计原及汇编 输入输出系统及外围设备

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1、第七章输入输出系统及外围设备一、输入输出系统的基本功能管理主机与外设以及外设与外设之间的信息交换，由硬件和软件共同完成此项任务。二、输入输出系统的组成1、软件计算机总线2、硬件输入/输出接口第一节输入输出系统概述三、输入/输出接口概述主机设备译码及选择数据缓冲寄存器命令寄存器状态寄存器地址信息数据信息命令信息状态信息外设数据端口命令端口状态端口命令信息状态信息数据信息接口输入/输出接口分类：1、按数据传送方式分：串行、并行2、按CPU访问外设的控制方式：程序查询、中断、DMA、通道控制、I/O

2、处理机3、按是否需要统一的控制时钟：同步、异步4、按通用性：通用、专用三、输入/输出接口概述第二节主机与外设间的连接方式主机I/OI/OI/O1、星型连接方式各设备与主机的连接接口逻辑设计在主机内。主机I/OI/O2、总线型连接方式主机通过一组公共的系统总线与外设接口连接。接口：标准接口逻辑：挂在总线上；非标准接口逻辑：与各种不同设备相连。3、通道方式由通道来管理I/O操作。主机通道通道I/OI/OI/OI/O4、输入输出处理机（IOP）方式采用IOP管理I/O操作。1、输入输出设备的编址（1）

3、独立编址（2）统一编址2、输入输出指令（1）通常的输入输出指令（2）通道指令通道用于执行I/O操作的指令第三节输入输出设备的编址与输入输出指令操作码命令码设备码第四节主机与外设间信息传输的控制方式一、程序直接控制方式1、立即程序传送方式基本思想I/O接口：总是准备好接收或发送的数据CPU：无须查询接口状态优缺点：简单，实时，局限性应用：开关/LED显示器等控制2、程序查询方式基本思想I/O接口：设置反映外设工作的状态字CPU：利用程序循环查询优缺点：代价低，CPU利用率低应用：调试维护过程或其他

4、简单调用外设。一、程序直接控制方式预置传送参数启动外设查询外设状态外设准备就绪？一次数据传送修改传送参数传送结束？结束开始是否是否二、程序中断方式基本思想I/O接口：中断请求CPU：中断响应，执行中断处理程序，中断恢复优缺点：提高CPU利用率，复杂（和程序查询方式比）传输效率受限（和DMA方式比）开中断启动外设CPU继续执行指令指令结束？CPU中断响应中断服务程序是否外设工作外设准备就绪发出中断请求中断请求？否是取下一条指令关中断，保护现场恢复现场，开中断中断返回CPU中断判优丰富的应用：中慢速

5、外设，使CPU与I/O设备并行工作处理突发故障实时处理系统调度：多道程序/页面调度人机对话其它高级处理方式：多机通讯/DMA等二、程序中断方式相关的概念（1）中断源引起中断的原因，可以是外设、故障、人为等。外部中断（源）：来自CPU外部（外设等）内部中断（源）：来自CPU内部二、程序中断方式（2）中断屏蔽问题中断屏蔽：忽略中断请求，保证CPU在执行重要程序段时不被中断。根据中断允许标志位IF，外中断分为两类可屏蔽中断：受IF控制不可屏蔽中断：不受IF控制二、程序中断方式（3）中断服务程序入口地

6、址形成方式向量中断法中断向量：中断处理程序的入口地址中断向量表：集中存放的中断向量，一般放在特定的位置。可以通过中断码得到对应中断处理程序的入口地址。二、程序中断方式8086/8088中断向量与中断向量表偏移量IP=（4N，4N+1）段基值CS=（4N+2，4N+3）8086中断向量表结构CSIPCSIPCSIP000H004H3FCH类型0类型1类型2558086中断类型码分配表用户自定义32~255系统扩展保留5~31溢出中断INT04断点中断INT33不可屏蔽中断NMI2单步中断1除法

7、出错0中断源中断类型码二、程序中断方式（4）中断嵌套问题中断优先级：中断请求的重要性中断嵌套：在低级中断处理中响应高级中断请求二、程序中断方式两级中断嵌套示意中断的基本过程（1）中断请求外设等中断源向CPU发中断请求（通过接口）（2）中断判优当多个中断请求到达时，决定先响应哪个请求？（3）中断响应CPU发中断响应到外设等（4）中断处理进入中断服务程序，完成相关处理（5）中断返回恢复断点等二、程序中断方式三、直接存储器存取（DMA）方式基本思想：DMA控制器：DMA请求；可以拥有总线控制权；数据传

8、输控制。CPU：DMA响应；移交总线控制权到DMA控制器；结束处理。优缺点：代价高（和中断方式比）（数据块）传输效率高（和中断方式比）主要应用：外存等高速外设，如磁盘接口、网络通讯接口、高速数据采集接口等。DMA初始化外设准备就绪？DMA请求DMA响应字数计数器=0？是否是否一次数据传送字数计数器-1DMA结束向CPU申请中断DMA的基本过程（1）初始化（2）DMA请求向CPU请求DMA操作（3）DMA响应CPU在总线周期结束后查询DMA请求，DMA响应后CPU移交总线控制权（4）DMA传送由D