B08第6章输入输出系统..ppt

第6章 输入/输出系统 6.1 输入/输出系统概述 6.2 程序直接控制方式 6.3 程序中断控制方式 6.4 直接存储器存取方式 6.5 通道方式 6.6 总线技术 6.1 输入输出系统概述 计算机系统可划分为： CPU子系统 存储器子系统 输入输出子系统 不把外设直接连到系统总线的原因: 各外设使用不同的操作方法。 外设数据传送速度较存储器、CPU慢。 数据格式不同。 6.1.1 I/O接口的主要功能及基本组成 用于连接主机与外设的转换机构即I/O接口电路，简称I/O接口。 1）I/O接口的基本功能 实现主机与外设间的数据传送控制。 实现数据缓冲，以达到主机与外设间的速度匹配。 接受主机命令，提供设备接口的状态，并按照主机的命令控制设备。 2）I/O接口的基本组成 值得注意：状态信息、控制信息、数据信息在主机与接口间都是通过数据总线交换的。 3）I/O接口的分类 按接口和外设间的数据传送格式可分类为：串行接口和并行接口 按主机访问I/O设备的控制方式分类为:程序查询接口、中断接口、直接存储器存取（DMA）接口等 按接口所连的总线分类为：ISA总线接口、EISA总线接口、PCI总线接口等 某种外设所连接口还可按它的接口标准分类，如VGA接口、AGP接口等。 按接口所连设备的类型分类为：CRT接口、A/D转换接口、D/A转换接口、硬盘驱动器接口、网络接口等 6.1.2 外设的识别和端口寻址 1）外设的识别 识别外设是通过地址总线和I/O接口电路中的外设识别电路实现的。 主机与外设进行信息传输，在接口中必须有些寄存器或特定的硬件电路供主机直接存取。这些能被主机直接访问的寄存器或特定的硬件电路称为I/O端口。 I/O端口地址是主机和外设直接通信的地址。 若干个端口（通常有：数据端口、控制端口、状态端口）加上相应的控制逻辑电路组成接口。 2）I/O端口地址的编址方式 统一编址（存储器映射方式） 6.1.3 I/O数据传送控制方式 程序直接控制方式 程序中断控制方式 直接存储器存取方式（DMA） I/O通道控制方式 外围处理机方式 6.2 程序直接控制方式 通过程序来控制主机与外设的数据交换。一般在程序中安排相应的I/O指令，通过这些指令直接控制外设的工作。 程序直接控制方式又分为两种情况 无条件传送方式 条件传送方式 6.2.1 无条件传送方式 6.2.2 条件传送方式 由CPU查询外设的运行状态，直接利用I/O指令控制数据的传送过程。也称程序查询方式。 该方式要求CPU与外设间的接口电路需要两个端口：数据端口和状态信息端口。 1）查询输入方式接口的基本结构及工作过程 2）查询输出方式接口的基本结构及工作过程 程序控制传送方式的缺点 程序控制传送方式需要不断查询外设的状态，大量时间花在等待循环中，当主机与中、低速外设交换信息时，大大降低了CPU的利用率； CPU与外设串行工作 ； 不能发现和处理随机事件（如：错误和异常）。 6.3 程序中断传送方式 当外设数据准备完毕时向CPU发出中断请求，CPU响应中断时完成数据的传送过程。 6.3.1 中断的基本概念 6.3.2 中断请求和中断判优 6.3.3 中断响应和中断处理 6.3.4 多重中断与中断屏蔽 6.3.5 程序中断方式接口的基本结构及工作过程 6.3.1 中断的基本概念 1）什么是中断? 由于外设的请求或某事件的发生迫使CPU暂停执行现行程序，而转至另一中断服务程序去处理相应的请求或事件，处理完毕后再返回运行原程序，这一全过程称为中断。 2）中断源 引起中断的事件，即发出中断请求的来源，称为中断源。 中断源类型 I/O设备、定时时钟等来自CPU外部的中断，又称为外部中断。 CPU硬件故障或执行指令异常引起的中断。 由陷阱指令产生的软中断，它是编程人员在程序中预先安排好的，通常用于实现操作系统的调用及方便用户调试程序，它不具有随机性。 3）中断系统 中断系统是为实现中断而设置的各种硬件和软件，它包括中断控制逻辑及相应管理中断的指令。 中断系统的功能 能响应中断，处理中断及返回； 能实现中断优先权排队，在多个中断源同时提出中断请求时，能根据各中断源的轻重缓急确定首先响应哪一中断源的请求； 能实现中断的多级嵌套，高级中断能中断低级中断。 4）中断的作用 CPU与外设并行工作，多个外设亦可并行工作 故障处理 实时处理 实现人机联系（调试程序设置断点） 实现多道程序和分时操作（定时中断） 多处理机系统中各处理机间的联系 5）中断全过程 （1）中断请求 （2）中断判优 （3）中断响应 （4）中断处理 （5）中断返回 6.3.2 中断请求和中断判优 1）中断请求 中断源发中断请求信号，送至CPU的中断请求线，一般要求接口电路设置： 中断请求触发