第8章 输入输出系统.ppt

第八章 输入输出系统 8.1 输入输出设备的编址方式 8.2 总线结构 8.2.1 概述 总线是传送信息的通路，在计算机系统中使用的总线可分成3类： (1)计算机系统中各部件内部传送信息的通路。例如：运算器内部寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑运算单元(ALU)之间的传送通路，通常称之为内部总线。 (2)计算机系统中各部件之间传送信息的通路。例如CPU与主存储器之间，CPU与外设端口之间传送信息的通路，通常称之为“系统总线”。 (3)计算机多机系统内部各计算机之间传送信息的通路，通常称之为“机间总线”或“多机总线”。 本节中讨论的主要是CPU与外设接口之间的系统总线，又可称作输入输出总线，简称I／O总线。 8.2.2 总线的控制方式 以集中式总线控制方式为例来说明常用的3种总线控制与仲裁方式。 1．串行链式查询方式: 采用串行链式查询方式来实现判优功能的连接图如图8－3所示。 (1)工作过程： 该总线上连接着多个部件，对各个部件来说，除了共享数据总线和地址总线外，还有3条控制线(构成控制总线)：总线请求信号线(BR)、总线忙信号线(BS)和总线认可信号线(BG)。 平时，BR、BS和BG线均无效，当某个或多个部件要求使用总线时，各部件通过BR线向总线控制器发出总线请求信号，总线控制器得到请求后置BG线有效，并首先进入“部件0”，若“部件0”有请求，则BG线将终止向后传送，由“部件0”发出总线忙(BR＝1)信号，表示当前总线由“部件0”占用；若“部件0”无请求，则BG线继续往后传送，一直传送到某个有总线请求的部件为止，这时总线控制器将总线使用权交给该部件 （2）优先权： 从上述查询过程中可以看出，离总线控制器最近的部件具有最高的优先权，最远的部件只有在它前面所有部件均不请求使用总线时，才有可能得到总线的使用权，这种不公平的待遇将保持不变。这种查询方式控制简单，控制线数量少，总线上要增、删部件很容易，但是对串行查询链上的电路故障非常敏感，如果某个部件的查询链出了故障，那么该部件之后的所有部件都将无法得到总线的使用权。 2.计数定时查询方式 计数定时查询方式连接图如图8-4所示 在总线不忙的情况下(BS＝0)，任何部件需要使用总线时，通过BR线向总线控制器发出总线请求，总线控制器收到该请求信号时立即启动计数器开始计数，计数值作为地址通过设备地址线传送到各部件去，各部件内部都设有地址符合线路。当计数值与本部件地址符合时，立即停止计数，并产生总线忙信号(BS＝1)，表示当前本部件取得总线使用权。 采用这种查询方式，若计数器每次从“0”开始计数，则像链式查询方式一样，使用总线的优先权由高到低，总是地址号最小的部件具有最高的优先权。但是如果每次计数从中止值开始，那么各个部件使用总线的优先权将基本上相等。此外，计数器的初值还可以用软件来设定，这样便可以灵活地改变总线上各部件的优先级别。 3.独立请求方式 独立请求方式连接图如图8-5所示。 从图8-5中可以看出，独立请求方式是以增加控制线数为代价的，共享总线的各个部件均分别有两条控制线BRi和BGi。任何部件要求使用总线时，通过自己的BRi线独立发出总线请求信号，总线控制器内部设有排队线路，根据既定的优先权策略决定允许哪一个部件当前使用总线，则给该部件发出总线认可信号(BGi＝1)。这种查询方式速度快、效率高，但是增加了控制线的数量，内部还需另设排队器。 8.2.3 总线通信方式 共享总线的部件获得总线使用权后，相互通信的方式通常有同步方式和异步方式两种。 1．同步方式 同步通信方式指通信双方由定宽、定距的时标控制总线上数据的传送。 同步通信适用于总线较短、通信双方速率相等或比较接近的场合，这种情况下一般都具有较高的数据传送速率。 2．异步方式 异步通信方式是指通信的双方按照各自的时钟频率工作，在进行数据通信之前，双方必须通过联络信号(或称“握手”信息)取得联系后方可进行正常通信。根据联络信号的相互关联可分成非互锁、半互锁和全互锁三种方式。 8.2.4总线上信息传送方式 主要由串行传送方式和并行传送两种。 串行传输： 并行传输： 8.2.5总线接口 总线接口又可称作输入输出接口，这是因为主机通过总线与各种类型的输入输出设备相连，并且相互交换信息，但是由于它们之间存在着很大的差异，它们的工作方式不同，传输速率不同，结构方式不同，使用器件不同，因此各种输入输出设备必须要通过相应的接口，通过输入输出总线方能与主机交换信息。 接口与主机和外部设备之间的连接如图8-8所示。 1．接口的分类 根据接口的不同特点可有多种分类方法。 (1)根据数据传送的方式可分成并行接口和串行接口。 (2