第9章 输入输出系统(终)

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1、1蒋本珊编著中国计算机学会“21世纪大学本科计算机专业系列教材”计算机组成原理2第9章输入输出系统3计算机的输入输出系统是整个计算机系统中最具有多样性和复杂性的部分，本章首先讨论主机与外设之间的连接问题，重点介绍程序查询方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式等4种输入输出控制方式。4本章学习内容9.1主机与外设的连接9.2程序查询方式及其接口9.3中断系统和程序中断方式9.4DMA方式及其接口9.5通道控制方式5本章学习要求了解：接口的基本组成，接口和端口概念了解：程序查询方式的特点和工作流程理解：程序中断的基本概念，程序中断与调用子程序的区别掌握：CPU响应

2、中断的条件和中断隐指令概念理解：中断的各个过程了解：DMA方式的特点和DMA接口的组成理解：DMA传送方法和DMA传送过程。了解：通道控制方式和通道控制的类型了解：总线控制69.1主机与外设的连接现代计算机系统中外部设备的种类繁多，各类外部设备不仅结构和工作原理不同，而且与主机的连接方式也是复杂多变的。79.1.1输入输出接口主机和外设的连接方式有辐射型连接、总线型连接等。输入输出接口（I/O接口）是主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。主机和外设之间进行信息交换为什么一定要通过接口呢？这是因为主机和外设各自具有自己的工作特点，它们在

3、信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。81.接口的功能⑴实现主机和外设的通信联络控制接口中的同步控制电路用来解决主机与外设的时间配合问题。⑵进行地址译码和设备选择任何一个计算机系统都配备有多种外设，同一种外设也可能配备多台，主机在不同时刻要与不同外设交换信息，当CPU送来选择外设的地址码后，接口必须对地址进行译码以产生设备选择信息，使主机能和指定外设交换信息。9.1.2接口的功能和基本组成91.接口的功能（续）⑶实现数据缓冲在接口电路中，一般设置有一个或几个数据缓冲寄存器，用于数据的暂存，以避免因速度不一致而丢失数据。在传送过程中，

4、先将数据送入数据缓冲寄存器中，然后再送到输出设备或主机中去。⑷数据格式的变换在输入或输出操作过程中，为了满足主机或外设的各自要求，接口电路中必须具有实现各类数据相互转换的功能。例如：并－串转换、串－并转换、模－数转换、数－模转换以及二进制数和ASCII码的相互转换等。101.接口的功能（续）⑸传递控制命令和状态信息当CPU要启动某一外设时，通过接口中的命令寄存器向外设发出启动命令；当外设准备就绪时，则有“准备好”状态信息送回接口中的状态寄存器，为CPU提供反馈信息，告诉CPU，外设已经具备与主机交换数据的条件。当外设向CPU提出中断请求和DMA请求时，CPU也应有

5、相应的响应信号反馈给外设。11接口中要分别传送数据信息、控制信息和状态信息，数据信息、控制信息和状态信息都通过数据总线来传送。大多数计算机都把外部设备的状态信息视为输入数据，而把控制信息看成输出数据，并在接口中分设各自相应的寄存器，赋以不同的端口地址，各种信息分时地使用数据总线传送到各自的寄存器中去。2.接口的基本组成12图9-1接口与主机、外设间的连接示意图接口与主机、外设间的连接示意图13接口与端口是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。通常，一个接口中包含有数据端口、命令端口和状态端口。存

6、放数据信息的寄存器称为数据端口，存放控制命令的寄存器称为命令端口，存放状态信息的寄存器称为状态端口。CPU通过输入指令可以从有关端口中读取信息，通过输出指令可以把信息写入有关端口。2.接口的基本组成（续）14CPU对不同端口的操作有所不同，有的端口只能写或只能读，有的端口既可以读又可以写。例如：对状态端口只能读，可将外设的状态标志送到CPU中去；对命令端口只能写，可将CPU的各种控制命令发送给外设。为了节省硬件，在有的接口电路中，状态信息和控制信息可以共用一个寄存器（端口），称之为设备的控制/状态寄存器。2.接口的基本组成（续）15输入输出接口的分类可以从不同的角

7、度来考虑。⑴按数据传送方式分类⑵按主机访问I/O设备的控制方式分类⑶按功能选择的灵活性分类⑷按通用性分类⑸按输入输出的信号分类⑹按应用来分类3.接口的类型16为了能在众多的外设中寻找或挑选出要与主机进行信息交换的外设，就必须对外设进行编址。外设识别是通过地址总线和接口电路中的外设识别电路来实现的，I/O端口地址就是主机与外设直接通信的地址，CPU可以通过端口发送命令、读取状态和传送数据。9.1.3外设的识别与端口寻址17I/O端口编址方式有两种：一种是I/O映射方式，即把I/O端口地址与存储器地址分别进行独立的编址；另一种是存储器映射方式，即把端口地址与存储器地址

8、统一编址。