第二章 I/O端口地址译码技术
对设备选择功能是接口电路应具备的基本功能之一，因此，作为进行设备端口选择的I／Ｏ端口地址译码电路是每个接口电路中不可缺少的部分。为此，本章在讨论I/O端口基本概念和I／Ｏ端口译码基本原理、基本方法的基础上，着重讨论译码电路的设计。
第一节 I/O端口的寻址方式
I/O端口
微型计算机系统在过程控制、信息处理、数据通信等方面得到了广泛的应用。对于不同的需求，可选用不同型号的计算机，同时还需要配置不同的外部设备，以扩展系统的功能。
I/O端口：它是处理器与I/O设备直接通信的地址。实际应用中，通常把I/O接口（Interface）电路中能被ＣＰＵ直接访问的寄存器或某些特定器件称之为端口（Port）。通过端口向接口电路中的寄存器发送命令，读取状态和传送数据，因此，一个接口可以有几个端口，如命令口、状态口和数据口，分别对应于命令寄存器、状态寄存器和数据寄存器。有的接口包括的端口多（如 ８２５５Ａ并行接口芯片有 ４个端口，８２３７Ａ芯片有 １６个端口），有的接口包括的端口少（如 ８２５ｌＡ、８２５９Ａ芯片只有两个端口）。对端口的操作也有所不同，有的端口只能写或只能读，有的既可以写也可以读。一般，一个端口只能写入或读出一种信息，但也有几种信息共用一个
端口的，如 ８２５５Ａ的一个命令口可接收两种不同的命令，８２５９Ａ的一个命令口可接收４种不同的命令。
计算机给接口电路中的每个寄存器分配一个端口，因此，ＣＰＵ在访问这些寄存器时，只需指明它们的端口，不需指出是什么寄存器。这样，我们在输人／输出程序中，只看到端口，而看不到相应的具体寄存器。也就是说，访问端口就是访问接口电路中的寄存器。
所谓I/O的操作指的是指对I/O端口的操作，而不是对I/O设备的操作，即CPU所访问访问的是与 I/O设备相关的端口，而不是 I／Ｏ设备本身。
端口地址编址方式
如何对端口进行访问呢？这就是所谓的接口的寻址问题。 对上述端口有两种编址方式，一种是端口地址和存储器地址统一编址，即存储器映射方式；另一种是I／Ｏ端口地址和存储器地址分开独立编址，即I／Ｏ映射方式。 [1]统一编址
这种方式，是从存储器空间划出一部分地址空间给I／Ｏ设备，把I／Ｏ接口中的端口当作存储器单元一样进行访问，不设置专门的I／Ｏ指令，有一部分对存储器使用的指令也可用于端口。Motorola系列、Apple系列微型机和一些小型机就是采用这种方式。 这种方式有许多优点：由于对I／Ｏ设备的访问是使用访问存储器的指令，所以指令类型多，功能齐全，这不仅使访问I／Ｏ端口可实
现输人／输出操作，而且还可对端口内容进行算术逻辑运算，移位等等；另外，能给端口有较大的编址空间，这对大型控制系统和数据通信系统是很有意义的。这种方式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，因而执行速度较慢。 [2]独立编址
这种方式是接口中的端口地址单独编址而不和存储空间合在一起，大型计算机通常采用这种方式，有些微机，如 ＩＢＭ－ＰＣ系列和Ｚ－８０系列机也采用这种方式。
这种方式的主要优点是：Ｉ／Ｏ端口地址不占用存储器空间；使用专门的Ｉ／Ｏ指令对端口进行操作，Ｉ／Ｏ指令短，执行速度快；并且由于专门Ｉ／Ｏ指令与存储器访问指令有明显的区别，使程序中Ｉ／Ｏ 操作和存储器操作层次清晰，程序的可读性强。
在独立编址方式中，如何对端口访问呢？
由于使用专门的Ｉ／Ｏ指令访问端口，并且Ｉ／Ｏ端口地址和存储器地址是分开的，故Ｉ／Ｏ端口地址和存储器地址可以重叠，而不会相互混淆。
[1] I/O指令中端口地址的宽度
ＩＢＭ－ＰＣ系列采用１／Ｏ（input/output）指令访问端口，实现数据的Ｉ／Ｏ传送。在Ｉ／Ｏ指令中可采用单字节地址或双字节地址寻址方式。
若用单字节地址作为端口地址，则最多可访问２５６个端口。系统主板上接口芯片的端口，采用单字节地址，并且是直接寻址在指令中给出端口地址，其指令格式为 ＩＮ ＡＬ，PORT；输人 ＯＵＴ PORT，ＡＬ；输出
这里，PORT是一个８位的字节地址。 例如：
ＩＮ ＡＬ，60Ｈ ；60H为系统板 ８２５５Ａ的 ＰＡ端口地址 ＯＵＴ ６1Ｈ，ＡＬ；６ｌＨ为系统板 ８２５５Ａ的 ＰＢ端口地址若用单字节地址作为端口地址，则最多可访问２５６个端口。系统主板上接口芯片的端口，采用单字节地址，并且是直接寻址在指令中给出端口地址，其指令格式为 ＩＮ ＡＬ，PORT；输人 ＯＵＴ PORT，ＡＬ；输出
这里，PORT是一个８位的字节地址。 例如：
ＭＯＶ ＤＸ，３００Ｈ ；300H为扩展板 8255A的 ＰＡ端口 ＩＮ ＡＬ，ＤＸ
ＭＯＶ ＤＸ，３０ｌＨ；３０１Ｈ为扩展板 ８２５５Ａ的ＰＢ端口 OUT DX , AL [2]Ｉ/Ｏ端口访问
所谓对端口的访问就是ＣＰＵ对端口的读／写。而通常所说的微
处理器ＣＰＵ从端口读数据或向端口写数据，仅仅是指Ｉ／Ｏ端口与ＣＰＵ的累加器之间的数据传送，并未涉及数据是否传送到存储器（ＲＡＭ）的问题。若要求输人时，将端口的数据传送到存储器，则除了把数据读入ＣＰＵ的累加器之外，还要将累加器中的数据再传送到内存。或者相反，输出时，数据从存储器先送到ＣＰＵ的累加器，再从累加器传送到I／Ｏ端口。
例如：输入时
ＭＯＶ ＤＸ，300Ｈ ；Ｉ／Ｏ端口 ＩＮ ＡＬ，ＤＸ ；从端口读数据到ＡＬ ＭＯＶ (DI)，ＡＬ；将数据从ＡＬ→存储器 输出时 ＭＯＶ ＤＸ，301H ；Ｉ／Ｏ端口
ＭＯＶ ＡＬ，[ＳＩ] ；从内存取数到ＡＬ OUT ＤＸ，ＡＬ ；数据从ＡＬ→端口
第二节I/O端口地址分配
对于接口设计者来说，搞清楚系统I／Ｏ端口地址分配十分重要，因为要把新的I／Ｏ设备加入到系统中去就要在Ｉ／Ｏ地址空间中占一席之地。哪些地址已分配给了别的设备，哪些是计算机制造商为今后的开发而保留的，哪些地址是空闲的，了解了这些信息才能为我所用。下面以ＩＢＭ－ＰＣ系列为例来分析I／Ｏ端口地址分配情况。