第七章计算机输入输出系统与接口技术.ppt

第七章 计算机输入输出系统与 接口技术 本章主要内容 计算机的输入输出系统 微型计算机的外部设备 微型计算机的总线技术 基本输入/输出接口 微型计算机的中断技术 微型计算机中的DMA通道 计算机的输入/输出系统 输入输出系统的基本组成 适配器电路 适配器电路及其相应的程序称为接口 接口管理程序 将用户编制的程序（或数据）输入主机内 将运算结果返回给用户 实现I/O系统与主机之间协调地工作 输入/输出设备 设备编码的方法 统一编址 用主存的低地址中256个字节作为设备访问的地址，采用一般的访存指令LDA，STA就可以实现对设备的访问 特点 占用一部分存储空间，减少了用户使用主存的范围 不需要专用的I/O指令 I/O独立编址 主存的地址和I/O的地址是分开的，需要专门的指令进行访问，如IN，OUT 特点 不占用主存空间 但需要专用的I/O指令 I/O接口电路 I/O接口电路的作用 实现设备的辨识和选择 实现主机和设备之间的速度匹配 实现串 -- 并格式的转换 实现电平的转换 计算机对设备的使用是通过接口发送命令实现的，接口需支持系统的命令 接口监视设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询 总线连接方式的接口电路 数据线：是I/O与主机之间数据代码的传送线，根数一般等于存储字长的位数或字符的位数 设备选择线：又称为地址线（设备号可以看作是地址号），可以有一组，也可以有两组，一组用于主机向设备发送设备码，另一组用于设备向主机回送设备码。 控制线：包括命令线和状态线 命令线：用以传输CPU向设备发送的各种命令 状态线：I/O设备的状态报告给主机。 接口的功能和组成 识别设备 CPU发送一个设备码，各设备的接口电路将该设备码和自身的设备码进行比较，如果一致的话，向CPU回送该设备码，然后系统总线由该设备占用。 一般来讲，一次只能选择一个设备，该设备被选择后，系统总线由该设备占用 将命令通过接口送到设备 CPU发送命令，接口中设有命令缓冲寄存器和命令译码器。 传送数据的功能 接口处于主机和外部设备之间，通过接口才能实现主给与外部设备之间的数据传送 接口中设置有数据缓冲寄存器，用以将数据暂存在接口内 反映设备工作状态的功能 接口内设置一些反映设备工作状态的触发器，将设备的运行情况及时地反馈到系统 接口电路的数据传送方式 接口的分类—按传输二进制位数进行分类 并行接口 一次传送一个字节或一个字 例如：打印机 串行接口 一次传送一位二进制代码 主要用于驱动传输距离较远的设备 接口的分类 – 按I/O与主机信息传送的控制方式 程序查询方式 传输方式简单 工作中一直要占用CPU，极大地影响了CPU的工作效率 中断 消除了程序查询方式中CPU”踏步”的现象，提高了CPU的工作效率 CPU相应中断后，必须要停止现在运行的程序，转入中断服务程序 为了完成I/O与主存之间交换信息，还要占用CPU内部的一些寄存器，也是对CPU资源的浪费 DMA CPU工作效率近一步提高 实现了主存和I/O设备之间的直接数据传输。 通道 用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之间交换信息的部件，它可视为一种具有特殊功能的处理器 通道有专用的通道指令，它能独立地址行用通道指令编写的输入输出程序 不是一个完全独立的处理器，受CPU的I/O指令启动、停止或改变其工作状态，是从属于CPU的一个专用处理器 程序查询的工作方式 保存寄存器的内容 进行初始化的设置：如主机和设备之间交换数据的数目，设置欲传输数据在主存中的首地址 取设备状态标记，看设备是否准备就绪 CPU执行I/O指令，将数据送入到设备接口中的数据缓冲区内，同时将设备的输出状态标记复位 修改内存缓冲区地址计数器 判断数据是否传送完毕，未完成，则重新启动设备继续传输 结束打印传输，执行其它的程序 微型计算机的外部设备 键盘 鼠标 打印机 显示器 多媒体外部设备 微型计算机的总线技术 总线：CPU、主存、I/O各大部件之间的数据传输线 系统总线的组成 数据总线：双向，用于传送数据，一般为8位、16位、32位 地址总线：单向，指定数据所在存储单元的地址或I/O地址 控制总线：主要用于发出各种控制命令，如存储器的读/写命令 总线的分类 数据传输线：包括地址线、数据线、控制线 中断信号线：中断请求线、中断认可线 总线仲裁信号线：总线请求线、总线请求允许线 系统线：电源线、地线、复位线 待扩充线：用于一些特殊的功能，系统扩展或保留给用户使用 总线性能指标 总线带宽：数据总线的根数，体现了总线本身能达到的最高数据传输率 总线的传输率：总线上每秒能传输的最大字节数，用MB/s来表示。 例如：总线的工作频率为33MHz，假设总线的宽度为32位，则总线的传输率为 33M * 32 = 132 MB/s 时钟同步