计算机硬件技术基础 张晓蕾 第4章

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1、第4章输入/输出技术对于计算机系统来说，除了处理器和存储部分以外，就是输入/输出系统，随着技术的发展，输入/输出设备的种类和数量也越来越多，这些设备的工作方式及运行速率各有不同，它们如何与高速运算的主机协同工作是很重要的问题。因此I/O系统是计算机系统中最具多样性和复杂性的子系统。本章要点4.1输入/输出系统概述4.2常用输入/输出方法4.3中断技术4．4常用接口标准4.5实例：计算机中的接口信息习题本章逻辑结构4.1输入/输出系统概述4.1.1输入/输出系统的特点4.1.2输入/输出接口的基本功能4.1.3I/O端口4.2常用输入/输出方法4.2.1程序控制方式4.

2、2.2中断控制方式4.2.3直接存储器存取方式（DMA）4.2.4I/O通道控制方式本章逻辑结构4.3中断技术4.3.1中断的一般概念4.3.2中断响应的工作过程4.3.38086/8088的中断系统4.3.4保护模式下的中断响应4．4常用接口标准4.4.1并行接口的标准4.4.2RS-232-C串行接口标准本章逻辑结构4.5实例：计算机中的接口信息4.5.1通过Windows中的“系统信息”工具了解接口信息4.5.2通过工具软件了解接口信息习题4.1输入/输出系统概述4.1.1输入/输出系统的特点1．多样性计算机的输入/输出系统的多样性不仅表现在输入/输出设备的种类

3、、功能、技术指标等诸多方面，还表现在这些设备广泛地涉及到机、光、电、磁、声、自动控制等多种学科。2．复杂性输入/输出系统的复杂性表现在两个方面：第一是隐藏在操作系统中的入/输出复杂性，这样一般用户仅通过一些简单的命令或程序调用就能使用输入/输出设备；第二是处理器本身和操作系统所产生的一系列随机事件也要调用输入/输出系统来进行处理，如中断与自陷等。3．异步性外设相对于CPU通常是异步进行工作的。对于外设来说，它是准备好以后再向处理器申请服务，对于处理器来说这个时刻一般是随机的，这就造成了外设相对于处理器的异步性和时间上的任意性。4.1输入/输出系统概述4．实时性由于各种

4、不同的外设对处理器请求处理的紧急程度不同，对于某些设备来说，如果错过了服务的时机，就可能丢失数据或造成外围设备工作的错误。例如，若出现页面失效、非法指令、地址越界等，就要求处理器能够及时处理。因此处理器必须具有与各种设备相配合的多种工作方式，包括程序控制方式、中断方式、直接存储器存取方式等。5．与设备无关性外设的类型、特性繁多，并且输出数据和接收数据的方式、数据的格式差异很大，连接方式也不尽相同，计算机为了能够适应各种外设的不同要求，制定了一些独立于具体设备的标准接口，如并行、串行、SCSI接口等。4.1输入/输出系统概述4.1.2输入/输出接口的基本功能主机通过总线

5、与各种类型的输入/输出设备相连，并且相互交换信息。由于输入/输出设备之间存在很大差异，如工作方式、速率、结构等，因此各种输入/输出设备必须通过相应的I/O接口才能与主机交换信息。简单来说，接口可以看作是它所连接的两个部件之间的转换器。接口、主机、外部设备之间的连接如图4.1所示。图4.1接口、主机、外部设备连接图4.1输入/输出系统概述接口的功能可以概括为以下几个方面：1.数据缓冲通常CPU与外设之间的工作速度不能完全匹配，在数据传送过程中难免有待，所以接口在外设和计算机系统其它部件之间起到缓冲区的作用，以匹配各种设备在速度上的差别。2.数据转换接口可以完成任何要求的

6、数据转换，如并-串、串-并转换，由于一些通信设备中的信号是以串行方式进行传输的，而计算机中数据是以并行方式输入/输出的，所以需要进行串-并转换，如从CPU并行输出的数据应能转换成串行数据逐位输出到外部设备中去；反之亦然，可以将串行收到的数据转换成并行数据以便CPU接收。当然在转换过程中，依据通信规程还要加进一些同步信号等。4.1输入/输出系统概述3.控制功能接口可以根据CPU的要求（发出的指令信息）来控制外围设备的启动与停止。4.传送命令与状态信息接口可以将CPU发出的命令传送到外设中，而外设工作过程中的状态信息能通过接口反馈到主机中。5.程序中断每当外设向CPU请求

7、某种动作时，接口即发送一个请求信号到CPU，如中断。6.地址译码在计算机系统中，每一个外设都被赋予相应的地址编码，外设接口电路能进行地址译码，从而决定选择哪一个设备。除了上述功能之外，接口还可以完成一些特殊的功能，如接口设有地址寄存器和字节计数器，在需要时可以修改字节计数器或地址寄存器；一般的接口电路都是可以编程控制的，能根据CPU命令进行功能变换。4.1输入/输出系统概述4.1.3I/O端口端口是指I/O接口中供CPU直接存取访问的那些寄存器或某些特定电路。一个I/O接口可以包括若干个端口，如数据端口、命令端口、状态端口、方式端口、操作端口、地址索