包健 计算机组成原理与系统结构第2版第8章.ppt

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1、第八章输入输出系统概述8.1输入输出接口8.2主机与外设交换信息的方式8.3中断系统8.4本章小结2TheEnd!38.1概述输入输出系统的构成一外设与CPU的连接二I/O指令格式三4一、输入输出系统的构成外设的地位和作用1外设的特点2外设的分类3外设的编址方式451、外设的地位和作用外部设备在计算机系统中的作用可以分为四个方面：外部设备是人机对话的重要设备外部设备是完成数据媒体变换的设备外部设备是计算机系统软件和信息的驻在地外部设备是计算机在各领域应用的重要工具62、外设的特点外设具有工作速度差异大、结构原理差异大、时序独立、异步性明显等特点，处理的信息从数

2、据格式到逻辑时序一般不可能直接与CPU兼容。计算机与I/O设备间的连接与信息交换不能直接进行，而必须设计一个“接口电路”作为两者之间的桥梁，使CPU和外设协调工作，这种I/O接口电路又叫“I/O适配器”（I/OAdapter）。73、外设的分类按照功能可分为输入设备和输出设备两大类：输入设备用于将各种形式的外部信息转换为计算机所能识别的二进制信息输出设备则用于将计算机中的二进制信息转换为人或其他机器所能识别的信息形式。按照外设的工作速度又可以分为低速设备、中速设备、高速设备。例如，键盘、鼠标是常见的低速设备，磁盘是常见的高速设备。根据外设在计算机系统中所起的作

3、用，可以分为人—机交互设备、外存储器设备、通信设备。84、外设的编址方式统一编址（存储器映射方式）外设的编址方式独立编址（I/O映射方式）9统一编址一个I/O端口等同于一个存储器单元。应用：Motorola系列、Apple系列微型机及一些单片机和单板机。优点：指令系统中不设置专用的I/O指令，用功能很强的访存指令(如LOAD/STORE或者MOV)来访问I/O端口，通过地址来区分访问的是存储器还是I/O端口。外设数目或I/O寄存器数几乎不受限制。微机的读写控制逻辑较为简单。10统一编址缺点：I/O端口占用部分主存空间，可用主存空间减小；访存指令较长，执行速度较

4、慢；I/O端口地址译码电路复杂，译码时间较长。11独立编址I/O端口地址空间与存储器地址空间相互独立。指令系统中设置了专用的I/O指令，用I/O指令来访问I/O端口，用访存指令来访问存储器，因此，虽然I/O端口地址与存储器地址有部分重叠，但通过指令可以区分。应用：IBM-PC系列、Z-80系列微型机及一些大型机。优点：I/O端口地址不占用存储器地址空间；I/O端口数量不多，占用地址线少，地址译码简单，速度较快；使用专用I/O命令(IN/OUT)，指令短，执行速度快，可读性强。12独立编址缺点：专用I/O指令增加指令系统复杂性，且I/O指令类型少，程序设计灵活性

5、较差；要求处理器提供MEMR/MEMW和IOR/IOW两组控制信号，增加了控制逻辑的复杂性。Intel系列微机I/O编址Intel系列微处理器支持I/O独立编址方式和I/O统一编址（存储器映象编址）方式。Intel系列微机系统仅支持I/O独立编址方式。13二、外设与CPU的连接CPU访问外设的实质是访问外设接口中的寄存器(端口)。相比存储器的访问，CPU访问外设的过程是完全等同的，不同的是所发送的读写信号有区别。外设接口通过总线与CPU连接14三、I/O指令格式专用的I/O指令包含操作码、命令码和地址码三部分：操作码用于区分访存指令和I/O指令命令码用于区分I

6、/O操作的种类地址码则指明要访问的外设端口地址以及CPU寄存器号15三、I/O指令格式IBM/PC机的I/O指令只有两条：IN和OUTIN指令将外设端口中的数据读入累加寄存器AL(AX)。OUT指令将累加寄存器AL(AX)的数据写入外设端口。它们的汇编助记符及格式如下：端口地址为8位INAL/AX，port；输入指令OUTport，AL/AX；输出指令Port为8位的端口地址（0～255）；端口地址为16位MOVDX，portINAL/AX，DX；输入指令OUTDX，AL/AX；输出指令DX内为16位的端口地址port。16三、I/O指令格式80286以上的C

7、PU还支持I/O端口与内存直接交换数据：输入操作：MOVDX，PortLESDI，Buffer_inINSB；（将DX所指向的端口地址内的数据输入到由ES：DI所指向的内存单元，传送一个8位的数据）INSW；同上，传送一个16位的数据输出操作：MOVDX，PortLDSSI，Buffer_outOUTSB；（将由DS：SI所指向的内存单元内的数据输出到DX所指向的端口地址，传送一个8位的数据）OUTSW；同上，传送一个16位的数据178.2输入输出接口一、I/O接口的功能输入输出接口二、I/O接口的组成18一、I/O接口的功能I/O接口的功能如下：实现数据缓冲

8、执行CPU的命令返回外设的状态设备选择