计算机硬件技术基础--输入输出系统课件.ppt

主要内容 输入输出系统的特点和功能 I/O端口及其编址方式 基本输入输出方法 中断控制技术 §7.1 输入输出系统概述 主要内容： I/O系统特点 I/O接口与I/O端口的概念 I/O端口的编址方式 端口地址译码 数据传送方式 一、输入输出系统 将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统 输入输出系统的特点 复杂性 异步性 时实性 与设备无关性 I/O接口 I/O接口： 负责将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。 I/O接口要解决的问题 速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门) 接口的功能 数据的缓冲与暂存 信号电平与类型的转换 增加信号的驱动能力 对外设进行监测、控制与管理，中断处理 二、I/O端口 I/O端口 I/O端口的编址方式 统一编址 独立编址 端口与内存的统一编址 特点： 指令及控制信号统一 内存地址资源减少 端口的独立编址 特点： 内存地址资源充分利用 能够应用于端口的指令较少 端口的独立编址 8086的I/O端口编址 采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用)； 最小模式下由M/IO区分是访问内存还是访问端口； 最大模式下用总线控制器信号来区分访问对象 I/O操作只使用20位地址信号中的16位：A15～A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH) 三、I/O地址的译码 目的： 确定端口的地址 参加译码的信号： IOR，IOW，A15 ～ A0 OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效 I/O地址的译码 当接口只有一个端口时，16位地址信号一般应全部参与译码，译码输出直接选择该端口；当接口具有多个端口时，则16位地址线的高位参与译码（决定接口的基地址），而低位则用于确定要访问哪一个端口。 I/O地址的译码 某外设接口有4个端口，地址为2F0H——2F3H，试将其与系统连接。 四、输入输出数据的传送方式 并行 —— 一个数据单位同时传送 串行 —— 数据按位传送 §7.2 基本输入/输出方法 程序控制方式 中断方式传送 直接存储器存取(DMA) 一、无条件传送 适用于总是处于准备好状态的外设 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 无条件传送例 读取开关的状态； 当开关闭合时，输出编码使发光二极管亮 二、查询工作方式 适用场合： 外设并不总是准备好 对传送速率和效率要求不高 对外设及接口的要求： 外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口 查询工作方式 优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性 差，速度较慢 查询工作方式例 外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好） 外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1 ；外设把数据读走后又把它置0。 试画出其电路图，并将DATA下100B数输出 三、中断控制方式 特点： 外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序 优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 缺点：程序编制较为复杂。 以上三种I/O方式的共性 均需CPU作为中介： 软件： 外设与内存之间的数据传送是通过CPU 执行程序来完成的（PIO方式）； 硬件： I/O接口和存储器的读写控制信号、地址 信号都是由CPU发出的。 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度 （约为几十KB/秒） 四、DMA控制方式 特点： 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。 DMA控制方式 DMA控制方式的工作过程 外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ； DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD； CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA 信号，对HOLD信号进行响应； DMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK DMA控制方式的工作过程 DMA控制器送出地址信号和相应的控制信号，实现外设与内存或内存与内存之间的直接数据传送； 例：从外设向内存传送一个字节 DMAC向I/O接口发出读信号，同时往地址总线上发出存储器的地址和存储器写信号和AE