第8章输入输出系统.ppt

第8章 输入输出系统 主要内容 计算机的输入输出系统简称为I/O系统，它包括I/O接口、I/O管理部件及有关软件，一个计算机系统的综合处理能力，系统的可扩展性、兼容性和性能价格比，都和I/O系统有密切关系 。 I/O接口 CPU与I/O接口之间的信息交换方式（程序控制方式、中断方式、DMA方式、通道方式、外围处理机输入输出方式） …… 8.1 I/O接口的类型及其功能 I/O接口（Interface）是计算机主机（CPU）与外围设备的连接部件，它是CPU与外围设备进行信息交换时所必需的电路，主要用于解决不同设备与CPU之间的速度差异、数据变换与缓冲等问题。 8.1.1 I/O接口的类型 按照数据传送的方式分：并行接口和串行接口 按数据传送的控制方式分：程序控制方式接口（包括无条件传送方式、程序查询方式、程序中断方式）、直接存储器存取(DMA)接口、通道方式接口和I/O处理机等 按通用性分类：通用接口和专用接口。 按输入/输出的信号分类：I/O接口可分为数字接口和模拟接口两种。 8.1.2 I/O接口的功能 1．寻址 I/O接口为每一个外围设备都分配一个地址码。以便CPU访问某个外围设备时能够根据给定的设备地址找到此设备。 2．数据缓冲 3．预处理 4．控制功能 8.2 CPU与I/O接口之间的信息传送方式 外围设备的定时方式：CPU 与外围设备的定时，有三种情况： 速度极慢或简单的外围设备，如机械开关、显示二极管等，CPU总是能足够快地作出响应。 慢速或中速的外围设备：这类设备的速度和CPU的速度并不在一个数量级，或者由于设备（如键盘）本身是在不规则时间间隔下操作的，因此，CPU与这类设备之间的数据交换通常采用异步方式。 高速的外部设备：这类设备以相等的时间间隔操作，而CPU也是以等间隔的速率执行输入/输出指令，因此，这种方式叫做同步定时方式。一旦CPU和外设发生同步，它们之间的数据交换便靠时钟脉冲控制来进行。 8.2 CPU与I/O接口之间的信息传送方式 程序查询方式：数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠程序控制。 程序中断方式：中断是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入数据或接受输出数据的一种方法。通常，一个中断发生时，CPU暂停它的现行程序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。 直接内存访问（DMA）方式 通道方式 外围处理机方式 8.2.1 DMA方式 DMA方式即直接内存访问（Direct Memory Access），是一种完全由硬件执行I/O信息交换的工作方式。在这种方式下，CPU并不参与实际的I/O数据传送，而是由专门的DMA控制器来实现内存与外设之间，以及外设与外设之间的直接高速传送。由于它基本是以硬件的速度传递数据，几乎没有额外开销，因此传输效率很高，并显著地减轻了CPU的负担。 8.2.2 I/O通道方式 I/O通道控制(I/O channel control)方式简称通道方式。它用专门处理I/O操作的处理器（称为通道）,协助CPU完成输入输出操作。通道是一个具有特殊功能的处理器，在某些应用中称为输入输出处理器（IOP）。通道可以实现对外围设备的统一管理以及外围设备与主存之间的信息传送。同DMA方式相比，通道方式进一步提高了CPU的效率。这种信息传送方式适用于配备外设多、数据传送频繁的大、中型计算机。 8.2.3 外围处理机方式 外围处理机(peripheral processor unit，简称PPU)方式是通道方式的进一步发展。外围处理机的结构更接近于一般的处理机，甚至就是微小型计算机，它基本上独立于主机工作。在某些系统中设置了多台PPU，分别承担I/O控制、通信、诊断等任务。从某种意义上说，这种系统已经成为一种分布式的多机系统。 8.3 程序中断方式 8.3.1 中断的基本概念 中断指CPU在正常运行程序时，由于内部／外部事件或由程序的预先安排使CPU中断正在运行的程序，而转到为内部／外部事件或为预先安排的事件服务的程序中去。服务完毕，再返回继续执行被暂时中断的程序。内部／外部事件或为预先安排的事件往往比CPU当前正在运行的程序更加紧迫。这种暂时停止当前运行的程序而去执行其它紧迫任务的过程叫做中断。 程序中断方式 与程序查询方式不同的是，程序中断方式并不需要CPU定期查询外部设备是否准备好。需要传送信息时，CPU只需在主程序中发出启动外设的命令，就可继续运行主程序的后续指令，不需要反复查询外部设备的状态。当外设已准备好，需要和CPU交换数据时，它就通过I/O接口给CPU一个中断请求信号。CPU于是响应接口的中断请求，暂停正在执行的程序（通常称为主程序），插入I/O操作程序（称为中断服务