第十章输入输出系统.ppt

第十章 输入输出系统 10.1 I/O系统概述 10.2 程序中断输入输出方式 10.3 DMA输入输出方式 10.4 通道控制方式和外围处理机方式 10.5 总线结构 10.1 输入输出(I/O)系统概述 1.输入输出系统 外部设备 -- 输入输出设备和辅助存储器 外设与主机之间的控制部件（设备控制器 –设备适配器或接口） 2.系统总线 –主机与外设传送数据的通道 2.控制器/接口的功能 数据传送控制 ⑴实现主机和外设的数据传送控制 数据传输中的同步问题—同步控制电路 程序直接控制、中断控制、DMA、通道、外围处理机 ⑵进行地址译码和设备选择 CPU送来选择外设的地址码后，接口必须对地址进行译码以产生设备选择信息，使主机能和指定外设交换信息。 输入输出设备的编址 设备号或设备代码 为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择，必须给众多的I/O设备进行编址. CPU对I/O设备下达命令方式分两种寻址方法： (1)单独编址-- 专设I/O指令 指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。 (2) 统一编址-- 利用访存指令完成I/O功能 当访问到主存地址，即访问I/O设备寄存器。 ⑸传递控制命令和状态信息 CPU通过接口中命令寄存器向外设发出启动命令； busy和ready信号 （6）电平匹配 3.控制器/接口的基本组成 接口中要分别传送数据信息、控制信息和状态信息，这些信息都通过数据总线分时传送至专用寄存器中。 接口 数据端口、命令端口和状态端口。 端口 接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器， 若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。 4. I/O设备数据传送控制方式 程序直接控制 (programed direct control) 程序中断传送 (program interrupt transfer) 直接存储器存取 (direct memory access, DMA) I/O通道控制 (I/O channel control) 外围处理机 (peripheral processor unit, PPU) 1. 程序直接控制方式 完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。 通常在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。 程序查询方式--检测“完成”状态标志。 控制和硬件实现方式简单 外设和主机及各外设之间不能同时工作， 系统效率很低,多用于单片机. 2. 程序中断传送方式 3. 直接存储器存取方式 3. 直接存储器存取方式 4. I/O通道控制方式 图10.1 具有CH的系统结构 4. I/O通道控制方式 5. 外围处理机方式 10.2 程序中断输入输出方式 图10.2 CPU与打印机并行工作时间图 主机与设备并行工作原理 3. 有关中断的产生和响应的概念 (2) 允许中断和禁止中断 (3) 中断屏蔽与优先级 CPU响应中断的条件 二. 中断处理 2. 判别中断源 2. 判别中断源 3. 多级中断处理 多重中断 指在处理某一个中断过程又发生了新的中断请求，从而中断该服务程序的执行，又转去进行新的中断处理。这种重叠处理中断的现象又称为中断嵌套。 抢先式、非抢先式 三. 程序中断设备接口的组成 10.3 DMA输入输出方式 两种DMA方式 DMA三种工作方式 二、 DMA控制器的基本组成 采用DMA控制方式的外围设备与系统总线之间的接口电路 包括多个设备寄存器、中断控制和DMA控制逻辑等。 三. DMA的数据传送过程 查询、中断、DMA方式比较 10.4 通道控制方式和外围处理机方式 1. I/O通道的基本概念 2.Channel方式与DMA方式的区别 3.通道的功能 4.通道的类型 3. 数组多路通道 传输方式 成组地传送数据 通道传输效率 数据传输速率高但是控制电路复杂 图10.11 IBM4300系统的I／O结构 5. I/O处理机和外围处理机 10.5 总线结构 总线标准 总线的分类 总线类型 单总线结构计算机 双总线结构计算机 总线组成 总线通信方式 同步通信 在同步方式下，通信双方由统一的时钟控制数据的传送，时钟通常由 CPU 发出并送到总线上的所有部件。 特点:实现简单, 可靠性和灵活性差. 异步通信 利用数据发送部件和接收部件之间的相互“握手”信号来实现总线数据传送的方式称作异步通信方式。 特点:灵活可靠, 过程复杂. 常用微