计算机系统组成与结构ppt第10章

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1、第十章输入输出结构10.1异步数据传输10.2可编程I/O10.3中断10.4直接存储器访问10.5I/O处理器10.6串行通信10.7实例：串行通信标准计算机组成与结构1湖南大学计算机与通信学院为了有效地执行功能，计算机除了能实现与存储器的交互，还应能与外部世界和设备交互信息，所有这些与计算机进行交互的设备可以归类为输入输出设备（I/O设备）举例：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪输出设备：显示器、打印机输入/输出设备：硬盘、调制调解器计算机组成与结构2湖南大学计算机与通信学院输入/输出设备通过系统的地址总线、数据

2、总线、控制总线和CPU相连（如图10.1）图10.1CPU与I/O设备的连接地址总线：单向数据总线：单/双控制总线：单向(状态)10.1异步数据传输计算机组成与结构3湖南大学计算机与通信学院根据是源还是目的设备启动传送以及是否使用握手，异步数据传送可分为四种不带握手的源启动数据传送不带握手的目的启动数据传送带握手的源启动数据传送带握手的目的启动数据传送计算机组成与结构4湖南大学计算机与通信学院10.1.1源启动数据传送源设备输出数据选通控制信号并维持一段时间目的设备读入数据源设备使控制信号和数据无效图10.2不

3、带握手的源启动数据传送（a）时序计算机组成与结构5湖南大学计算机与通信学院10.1.2目的启动的数据传送目的设备传输选通信号给源设备一段时间后源设备使数据有效，并将数据稳定一段时间目的设备读入数据后置数据选通信号无效源设备停止传输有效数据图10.3不带握手的目的启动数据传送（a）时序计算机组成与结构6湖南大学计算机与通信学院10.1.3握手不带握手的数据传送无需确认数据收到，适合于在规定的时间内传送。当每次传送所花费的时间不同时，设备可采用握手（handshaking）方式来协调数据传送。计算机组成与结构7湖南

4、大学计算机与通信学院带握手的源启动数据传送源设备置数据请求信号为高，然后使有效数据可用数据稳定后，目的设备读取此数据目的设备读完数据，就发送一个数据确认信号给源设备源设备停止传输有效数据，目的设备复位数据确认信号图10.4带握手的源启动数据传送（a）时序计算机组成与结构8湖南大学计算机与通信学院带握手的目的启动数据传送目的设备传输一个数据选通信号，源设备使有效数据可用数据稳定后，目的设备读取此数据目的设备读完数据，就发送一个数据准备就绪信号给源设备源设备停止传输有效数据，目的设备复位数据准备就绪信号图10.5带

5、握手的目的启动数据传送（a）时序计算机组成与结构9湖南大学计算机与通信学院可编程I/O（programmedI/O）用指令编程来控制CPU输入或输出数据。可编程I/O的编址方式独立编址有专门的指令访问I/O端口存储器编址把I/O端口视为存储器的一个单元，采用存储器存取指令即可访问它们10.2可编程I/O计算机组成与结构10湖南大学计算机与通信学院相对简单CPU，其结构不能采用独立的I/O方式，但可利用存储器编址I/O方式例：执行指令LDACFFFF为了实现此I/O端口，设计硬件如图10.6图10.6地址为FFF

6、FH的输入端口当地址总线上的值为FFFFH，控制信号READ=1时，三态缓冲器才选通计算机组成与结构11湖南大学计算机与通信学院用相对简单的CPU设计自动调温器，它控制房间的加热和制冷系统，它可能执行下列操作：由外部传感器读取温度；如果（温度≥自动调温器的设置温度+2°），则打开空调；如果（温度≤自动调温器的设置温度且空调打开），则关空调；如果（温度≤自动调温器的设置温度-2°），则打开加热器；如果（温度≥自动调温器的设置温度且加热器打开），则关加热器；返回至1。计算机组成与结构12湖南大学计算机与通信学院CP

7、U从存储器编址输入端口地址FFFFH中读取当前温度CPU从端口地址FFFEH中获取调温器的设定温度CPU向地址为FFFDH的输出端口中写入下面的值，以控制加热器和空调系统。01=打开空调02=关闭空调03=打开加热器04=关闭加热器4.当前状态存贮于存储单元1000H中00=加热器和空调均关闭FF=加热器打开FE=空调打开计算机组成与结构13湖南大学计算机与通信学院10.2.1新指令为了修改相对简单CPU以支持独立的I/O方式：必须在CPU指令集中增加输入、输出指令；产生必要的新控制信号；在状态图中增加新状态；

8、开发RTL代码支持新状态；修改寄存器、ALU和控制单元硬件来支持新的指令；计算机组成与结构14湖南大学计算机与通信学院增加两条新指令：一条输入数据、一条输出数据。如表10.1所示指令指令码操作INPT00100000ΓAC←输入端口ΓOTPT00100001Γ输出端口Γ←AC表10.1相对简单CPU的独立I/O指令计算机组成与结构15湖南大学计算机与通信学院10.3.1CPU和I/O设