第一讲：
第六章 I/O接口原理-接口、端口、编址
回 顾：微机系统的层次结构，CPU、主机、接口电路及外部设备之间的结
构关联，输入/输出的一般概念。
重点和纲要：微机系统主机与外部设备之间的数据传送，包括I/O端口的寻址
方式，输入/输出的传送控制方式。
教学方法、实施步骤 回 顾 讲 授 提 问 小 结 时间分配 5”×2 40” ×2 3” ×2 2” ×2 教学手段 板书 计算机 投影仪 多媒体课件等
讲授内容：
6. 1 输入/输出数据的传输控制方式
一、输入/输出的一般概念 1． 引言
输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。输入/输出设备称为外部设备，与存储器相比，外部设备有其本身的特点，存储器较为标准，而外部设备则比较复杂，性能的离散性比较大，不同的外部设备，其结构方式不同，有机械式、电动式、电子式等；输入/输出的信号类型也不相同，有数字信号，也有模拟信号；有电信号，也有非电信号；输入/输出信息的速率也相差很大。因此，CPU与外部设备之间的信息交换技术比较复杂。
CPU与外设之间的信息交换，是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的，由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同，方向不同，作用也不一样（例如数据信息、状态信息、控制信息、输入/输出等），所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
2．输入/输出端口的寻址方式
微机系统采用总线结构形式，即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件（包括CPU、内存、I/O端口），CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的，如何区分不同的内存单元和I/O端口，是输入/输出寻址方式所要讨论解决的问题。
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根据微机系统的不同，输入/输出的寻址方式通常有两种形式： (1)．存储器对应的输入、输出寻址方式
这种方式又称为存储器统一编址寻址方式或存储器映象寻址方式。
方法：把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待，每一个I/O端口都有一个确定的端口地址，CPU与I/O端口之间的信息交换，与存储单元的读写过程一样，内存单元与I/O端口的不同，只在于它们具有不同的的地址。 优点：
①CPU对I/O端口的读/写操作可以使用全部存储器的读/写操作指令，也可以用对存储器的不同寻址方式来对I/O端口中的信息，直接进行算术、逻辑运算及循环、移位等操作。
②内存与外设地址的分配，可以用统一的分布图。 ③不需要专门的输入、输出操作指令。 缺点：
① 内存与I/O端口统一编址时，在地址总线根数一定的情况下，使系统中实际可以直
接寻址的内存单元数减少。
②一般情况下，系统中I/O端口数远小于内存单元数，所以在用直接寻址方式来寻址这些端口时，要表示一个端口地址，必须用与表示内存单元地址相同的字节数，使得指令代码较长，相应地读/写执行时间也较长，这对提高系统的运行速度是不利的。
Mortorola公司的M6800CPU等均采用这种寻址I/O端口的方式。
3. CPU与外设之间所传送的信息类型
CPU与I/O端口之间所交换的信息，可以有下列几种类型：
①数据信息：包括数字量、模拟量、开关量等，可以输入、也可以输出 ② 状态信息：这是I/O端口送给CPU的有关本端口所对应的外设当前状态的信息。供CPU进行分析、判断、决策。
③控制信息：这是CPU送给I/O端口的控制命令，使相应的外部设备完成特定的操作。
数据信息、状态信息和控制信息是不同类型的信息，它们所起的作用也不一样。但在8086/8088微机系统中，这三种不同类型的信息的输入、输出过程是相同的。为了加以区分，可以使它们具有不同的端口地址，在端口地址相同的情况下，可以规定操作的顺序，或者在输入/输出的数据中设置特征位。
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二、 CPU与外设之间输入/输出数据的传输控制方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有三种：程序方式、中断方式和DMA方式。 1.程序方式
