一.I/O控制方式概述

(一).课程地位与编程层级

        《微机接口原理》是cs/ee专业的一门重要基础核心课程，该课程中涉及的计算机体系结构层次是软件层与硬件层的交界面，抽象层级高的语言是“面向对象编程”，类比固件编程就是“面向硬件编程”。从这个角度出发，不懂硬件就没办法编程设计。所以说接口编程是具象编程，没有抽象层级高的概念。

        本课程是《计算机组成原理》、《汇编语言程序设计》的进阶课，为后续理解《计算机操作系统原理》的I/O控制打下底层基础。

(二).I/O控制方式与基本概念

在《计算机组成原理》中，讨论过接口的基本定义：（不是软件接口API，是硬件接口部件）

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接口是介于总线与外设之间，与外设互联的标准化逻辑部件。

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此外，对标准化总线也有总线接口，在本课程中不详细讨论。

接口逻辑功能主要有：

1.完成处理器指令

2.返回外设状态

3.数模转换

4.数据交互于缓存

5.设备片选

接口的功能决定了其硬件总是存在面向处理器、面向外设两个方向的管脚

 如上图intel 8255A，其左侧管脚面向8086处理器，右侧管脚面向外设。

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        在《计算机组成原理》中，讨论过几种基本I/O控制方式如下所示：其中轮询方式和中断方式主要由软件实现：

轮询方式为“应答”逻辑，处理机循环等待外设输入，直至其有效输入时，退出循环。

中断方式为“程序切换”，处理机在无中断源时，按其主程序运行，响应中断时由中断隐指令（硬件）完成程序指针的切换和保存。中断子程序由软件编写

DMA（直接存储器访问）方式可以直接将数据直接通过总线送往主存，主要由DMAC（DMA控制器）进行控制。

通道方式由协处理器完成数据交互的控制，在微型计算机一般不使用，故在本课程中不详细讨论。

I/O控制	核心由软件实现	轮询方式（查询）					微型计算机
		中断方式
	核心由硬件实现	DMA方式
		通道方式					大型计算机

二.端口寻址

端口(port):计算机接口中可以由处理机直接访问的寄存器。

按其逻辑功能分为以下几类：

1.命令端口：接口芯片的工作方式可能多种多样，其命令字由CPU写入。

2.状态端口：寄存外设状态，CPU可以读取以获取其状态。

3.数据端口：数据缓存寄存器。

其中，每个端口有其唯一地址。

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(一).端口编址方式

1.统一编址

将CPU寻址空间划分一部分给端口使用，内存地址和端口地址就不存在交集了，这样设计的目的是可以像访问内存单元一样访问端口。即使用MOV指令进行数据交互。

其优势是地址不重复，不用特殊的访问端口，对大型计算机很实用。

其缺陷是压缩了CPU的寻址空间，接口为了兼容传送指令，增加了地址译码电路。

2.独立编址

目前个人PC微机均采用独立编址方式：接口芯片内的端口地址，与主存分开编址，会出现地址重复，故要使用不同的指令访问端口：

如MOV 20H,AL和OUT 20H,AL访问的分别是主存20H单元、接口芯片20H端口。

其优势是不占用主存地址

其缺陷是要使用专用I/O指令访问端口

(二).端口访问

1.I/O指令（intel 8086）

在访问端口的指令中，最常用的是reg型外设指令：在8086下，其助记符如下

IN     Reg    , PORT

OUT PORT , Reg

      IN指令是将数据从端口输入8086的寄存器，OUT指令则恰好相反。可以发现：所谓“in”、“out”是从处理器的角度出发命名的。

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2.寻址方式

a.直接寻址

在指令中直接给出端口地址，对端口进行访问。

但是由于指令位长限制，IN、OUT指令直接地址只可以访问00H----FFH，即访问地址超过八位时，不可以使用直接寻址方式

b.间接寻址

将访问地址存入DX寄存器，对端口进行访问。

由于8086处理器中DX寄存器位长16位，故其寻址空间远远大于直接寻址范围。

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3.地址选用原则

端口编址不可以出现冲突，系统设置的外部资源地址不可以使用、计算机厂家申明保留的地址不可以使用。在IBM体系结构下，用户原则上可以使用300H---31FH。

4.地址译码电路

a.全译码

将完整地址送入译码器用于译码

一般用于访问只有一个端口的接口芯片时使用，若一个接口芯片内有多个端口，接口芯片自身必然有选择线，采用全译码方式硬件过于冗余。

b.部分译码

只有高位地址参与译码，产生接口芯片使能信号，低位直接送入接口芯片

部分译码是最常用的端口寻址方式

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如下图所示，A2--A4译码产生8255A使能信号 ~CS。

而A1、A0送入8255A，以选择其中的端口。

c.开关式译码

在部分译码的基础上，增加地址开关来改变端口地址，这一方式不常用。