第九章+输入输出系统（1）

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1、第九章输入输出系统主机与外设的联系程序直接控制方式程序中断方式DMA方式及接口通道控制方式9.1主机与外设的联系主机与外设的连接方式外设的编址方式外设的定时方式信息交换方式9.1.1主机与外设的连接方式1、星型连接(初级阶段）优点：控制简单缺点：I/O与CPU是串行工作方式；结构复杂，连线多；增减设备困难9.1.1主机与外设的连接方式2、总线型优点：引入接口模块，使I/O设备与CPU之间可实行并行工作方式；结构简单，易于扩充缺点：信息吞吐量有限9.1.1主机与外设的连接方式3、结合型连接9.1.2外设的编址方式1、统一编址法又称存储器映像编址方式。将每一外设

2、端口视为一个存储单元，统一编排地址，即外设和存储器使用的是同一个地址空间。这样，就可利用访内指令去访问I/O端口，而不需要专门的I/O指令。CPU采用存贮器读写控制信号(如MEMR、MEMW)，并经地址译码控制来确定是访问存贮器还是访问I/O设备。9.1.2外设的编址方式优点：简化指令系统，无需专门的I/O指令缺点：I/O端口地址占用了一部分存储器地址空间；I/O指令码长，执行速度慢。9.1.2外设的编址方式2、单独编址法又称独立编址方式。I/O设备的地址空间和存贮器地址空间是两个独立的空间。CPU使用专门的IN(输入)和OUT(输出)等I/O指令来实现数据

3、传送。工作时，CPU对指令进行译码（例如：给出M/IO信号），区分是存储器读写操作还是I/O读写操作。优点：不占用存储器地址空间；缺点：需专门的I/O指令。9.1.2外设的编址方式9.1.3外设的定时方式1．I/O设备性能差异·形式：机、电、磁、光等；·信号：模拟量、数字量、电平、脉冲、电流、电压等；·速度：机械、人工操作---慢；电、磁、光---快2．定时方式I/O设备的速度差异很大，对于不同速度的外围设备，需要有不同的定时方式。以满足CPU与外围设备之间交换数据的需要。9.1.3外设的定时方式①速度极慢或简单的外围设备可认为其始终处于就绪状态，因此CPU

4、无须查询其工作状态，只要接收或发送数据即可。②慢速或中速的外围设备CPU与这类设备之间的速度不能匹配，需采用应答方式同步两者工作，完成数据传送。因此数据交换通常采用异步定时方式，或称为应答式数据交换。③高速的外围设备可采用同步定时方式，即CPU以等间隔的速率执行输入／输出指令。配有专用电路，产生同步时标。9.1.3外设的定时方式异步应答方式接口起了数据缓冲，状态存储的作用CPUI/O接口I/O设备readystrobe9.1.4信息交换方式为保证CPU与外设能可靠地发送和接收数据，针对不同性能的外设应采用不同的信息交换方式程序直接控制方式程序中断方式直接内存

5、访问（DMA）方式通道方式适合数据传输率比较低的外围设备数据传输率较高设备9.2程序直接控制方式无条件传送方式程序查询方式（有条件传送方式）9.2.1无条件传送方式由程序直接控制输入输出过程，又分为无条件传送和条件传送两种方式。无条件传送方式无条件传送适用于数据传送不太频繁的情况，(机械开关、数码显示器).所谓无条件，就是假设外设已处于就绪状态，数据传送时，程序不必再去查询外设的状态，而直接执行I/O指令进行数据传输。这种方式是最简单的传送方式，程序编制与接口电路设计都较为简单。但必须注意：9.2.1无条件传送方式·当简单外设作为输入设备时，其输入数据的保持

6、时间相对CPU的处理时间要长得多，所以可直接使用三态缓冲器与系统数据总线相连。当简单外设作为输出设备时，由于外设的速度较慢，CPU送出的数据必须在接口中保持一段时间，以适应于外设的动作，因此输出必须采用锁存器。9.2.1无条件传送方式无条件传送输入输出接口框图9.2.1无条件传送方式·CPU执行输入指令指令译码：选择信号M/IO、读命令RD有效地址译码有效：选中输入缓冲器使能输入缓冲器，外设数据送到数据总线CPU读取。·CPU执行输出指令指令译码：选择信号M/IO、写命令WR有效地址译码有效：选中输出锁存器CPU数据经数据总线打入锁存器外设读取。9.2.2程

7、序查询方式程序查询方式程序查询方式即条件传送方式。CPU通过执行程序不断读取并测试外设的状态，当输入设备处于准备好状态或输出设备处于空闲状态时，CPU执行输入或输出指令与外设交换数据。查询方式接口电路除了数据端口外，还应有传送状态信息的端口。特点：只要CPU启动I/O设备，CPU便不断查询I/O的准备情况，终止了原程序的执行框图：9.2.2程序查询方式9.2.2程序查询方式操作流程图：9.2.2程序查询方式查询式输入的接口电路框图9.2.2程序查询方式①输入设备将数据准备好后，向接口发送一个选通信号。由选通信号作为打入脉冲将数据打入接口的数据锁存器，同时置位

8、状态位“READY”（使D触发器置为“1”），至此，