第9章 输入输出系统及外围设备ppt课件.ppt

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1、第9章输入输出系统及外围设备计算机组成与汇编语言9.1概述9.2程序查询方式9.3程序中断方式第9章输入输出系统及外围设备9.4DMA方式9.5可编程I/O接口及其应用9.6输入输出系统的发展9.7外围设备本章要点输入输出系统的特点，I/O接口的基本组成和功能，I／O端口的访问程序查询方式程序中断方式DMA方式鼠标、显示器、激光打印机、光盘驱动器和闪存的分类及主要参数硬盘的工作原理、存储地址格式和主要技术指标9.1概述9.1.1输入输出系统的特点9.1.3I／O端口的访问9.1.2I/O接口的基本组成和功能输入输出设备种类繁杂，各种设备的性能各式各样，各有自己独立的控制和数据处理方式。各种

2、外设不能直接与CPU或系统总线连接，而必须通过某个中间电路，将不同外设与CPU交换的数据进行变换，统一为系统总线能接受的标准。解决这一系列的问题的中间电路及其控制程序（接口驱动程序）就是外设接口或者输入／输出接口(Input/OutputInterface，简称I／O接口)。9.1.1输入输出系统的特点对用户而言，输入输出系统的复杂性一般隐藏在操作系统之中。用户无需了解各种外设的具体工作细节，只要通过简单的命令或程序调用就能使用有关设备了。I/O系统的复杂性还表现在处理机本身和操作系统所产生的一系列随机事件的处理上，比如实时响应问题、数据传输出错问题、网络防范问题、系统保护问题、中断和自陷

3、问题等等。因此，输入输出系统应具备的特点集中反映在异步性、实时性和与设备无关性上。9.1.1输入输出系统的特点CPU的各种操作都是在统一的时钟信号作用下完成的，各种操作都有自己的总线周期。而不同的外部设备也有各自不同的定时与控制逻辑，且大都与CPU时序不一致。各个设备按照自己的时钟工作，它们相对于主机通常是异步工作的，但在某些时刻又必须接受处理机的控制。为此，必须考虑以下因素：①数据缓冲。在外设接口中应有相关数据寄存器或缓冲器。9.1.1输入输出系统的特点（1）异步性②数据传输的配合。外设与处理机之间直接传输一般是不可行的。当某个输入设备有准备好的数据需要向CPU传送或输出设备接口的数据寄

4、存器空可以接收数据时，一般要先向CPU提出服务请求，如果CPU响应请求，就转去执行相应的服务。对CPU来讲，这种请求可能是随机的。如此，输入／输出系统相对于CPU就存在操作上的异步性和时间上的任意性。一般来讲，一个微处理器要管理多台外部设备，要求在任意两次CPU与外设交往的时刻之间，CPU要能够全速运行它自己的程序，或管理其他外部设备，以保证CPU与外设之间及各外部设备自身之间都能并行工作，不必相互等待，从而提高整个系统的效率。要实现这一点，需要采用中断输人／输出方式或直接存储器存取(DMA)方式。9.1.1输入输出系统的特点（1）异步性处理机必须实时地按照不同设备所要求的传送方式和传送速

5、率为输入输出设备服务，包括从外设接收数据、向设备发送数据和有关控制信息，及时地处理数据传送中的错误，以及处理机本身的硬件和软件错误，如电源故障、数据校验错、页面失效等。在I/O设备提出中断、DMA等请求时，CPU要及时响应，完成必要的I/O操作或控制。9.1.1输入输出系统的特点（2）实时性为了能够适应各种外设的不同要求，通过制定统一的独立于具体设备的接口标准，包括物理接口和软件接口，使得应用程序依据这一接口可以访问或支持各种I/O设备。不同型号的外设可根据自己的特点和要求，选择一种标准接口与处理器相连。对连接到同一种接口上的外设，它们之间的差异由设备本身的控制器通过软件和硬件来填补。这样

6、，CPU能够通过统一的软件和硬件来管理各种各样的外部设备，而不需要了解各种外设的具体细节。9.1.1输入输出系统的特点（3）与设备无关性9.1.2I/O接口的基本组成和功能I／O接口是外部设备和处理器之间的连接“桥梁”，又称外设适配器。I／O接口与系统总线的联系信息有数据、地址及控制或状态信号。要使各种各样的输入／输出设备与处理器之间实现正常的信息传送，I／O接口必须具备的基本组成。CPU数据数据寄存器图9.1I／O接口连接处理器和外部设备I/O接口状态寄存器命令寄存器外设地址控制/状态信号控制状态数据地址与读/写控制逻辑9.1.2I/O接口的基本组成和功能（1）数据寄存器。数据寄存器实现

7、CPU和外设之间的数据缓冲。一般缓冲来自CPU的输出数据，和暂存来自外设的输入数据。（2）状态寄存器。状态寄存器反映和保持外设的工作状态。如外设是否处于“忙”或“闲”的状态，是否准备好与CPU的通信，外设处理数据是否出错等。（3）命令寄存器。命令寄存器保存来自CPU对接口写入的控制命令。控制命令往往是CPU对接口的工作模式、数据传送方式、操作方式等进行规定或设置。9.1.2I/O接口的基本组成和功能（4）地址与读/写控制