计算机组成原理（修订版） 教学课件 作者 竺士蒙 主编 柳 祎 副主编 18.PPT

* 第8章 输入输出系统 要点 1. 接口 2. CPU通过接口与I/O进行数据交换 * 1、接口 1.1、接口是什么 通常是一块印刷电路板，使用时插在总线插槽中。 比如微机的主板上都附有若干个总线插槽，连接显示器的显示适配器（俗称显卡），连接网络设备的网络适配器（俗称网卡）都插在这些插槽上。 接口在CPU和I/O设备两个部件中起着“转换器”的作用，以便实现彼此间的信息传送。接口通常有如下功能： 控制。接收CPU通过总线发来的指令（I/O指令），启动I/O设备，完成与CPU的数据传送。 缓冲。接口作为一个缓冲器，用来匹配CPU和I/O设备之间的速度差异。 其它。接口要完成数据传送过程中的诸如串/并、并/串转换，以及电平转换等工作。接口要监视I/O设备的工作状态，把状态信息（如是否出错，设备的忙、闲，数据准备好否等）保存下来供CPU分析之用。接口还要完成一些其它特殊的功能，例如数据传送过程中，可能需要修改一些寄存器的值。 1.2、I/O端口是什么 I/O端口是I/O接口中的一些寄存器，常用的是：数据寄存器（称为数据端口或数据口）、状态寄存器（称为状态端口或状态口和命令寄存器（称为命令端口或命令口）。 数据口存放数据，状态口存放状态信息，命令口存放控制命令信息。 每个端口有一个端口编号，即端口地址（或称为口地址）。 一般地，一个I/O设备有一个I/O接口，一个I/O接口有几个I/O端口，对应着几个口地址。 CPU进行I/O设备寻址时，就是寻找相应的I/O端口地址。 1.3、I/O端口的编址（寻址）方式 端口和内存统一编址 把端口看作是内存单元，统一编址。例如，系统的寻址空间为1MB，编号为0~220-1，其中0~255是端口号，256~220-1是内存地址。CPU访问I/O设备和访问内存一样，不需要专门的I/O指令。 端口和内存独立编址 端口和内存分开，独立编址。例如，内存的寻址空间为1MB，编号为0~220-1，都是内存单元；端口的寻址空间为256B，编号为0~255。CPU访问I/O设备时需要专门的I/O指令。 1.4、I/O指令 即CPU和I/O设备之间传送数据的指令。 若系统采用端口和内存统一编址方式，则不需要I/O指令，用普通的CPU访问内存的指令即可。 若系统采用端口和内存独立编址方式，则需要I/O指令。 IN AL，DATA-PORT OUT DATA-PORT，AL 其中AL和DATA-PORT是两个操作数，AL是CPU内部的8位累加器，DATA-PORT是接口中的数据端口地址；IN和OUT是操作码，IN表示输入，即把DATA-PORT数据口中的数据传送到AL中，OUT表示输出，即把AL中的数据传送到DATA-PORT数据口中。 2、CPU通过接口与I/O进行数据交换 CPU 接口 I/O 输入过程: CPU选择、启动某一输入设备。 CPU等待输入设备，在接口的数据缓冲寄存器中准备好数据。 CPU取走数据。 输出过程： CPU选择某一输出设备。 CPU把数据放在接口的数据缓冲寄存器中。 输出设备取走数据 。 输入输出时关心的问题 数据缓冲寄存器什么时候满，I/O设备什么时候准备好数据，可以通知CPU取走。 数据缓冲寄存器什么时候空，CPU什么时候取完数据，可以通知I/O设备放数据。 2.1、无条件传送方式 CPU不必关心何时数据缓冲寄存器满，何时数据缓冲寄存器空，CPU只管输入/输出数据就行了。 无条件传送方式适用于速度极慢或简单的外围设备。如机械开关、显示二极管等。 2.2、程序查询方式 查询方式是由CPU通过程序不断查询I/O设备是否做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。 因此查询方式又称为程序查询方式。 采用这种方式实现I/O设备与主机交换信息，要求I/O接口内设置一个能反映设备是否准备就绪的状态标志，即对应于状态寄存器中的某一位，CPU通过对这位是1（表示准备好）还是0（表示没有准备好）的检测，可得知设备的准备情况。 输入时，CPU首先测试状态寄存器中对应数据缓冲寄存器 “满” 的标志位是1还是0，若是0，CPU继续测试，直到是1。相应的程序中是一条循环指令，此时CPU处于踏步等待状态；若是1，CPU执行一条输入指令，接收数据，并把该标志位置0，通知I/O设备可以输入下一个数据了。