计算机组成原理复件输入输出系统.ppt

为什么需要I/O接口（电路）？ 外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作速度方面彼此差别很大 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路 什么是I/O接口（电路）？ I/O接口是位于系统与外设间、用来协助完成数据传送和控制任务的逻辑电路 PC机系统板的可编程接口芯片、I/O总线槽的电路板（适配器）都是接口电路 主机与外部设备的连接方式大致可分为三类。 1) 辐射型(星型)连接 特点：各设备通路独立，具有较高的信息流量，且控制简单。结构复杂，连接线多，系统扩展不方便，灵活性差。 2) 总线型连接 特点：成本低，结构简单，易于扩展。只有一组总线时，信息交换速度较低，且总线控制逻辑较复杂。 3) 通道控制方式 特点：主机与通道间是辐射型连接，通道与外设之间采用总线连接，既具有较高的信息交换速度，又有良好的可扩展性。但成本较高。 I/O接口电路的基本结构 ?从编程角度看，接口内部主要包括一个或多个 CPU可以进行读/写操作的寄存器，又称为I/O端口。 ?各I/O端口由端口地址区分。 接口电路的内部结构 CPU与外设主要有数据、状态和控制信息需要相互交换，于是从应用角度看内部： ⑴ 数据寄存器 保存外设给CPU和CPU发往外设的数据 ⑵ 状态寄存器 保存外设或接口电路的状态 ⑶ 控制寄存器 保存CPU给外设或接口电路的命令 接口电路的外部特性 面向CPU一侧的信号： 用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号 面向外设一侧的信号： 用于与外设连接 提供的信号五花八门 功能定义、时序及有效电平等差异较大 接口芯片的分类 接口电路核心部分往往是一块或数块大规模集成电路芯片（接口芯片）： 通用接口芯片 支持通用的数据输入输出和控制的接口芯片 面向外设的专用接口芯片 针对某种外设设计、与该种外设接口 面向系统的专用接口芯片 与CPU和系统配套使用，以增强其总体功能 接口电路的可编程性 许多接口电路具有多种功能和工作方式，可以通过编程的方法选定其中一种 接口需要进行物理连接，还需要编写接口软件 接口软件有两类： 初始化程序段——设定芯片工作方式等 数据交换程序段——管理、控制、驱动外设，负责外设和系统间信息交换 输入/输出接口的信息流 1．数据信息流 数据输入信息流经传送线送入接口中的输入端口(输入寄存器)，然后通过数据总线送入主机； 数据输出信息流经数据总线送入接口中的输出端口(输出寄存器)，然后通过传送线送入输出设备并以某种形式输出。 2．控制信息流 由主机通过数据总线送入接口中的控制端口(控制寄存器)。 3．状态信息流 由状态口通过数据总线送入主机。 4．联络信息流 在主机与接口之间，通过控制总线可做单向或双向流动。 5．外设识别信息流 通常由主机通过地址总线送入接口中的识别线路。 端口（PORT） 端口即I/O地址，是呈现给程序员的外设 I/O端口通常以其地址为标识，1个端口一般对应1个可以被用户访问的寄存器 数据寄存器——保存数据（芯片中可能含多个） 控制寄存器——保存控制信息（芯片中可能含多个） 状态寄存器——保存状态信息（芯片中可能含多个） 1个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口保存不同的信息（用以与CPU或外设进行信息交换） 输入端口和输出端口可以使用同一个I/O地址 外设的编址方式 (a)统一编址 这种编址的出发点是把接口中的每一个端口视为一个存储器单元，并赋以相应的存储器地址。访存指令同样适合于I/O端口。 优缺点: 无需专门的I/O指令，简化了指令系统；但要占用原本就有限的一部分存储空间。 (b)单独编址方式 这种编址的出发点是把所有外设的端口看作是一个独立于存储器空间的I/O空间。在这个I/O空间内，每一端口都被分配给一个地址与之对应。 优缺点：指令系统中必须设有专门的输入/输出指令；但不占用存储空间。 外设的识别 端口地址译码的方法有多种，可以灵活的进行设计。 (1)??用门电路进行口地址译码 (2)??用译码器进行口地址译码 (3) 用比较器进行口地址译码 I/O地址的译码 I/O地址的译码方法与存储器地址的译码方法一样，但有它的特点： 每个接口电路通常占用少数几个I/O地址。 I/O地址不象内存地址，不那么强调地址的连续性。 部分译码时，可能中间地址线不连接，也有最低地址线不连接的情况。 常采用门电路进行地址译码或线选译码 除采用译码器、门电路进行译码外，I/O地址译码还经常采用可编程逻辑器件PLD。 为了给系统一定的选择余地，有些接口电路采用数字比较器、开关或跳线器等进行可选择的地址译码 IBM PC/AT主机板的I/O