《输入输出系统》PPT课件

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1、第10章输入输出系统重点：接口的概念；程序直接控制方式的基本接口及程序流程；程序中断方式的有关概念、中断优先权排队电路、屏蔽码改变中断优先级、中断方式的接口；DMA传送方式、DMA的周期挪用方式操作过程；几种I／0方式的比较。学时：410.1输入输出系统概述1.输入输出的特性(1)异步性外设的工作速度与CPU相差很大。为了能使主机和外设充分提高工作效率，则要求输入输出操作异步于CPU。(2)实时性输入输出的操作必须按各设备实际工作速度，控制信息流量和信息交换的时刻，这就是输入输出的实时性。(3)设备无关性输入输

2、出与具体设备无关，具有独立性。2.接口接口是一种为主机和外设传送信息而设置的硬件线路。3.接口的功能①实现主机和外围设备之间的数据传输控制②实现数据缓冲,以达到主机同外围设备之间的速度匹配。③接受主机的命令，提供设备接口的状态，并按照主机的命令控制设备。4.I／0接口的主要组成①数据缓冲寄存器②设备地址识别线路③设备状态字寄存器④主机命令字寄存器⑤数据格式转换线路⑥数据地址寄存器。⑦控制逻辑。5.接口的编址方式(1)统一编址方式是把I/0端口当做存储器的单元进行分配地址。优点：不需要专门的输入输出指令，并使CP

3、U访问I0的操作更灵活、更方便，此外还可使端口有较大的编址空间。缺点：端口占用了存储器地址，使内存容量变小。再者，利用存储器编址的I/0设备进行数据输入输出操作执行速度较慢。(2)单独编址方式是指I/0端口地址与存储器地址无关，是单独编址，CPU需要设置专门的输入输出指令访问端口。优点：输入输出指令与存储器指令有明显区别，程序编制清晰、利于理解。缺点：输入输出指令少，一般只能对端口进行传送操作，尤其需要CPU提供存储器读/写、I/0设备读/写两组控制信号，增加了控制的复杂性。6.信息交换的控制方式(1)程序直接

4、控制方式(2)程序中断控制方式(3)直接存储器存取控制方式(DMA)(4)通道方式(5)外围处理机方式程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备，而DMA方式、通道方式和PPU方式适用于数据传输率比较高的设备。目前，小型机和微型机中大都采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式。通道方式和PPU方式大都用在中、大型计算机中。7.接口的分类(1)串行接口接口和设备之间是一位一位地串行传送信息，而接口和主机之间则是按字或字节并行传送。接口能完成“串”转“并”或“并”转“串”的转换。(2)并行接口不管

5、是接口与设备，还是接口与主机之间都是按字或字节并行传送数据信息。10.2程序直接控制方式1.基本原理程序直接控制方式的基本原理是用程序实现主机与外设间的信息交换。2.程序查询方式的接口程序查询方式基本接口示意图如图10.1所示。传送一个数据的过程如下(见图10.1上的序号)：①CPU通过接口启动外设工作，将BS触发器置1，请求传送数据，同时将RD触发器置0；②外设动作开始；③外设传送数据，同时CPU从I/O接口读入状态字；④假如这个设备没有准备就绪，则第③步重复进行，一直到这个设备准备好交换数据，将RD触发器置

6、1；⑤向CPU发出准备就绪信号“Ready”；CPU从I／O接口的数据缓冲寄存器输入数据，或者将数据从CPU输出至接口的数据缓冲寄存器。与此同时，CPU将接口中的状态标志复位。显然，这种方式的优点是CPU的操作可以和I／O设备操作同步，且接口硬件比较简单。但缺点是，当程序进入循环时，CPU只能踏步等待，不能处理其他任务。10.3程序中断方式10．3．1中断的定义中断是指计算机系统运行时，出现来自处理机以外的任何现行程序不知道的事件，CPU暂停现行程序，转去处理这些事件，待处理完备，再返回原来的程序继续执行，这个

7、过程称为中断，这种控制方式称为中断控制方式。它有4个特点:①数据的输入输出要经过CPU；②一般用来连接低速设备；中断的作用（1）CPU与I/O设备并行工作（2）硬件故障处理：计算机运行时，如硬件出现某些故障，机器中断系统发出中断请求，CPU响应中断后自动进行处理。（3）实现人机联系：（4）实现多道程序和分时操作：计算机实现多道程序运行是提高机器效率的有效手段。多道程序的切换运行需借助于中断系统。在一道程序的运行中，由I/O中断系统切换到另外一道程序运行。也可以通过分配每道程序一个固定时间片，利用时钟定时发中断进

8、行程序切换。（5）实现实时处理：实时处理是指在某个事件或现象出现时及时地进行处理，而不是集中起来再进行批处理。这些事件出现的时刻是随机的，而不是程序本身所能预见的，因此，要求计算机中断正在执行的程序，转而去执行中断服务程序。（6）实现应用程序和操作系统的联系：（7）多处理机系统各处理机间的联系：请求CPU中断的设备或事件称为中断源。根据中断源的不同类别，可以把中断分为内中断和外中断两种