指用输入/输出指令，来控制信息传输的方式，是一种软件控制方式，根 据程序控制的方法不同，又可以分为无条件传送方式和条件传送方式。 ① 无条件传送方式
条件：利用程控方式与外设交换信息时，如果输入/输出的时刻，都可以保证外设总是处于“准备好”状态，则可以直接利用输入/输出指令进行信息的输入/输出操作。
图5-1
如图5-1，从硬件电路上来看：
输入：加三态缓冲器（控制端由地址译码信号和RD信号选中，CPU用IN指令） 输出：加锁存器（控制端由地址译码信号和WR信号选中，CPU用OUT指令）
这种方式下的硬、软件设计都比较简单，但应用的局限性较大，因为很难保证外设在每次信息传送时都处于“准备好”状态，一般只用在诸如开关控制、七段数码管的显示控制等场合。
② 条件传送方式
又称查询方式，即通过程序查询相应设备的状态，若状态不符合，则CPU不能进行输入/输出操作，需要等待；只有当状态信号符合要求时，CPU才能进行相应的输入/输出操作。
一般外设均可以提供一些反映其状态的信号，如对输入设备来说，它能够提供“准备好”（“READY”）信号，“READY” ＝1 表示输入数据已准备好。输出设备则提供“忙”(“BUSY”)信号，“BUSY”＝1表示当前时刻不能接收CPU来的数据，只有当“BUSY”＝0时，才表明它可以接受来自于CPU的输出数据。 过程：
? 输入操作的程序流程如图5-2所示： 对READY的状态查询，是通过读状态端口的相应位来实现的，输出的情况亦大致相同，这种传
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送控制方式的最大优点是，能够保证输入/输出数据的正确性。
? 输入接口
以输入设备将数据送入锁存，发选通信号开始，→READY＝1→CPU查询（读READY）→读数据→清除
图5－2
READY。 见图5－3
? 输出接口
CPU送数据至锁存器，发选通信号，→a。通知外设取数据；→b。BUSY→输出设备取完数据→ACK→清BUSY→CPU查询。见图5－4
图5-3
图5-4
例1 假设从某输入设备上输入一组数据送缓冲区，接口电路如图5-3，若缓冲区已满则输出一组信息“BOFFER OVERFLOW”，然后结束。设该设备的启动地址为0FCH，数据端口为0F8H，状态端口为FAH。?
程序如下：? DATA SEGMENT?
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MESS1 DB “BUFFER OVERFLOW”，“$”? BUFF DB 60 DUP(?)? DATA ENDS?
CODE SEGMENT?
ASSUME CS：CODE，DS：DATA? START：MOV AX，DATA? MOV DS，AX?
MOV BX，OFFSET BUFF ；送缓冲区指针? MOV CX，60 ；送计数初值? OUT WAIT：IN TEST JZ IN MOV INC
0FCH，AL ；启动设备?
AL，OFAH ；查询状态，若为0，则等待? AL，01H?
WAIT?
AL，0F8H ；输入数据? [BX]，AL? BX?
LOOP WAIT ；检测缓冲区是否满，不满再输入? MOV DX，OFFSET MESS1 ；缓冲区满，输出标志字符串? MOV AH，09H? INT MOV
21H?
AH，4CH?
INT 21H? CODE ENDS?
END START?
? 优先级问题
当CPU需对多个设备进行查询时，就出现了所谓的优先级问题，即究竟先为哪个设备服务，一般来
讲，在这种情况下都是采用轮流查询的方式来解决，如图5-5所示
这时的优先级是很明显的，即先查 图5-5
询的设备具有较高的优先级。但这种优先级管理方式，也存在着一个问题，即某设备的优先级是变化的，如当为设备B服务以后，这时即使A已准备好，它也不理睬，而是继续查询C，也就是说A的优先地位并不巩固（即不能保证随时处于优先）。为了保证A随时具有较高的优先级，可采用加标志的方法，当CPU为B服务完以后，先查询A是否准备好，若此时发现A已准备好，立即转向对A的查询服务，而不是为C设备服务。
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