3.1 特殊なメモリ - 入力ポート，出力ポート(入出力ポート)

1. コンピュータは，特殊なメモリを備えている。
2. そのメモリは，入力ポート または 出力ポートと呼ばれるものであり， 入出力，I/O などと呼ばれる。
3. I/O は，基本的には Read Only か，または Write Only である。
   • Read Only 型の場合，そのメモリのデータは，外部の信号によって決められる。
   • Write Only 型の場合，そのメモリのデータによって，外部の信号が変化する。
4. 外部配線があることにより， コンピュータは外部信号とアクセスできる。 外部配線とつながっている I/O アドレスのことを， I/O ポートと呼ぶことがある。
5. I/O は，普通のメモリと違う性質を持つ：
   • どのアドレスのデータが，どの情報につながっているか決まっている。
   • みんなが自由にそのデータにアクセスできると，システムがとまってしまう可能性がある。
   • ハードウエア的に，普通のメモリ空間と I/O空間を別にする場合がある。
6. そのため，特殊な命令を使って I/O をアクセスする。
   • Turbo C ++ for MS-DOS の場合，次のようになる。
   • a 番地に 1 というデータを書き込む場合
     outportb(a,1);
   • a 番地の内容を読み込み，変数 b に代入する場合
     b=inportb(a);
7. 通常，メモリIC一つには，何百万ビットものデータが記憶されるが， I/O 用のIC一つは、一つから 十数個のアドレス範囲分を受け持つ。 その理由は，入出力用のピン数が必要であり， 一つのICで大きな I/O 空間を占めることが出来ないからである。
8. メモリアドレスは，通常 32ビットで指定されるのに対し， I/O アドレスは通常 8ビットから16ビット程度で指定される。
9. 上記の図の場合，各アドレスへのアクセスによって何か行われるか考えよう。

3.2 入出力ポートの例(PIO，タイマ，A/Dコンバータ，D/Aコンバータ)

1. 3.1 節のような構成によって外部情報をアクセスすることはできるが， 実用的には更なる工夫がある。
2. コンピュータは，もともと同じハードウエアであっても， プログラムさえ変えれば別の働きができた。 しかし，3.1 節のような構成にすると， 入力が 8( or 4)本，出力が 8( or 4)本 と決まってしまう。 もしも合計 16本の 入出力ピンがあるならば， 実行時に各ピンの働きを選択できると， コンピュータは自由度が増える。
   この要求に応えたのが，PIO ( = i8255) と呼ばれる IC である。
   I/O 空間のうち 4バイト分を，一つの PIO が受け持つ。
   入出力用のピンは24本 = 3バイト ぶん存在する。
   IC 内部に 1バイト = 8ビット のコントロールレジスタがあり， 実行時にその値を設定することにより， 24本ある各ピンを入力にも出力にも設定できる。
   なお，電源を入れた直後には， 24本の入出力用のピンは全て入力用に設定されている。
3. I/O によってアクセスできる情報は， 単なるスイッチにとどまらない。
4. たとえば，タイマICにより，時刻の情報を読み取ることができる。
5. たとえば A/D コンバータを使うと， アナログ信号をディジタル化して読み込むことができる。
6. たとえば D/A コンバータを使うと， ディジタル値をアナログ信号にして出力できる。

3.3 スイッチの入出力と，実用(風)プログラムの例

#include ...;
main()
{
	int ai,ao;
	int b,i;
	
	ai=0x50;
	ao=0x60;

	while(1){
		b=inportb(ai);
		if( ( (b && 1)!= 0) & ( (b && 2)!= 0) & ( (b && 4)== 0 ) ){
			i=0;
		}else{
			i=1;
		}
		outportb(ao, i);
	}
}	

1. このプログラムは， 2人乗り自動車の室内灯の点灯制御プログラムである。
2. ハードウエアは，3.1節の結線に準じている。
   ただし，
   • SW-a は，運転席ドアが閉じていることを示す。
   • SW-b は，助手席ドアが閉じていることを示す。
   • SW-c は，室内灯スイッチがonであることを示す。
   • LED-p を室内灯とみなすこととする。
3. 室内灯が消灯する条件は，次の3行のすべてが満たされたときである。
   • 運転席ドアが閉じている ... SW-a == 1
   • 助手席ドアが閉じている ... SW-b == 1
   • 室内灯スイッチがoffである ... SW-c == 0
4. if 文は，次のように書き換えてもよい：
   if( (b && 7)== 3 ){

3.4 タイマと，実用(風)プログラムの例

#include <stdio.h>
main()
{
	int a;
	int h,m,s;
	
	a=0x70;

// 略

	h=inportb(a);
	m=inportb(a+1);
	s=inportb(a+2);

	printf("time = %d:%d:%d\n", h, m, s);

// 略
		

1. ここでは次の仮定をしてプログラムを作った。
   ・0070(16)番地からタイマICが組み込まれている
   ・+0 番地には時間のデータがはいる
   ・+1 番地には分のデータがはいる
   ・+2 番地には秒のデータがはいる
   

3.5 A/D,D/A コンバータと，実用(風)プログラムの例

#include <stdio.h>
main()
{
	int a1,a2;
	int va,vb,vc,vd,vmax,vmean;
	int s;
	
	a1=0x80;
	a2=0x90;

// 略

	while(1){
		va=inportb(a1);
		s=va;
		vmax=va;

		vb=inportb(a1+1);
		s=s+vb;
		if(vb>vmax){ vmax=vb: }

		vc=inportb(a1+2);
		s=s+vc;
		if(vc>vmax){ vmax=vc: }

		vd=inportb(a1+3);
		s=s+vd;
		if(vd>vmax){ vmax=vd: }

		vmean=s/4;

		if(vmax>vmean+20){ /* 一個所高温→火事!? */
			printf("KaJiNoOSoReGaARiMaSu!\n");
			outportb(a2, 0);
		}else if(vmean<36){ /* 摂氏18度以下 */
			printf("SaMuIDeSu!\n");
			outportb(a2, 40);
		}else if(vmean<40){ /* 摂氏20度以下 */
			printf("ChoUDo DeSu!\n");
			outportb(a2, 20);
		}else{ /* 摂氏20度を超える */
			printf("TaKaME DeSu!\n");
			outportb(a2, 0);
		}
	}

// 略

		

1. ここでは次の仮定をしてプログラムを作った。
   
2. ・0080(16)番地から8bitの A/Dコンバータが組み込まれている
   ・+0 番地には A/D-a のデータがはいる
   ・+1 番地には A/D-b のデータがはいる
   ・+2 番地には A/D-c のデータがはいる
   ・+3 番地には A/D-d のデータがはいる
   
3. 各A/Dコンバータは温度センサとつながっており，
   データが 0 の時は 0.0 ℃,
   データが 1 の時は 0.5 ℃,
   データが 2 の時は 1.0 ℃,
   データが 3 の時は 1.5 ℃,
   (略)
   データが 40 の時は 20.0 ℃,
   データが 41 の時は 20.5 ℃,
   (略)
   データが 100 の時は 50.0 ℃,
   という関係になっているとする。
4. 0090(16)番地に 8bitの D/Aコンバータが組み込まれている
   
5. D/Aコンバータはヒータとつながっており， D/Aコンバータの設定値とヒータの発熱量は、
   データが 0 の時は 0.0 kcal,
   データが 1 の時は 0.1 kcal,
   データが 2 の時は 0.2 kcal,
   (略)
   データが 40 の時は 4.0 kcal,
   データが 41 の時は 4.1 kcal,
   (略)
   という関係とする。

3.6 その他ちょっと実用的(風な)プログラムの例