第7章输入输出接口

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1、实验报告时间备选：15周周三晚、周六下午、周六晚上、周日晚7.6 DMA方式方式7.5 程序中断方式程序中断方式7.4 程序查询方式程序查询方式7.3 I/O接口接口7.2 外部设备外部设备7.1 概述概述计算机计算机I/O系统结构图系统结构图7.1 概概 述述一、输入输出系统的发展概况一、输入输出系统的发展概况1. 无无I/O技术技术2. 程序查询程序查询I/O方式方式3. 程序中断方式程序中断方式4. 直接内存存取直接内存存取(Direct Memory Access, DMA)方式方式5. 通道通道(Channel)方式方式6. 外围处理机外围处理机(Peripheral Process

2、or Unit, PPU)方式方式1、无、无I/O技术技术(1) 辐射式连接辐射式连接 外设外设 外设外设 外设外设 主主机机特点特点（1）每个）每个I/O设备利用各自的逻辑控制电路与设备利用各自的逻辑控制电路与CPU相连相连（2）I/O与与CPU交换信息时，交换信息时，CPU必须停止其他工作必须停止其他工作（3）I/O设备控制电路与设备控制电路与CPU控制器紧密结合不分隔控制器紧密结合不分隔缺点：线路复杂缺点：线路复杂缺点：效率低下缺点：效率低下缺点：不易扩充设备缺点：不易扩充设备（2）总线及接口技术的引入）总线及接口技术的引入 主主 机机接接 口口接接 口口设设 备备 1设设 备备n 总线

3、总线特点：特点：1）总线连接，易于删减设备，故障率低）总线连接，易于删减设备，故障率低 2）接口可以使不同的外设更方便的接入计算机系统）接口可以使不同的外设更方便的接入计算机系统2、程序查询、程序查询I/O方式方式CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态未准备就绪未准备就绪N数据传送数据传送YCPU主动去查询外设主动去查询外设 在这种方式中数据在在这种方式中数据在CPU与外围设备之间的传送完全与外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制，是在靠计算机程序控制，是在CPU主动控制下进行的当输入主动控制下进行的当输入输出时，输出时，CPU暂停执行本程序，转去执行输入输出的服务暂停执行本程序，转去执行输

4、入输出的服务程序，根据服务程序中的程序，根据服务程序中的I/O指令进行数据传送指令进行数据传送踏步等待踏步等待3. 程序中断方式程序中断方式I/O 工作工作CPU 不查询不查询CPU 暂停现行程序暂停现行程序自身准备自身准备与主机交换信息与主机交换信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 启动启动 I/O设备设备现行程序现行程序 中断服务程序中断服务程序KK+1没有踏步等待现象没有踏步等待现象中断现行程序中断现行程序程序中断方式流程程序中断方式流程CPU 向向 I/O 发读指令发读指令CPU 读读 I/O 状态状态检查状态检查状态完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 设备工作设

5、备工作准备就绪准备就绪CPU I/O从从 CPU 向主存写入一个字向主存写入一个字CPU 主存主存从从 I/O 接口中读一个字到接口中读一个字到CPUI/O CPU中断请求中断请求I/O CPU出错出错是是否否未错未错4. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之间有一条直接数据通道之间有一条直接数据通道不中断现行程序不中断现行程序周期挪用（周期窃取）周期挪用（周期窃取）CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存

6、之间的传送与主存之间的传送三种方式的三种方式的 CPU 工作效率比较工作效率比较存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存与主存之间的传送之间的传送CPU 执行执行现行程序现行程序CPU查询等待并传输查询等待并传输I/O数据数据CPU 执行执行现行程序现行程序启动启动I/OI/O 准备及传送准备及传送指令执行周期结束指令执行周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序启动启动I/O中断请求中断请求I/O准备准备I/O准备准

7、备CPU 处理中断服务程序处理中断服务程序实现实现 I/O 与主机之间的传送与主机之间的传送间间断断启动启动I/O启动启动I/OI/O准备准备中断请求中断请求启动启动I/OI/O准备准备一个存取周期一个存取周期DMA请求请求程序程序查询查询方式方式程序程序中断中断方式方式DMA 方式方式I/O 准备及传送准备及传送间间断断I/O准备准备I/O准备准备5. 具有通道结构的阶段具有通道结构的阶段 CPUM.M通通 道道I/O特点：特点： 1）通道可以看作是一个）通道可以看作是一个I/O处理器，有专用通道指令。处理器，有专用通道指令。 2） I/O通道受通道受CPU控制：启动、停止控制：启动、停止

8、3）通道可以代替）通道可以代替CPU来控制来控制I/O设备以及控制设备以及控制I/O与主与主机进行数据交换。机进行数据交换。6. 具有具有 I/O 处理机的阶段处理机的阶段 I/O 处理机又称外围处理机（处理机又称外围处理机（PPU），基本独立于主机工作。），基本独立于主机工作。它即可以完成它即可以完成I/O控制，还可以完成码制转换、数据校验等功能。控制，还可以完成码制转换、数据校验等功能。使使I/O系统对主机来说独立性更高。系统对主机来说独立性更高。二、输入输出系统的组成二、输入输出系统的组成7.2 外部设备外部设备一、概述一、概述1.外设的基本组成外设的基本组成常用的常用的I/O设备设备输

9、输入入输输出出设设备备终端设备（键盘终端设备（键盘+显示器）显示器）汉字处理设备汉字处理设备A/D、D/A转换转换多媒体多媒体脱机输入脱机输入/输出设备（软磁盘数据站）输出设备（软磁盘数据站）显示器（字符、汉字、图形、图像）显示器（字符、汉字、图形、图像）打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）打印设备（点阵式打印机、激光打印机、喷墨打印机）绘图仪（平板式、滚筒式）绘图仪（平板式、滚筒式）语音输出语音输出输输出出设设备备键盘键盘图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图形输入设备（鼠标器、图形板、跟踪球、操纵杆、光笔）图像输入设备（摄像机、扫描仪、传真机）图像输入设备（摄像

10、机、扫描仪、传真机）条形码，光学字符识别，语言与文字输入条形码，光学字符识别，语言与文字输入输输入入设设备备7.3 I/O 接接 口口一、概述一、概述二、接口的功能和组成二、接口的功能和组成(1) 设备选择线设备选择线(2) 数据线数据线(3) 命令线命令线(4) 状态线状态线I/O 接口接口设备设备I/O 接口接口设备设备数据线数据线命令线命令线状态线状态线I/O总线总线设备选择线设备选择线1. 总线连接方式的总线连接方式的 I/O 接口电路接口电路2. 接口的功能和组成接口的功能和组成接口的主要功能有：接口的主要功能有：（1）地址识别与设备选择）地址识别与设备选择（2）接收、保存）接收、保

11、存CPU的的I/O控制命令控制命令 （3）反映外设的工作状态）反映外设的工作状态（4）信号转换）信号转换（5）数据格式、码制的转换与数据检错）数据格式、码制的转换与数据检错/纠错纠错 （6）传送数据）传送数据（7）中断）中断3. I/O 接口的基本组接口的基本组 成成 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控制逻辑电路控制逻辑电路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线接口中包含的端口接口中包含的端口数据端口数据端口