第8章输入输出系统讲述.ppt

中国计算机学会“21世纪大学本科计算机专业系列教材”计算机组成原理 蒋本珊 编著 第8章输入输出系统 本章学习内容 8.1 主机与外设的连接 8.2 程序查询方式及其接口 8.3 中断系统和程序中断方式 8.4 DMA方式及其接口 8.5 通道控制方式 8.6 总线技术 本章学习要求 了解：接口的基本组成，接口和端口概念 了解：程序查询方式的特点和工作流程 理解：程序中断的基本概念，程序中断与调用子程序的区别 掌握：CPU响应中断的条件和中断隐指令概念 理解：中断的各个过程 了解：DMA方式的特点和DMA接口的组成 理解：DMA传送方法和DMA传送过程。 了解：通道控制方式和通道控制的类型 了解：总线控制 8.1 主机与外设的连接 现代计算机系统中外部设备的种类繁多，各类外部设备不仅结构和工作原理不同，而且与主机的连接方式也是复杂多变的。 8.1.1 输入输出接口 主机和外设的连接方式有辐射型连接、总线型连接等。输入输出接口（I/O接口）是主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。 主机和外设之间进行信息交换为什么一定要通过接口呢？这是因为主机和外设各自具有自己的工作特点，它们在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。 1.接口的功能（续） ⑶实现数据缓冲 在接口电路中，一般设置有一个或几个数据缓冲寄存器，用于数据的暂存，以避免因速度不一致而丢失数据。在传送过程中，先将数据送入数据缓冲寄存器中，然后再送到输出设备或主机中去。 ⑷数据格式的变换 在输入或输出操作过程中，为了满足主机或外设的各自要求，接口电路中必须具有实现各类数据相互转换的功能。例如：并－串转换、串－并转换、模－数转换、数－模转换以及二进制数和ASCII码的相互转换等。 1.接口的功能（续） ⑸传递控制命令和状态信息 当CPU要启动某一外设时，通过接口中的命令寄存器向外设发出启动命令；当外设准备就绪时，则有“准备好”状态信息送回接口中的状态寄存器，为CPU提供反馈信息，告诉CPU，外设已经具备与主机交换数据的条件。当外设向CPU提出中断请求和DMA请求时，CPU也应有相应的响应信号反馈给外设。 8.1.4 输入输出信息传送控制方式 主机和外设之间的信息传送控制方式，经历了由低级到高级、由简单到复杂、由集中管理到各部件分散管理的发展过程，按其发展的先后次序和主机与外设并行工作的程度，可以分为4种。 1.程序查询方式 程序查询方式是一种程序直接控制方式，这是主机与外设间进行信息交换的最简单方式，输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动之后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次I/O操作。 这种方式控制简单，但外设和主机不能同时工作，各外设之间也不能同时工作，系统效率很低，因此，仅适用于外设的数目不多，对I/O处理的实时要求不那么高，CPU的操作任务比较单一，并不很忙的情况。 2.程序查询方式的工作流程 ①预置传送参数。在传送数据之前，由CPU执行一段初始化程序，预置传送参数。传送参数包括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。 ②向外设接口发出命令字。当CPU选中某台外设时，执行输出指令向外设接口发出命令字启动外设，为接收数据或发送数据做应有的操作准备。 ③从外设接口取回状态字。CPU执行输入指令，从外设接口中取回状态字并进行测试，判断数据传送是否可以进行。 2.程序查询方式的工作流程（续） ④查询外设标志。CPU不断查询状态标志。如果外设没有准备就绪，CPU就踏步进行等待，一直到这个外设准备就绪，并发出“外设准备就绪”信号为止。 ⑤传送数据。只有外设准备好，才能实现主机与外设间的一次数据传送。输入时，CPU执行输入指令，从外设接口的数据缓冲寄存器中接收数据；输出时，CPU执行输出指令，将数据写入外设接口的数据缓冲寄存器中。 2.程序查询方式的工作流程（续） ⑥修改传送参数。每进行一次数据传送之后必须要修改传送参数，其中包括主存缓冲区地址加1，传送个数计数器减1。 ⑦判断传送是否结束。如果传送个数计数器不为0，则转第③步，继续传送，直到传送个数计数器为0，表示传送结束。 程序查询方式流程 图8-2 程序查询方式