工作。

I/O端口的编址土措施 主要有有一种: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

  统一编址是发生整个存储空间中划分出一次要地址空间给外设端口使用,即把每原本I/O端口看作原本存储单元,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,不让设置专门的I/O指令,什么都有称为存储器映射I/O编址土措施 ,地址空间分布请况如图1-9所示 。 摩托罗拉公司的MC650及68HC05等处理器就采用了这个土措施 访问I/O设备。

  这个土措施 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

  这个土措施 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,因而执行速率单位单位较慢。

(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,人个所有独立,采用专门的I/O指令来访问具有独立空间的I/O端口,地址空间分布请况如图1-10所示 。5086/5088系统中就采用这个编址土措施 。

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,
  • 执行速率单位单位较快。

以上这个种I/O编址土措施 各有利弊,不例如型的CPU可根据实物设备特点采用不同的编制土措施 。

项目名:

设计原本有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措施 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端口地址的土措施 。

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作为接口芯片实物寄存器的访问地址。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,机会低位地址线A0~A3已接8237A,故8237A的端口地址为000H~01FH。一点端口与此同理,如8259A的片选地址是02X~03XH,端口地址为020~03FH。

 项目电路图:

原本有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地址编排土措施 ,I/O地址空间的划分也各不相同。对50x86而言,采用独立编排土措施 ,I/O端口地址的16位,最大寻址范围为64K个地址。或者,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,或者支持的I/O端口数位102原本,地址空间为0000H~03FFH,或者把前51原本端口分配给了主板,后51原本端口分配给了扩展槽上的常规外设。以后 在PC/AT系统中,作了一点调整,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(50~3FFH)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设备的配置请况,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,寻址到的前会 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,什么都有I/O接口芯片或控制器都机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,着确实主板上都都后能 看见,或者仍然删剪地发生于主板芯片组中(一般前会 南桥中),其板内地址也保持不变。

(2)扩展卡上的I/O接口

扩展卡主或者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。那此扩展卡一般由若干个集成电路按一定得逻辑组成原本部件,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

微机系统涵盖多个接口发生,接口实物往往涵盖多个端口,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择和端口区分土措施 的或者地址译码电路。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,或者是I/O读写控制信号TOR或有效,原本就都时要很好的把端口地址译码产生的译码信号同或结合起来,一并控制对I/O端口读机会写。接口地址译码土措施 什么都有,下面主要介绍有一种。

(1)用门电路进行I/O端口地址译码

门电路译码或者采用与门、与非 门、反相器及或非门等简单逻辑门器件,如74LS20、74LS50、74LS32、74LS08、74LS04等,构成译码电路。这是有一种最基本的I/O端口地址译码土措施 ,下面通过举例来说明设计土措施 。

【例1-5】 使用74LS20/50/32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,采用门电路就都时要设计出译码电路,如图1-10(a)所示。

图1-10(a)中AEN信号时要参加译码,机会AEN为高电平时,I/O发生DMA土措施 ,或信号由DMA控制器发出;AEN为低电平时,I/O发生正常土措施 ,或信号由CPU发出。机会该接口电路中I/O发生正常土措施 ,AEN时要为低电平,故用AEN信号参加译码来区分这个种土措施 。

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

若接口电路中时要使用多个端口地址,则可采用译码器来进行译码。译码器的型号有什么都有,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措施 。

【例1-6】 使用74LS138设计原本系统板是上接口芯片的I/O端口地址译码电路,或者让每个接口芯片实物的端口数目为3原本。

分析:机会系统板上的I/O端口地址分配在000~0FFH范围内,故只使用低8位地址线,这由于A9和A8两位应赋0值。为了让每个被选中的芯片实物拥有3原本端口,或者留出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一并,控制74LS138的译码与非 有效。由上述分析,都时要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。都都后能 当满足控制信号线G1为高电平, ==0时,74LS138都都后能 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,一点输出端为高电平;CBA=001,为低电平,一点输出端为高电平;…;CBA=111,为低电平,一点输出端为高电平。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。