第七章课件-国防科技大学精品课程.PPT

第七章 输入输出系统 国防科技大学计算机学院 唐玉华 E-mail：yhtang62@163.com Tel: 73640-602（O） 本讲简要说明 目的与要求：了解I/O设备及其工作特点，了解I/O接口的基本知识和基本概念 授课重点：I/O设备及其操作特点，I/O接口的基本知识及其输入输出控制方式 授课难点： I/O接口的基本工作原理及其输入输出控制方式的特点及其差异 阅读章节：第7.1节和7.2节 作业安排：P293 7.2、 7.3 、 7.4 内容提要 7.1 I/O设备 7.2 I/O接口 7.3 中断方式的输入输出 7.4 DMA方式的输入输出 7.5 常用I/O接口与设备 第七章 输入输出(I/O)系统 面临的挑战之一——I/O墙 第七章 输入输出(I/O)系统 面临的挑战之一——I/O墙 CPU性能：每年增长 60% I/O系统的性能受到机械延迟的限制(磁盘I/O)，每年的性能增长 10% I/O瓶颈 削减了高速CPU的性能 缩短了CPU执行程序的有效时间 7.1 输入输出设备 I/O系统是连接CPU和I/O设备的子系统 7.1 输入输出设备 7.1 输入输出设备 I/O设备的基本介绍 1.1 概述 7.1 输入输出设备 1.2 I/O设备的分类 输入设备 键盘、扫描仪、字符识别设备 输出设备 打印机、显示器、绘图仪 外存储设备 磁带、磁盘、光盘、Flash固态盘 模/数转换设备 网络通信设备 网卡、调制解调器 7.1 输入输出设备 数据交换的复杂与多样性 数据交换的对象种类繁杂 所传输的数据类型不一 数据传输的速率相差巨大 所传输的数据格式千差万别 信号性质不一致 …… 7.1 输入输出设备 2.3 I/O设备的特点要求专门的连接机制 主机与I/O设备之间必须有一层“界面” 满足I/O工作上的异步、实时、设备无关等特性 屏蔽数据交换的复杂性与多样性所带来巨大差异 这个“界面”实际上是一个非常重要的中间处理环节 ― I/O接口 7.1 输入输出设备 为什么I/O设备不直接挂接在系统总线上，而是通过I/O接口作为桥梁实现与系统总线的连接？ 7.2 输入输出接口 I/O接口的基本作用 “I/O接口”是“主机”与“I/O设备”之间数据交换的界面 I/O接口负责完成对数据交换的一致性封装 7.2 输入输出接口 I/O接口的基本组成 2.1 I/O接口的逻辑结构 7.2 输入输出接口 2.2 实例分析——向打印机写数据 Step 1. 主机完成待打印数据的输出 将打印机对应的编码发送到“地址线” 将待打印的数据通过“数据线”写入I/O接口的“数据缓冲器”，并通过“控制线”发出启动写入数据的命令 Step 2. 接口完成数据到打印机的传递，并反馈打印的状态 I/O接口将数据通过“数据线#”传送至打印机，并通过“控制线#”触发打印机开始工作 通过“状态线#”将打印机状态通知I/O接口(主机) 7.2 输入输出接口 I/O接口组成电路及工作过程的简单示例 7.2 输入输出接口 Step 1. 处理器发出地址信号以选择目标I/O设备，同时给出启动设备操作的命令 Step 2. 设备在启动命令的作用下开始工作 Step 3.设备经过一段时间后，完成所需的工作，并将作为工作结果的数据输入到I/O接口的数据缓冲寄存器中 Step 4. I/O设备将自身的状态报告给I/O接口 Step 5. I/O设备就绪状态信号传递到处理器相关的引脚 Step 6. 结束(或开始下一次传输) 7.2 输入输出接口 在微机系统中，I/O系统表现为南桥芯片 7.2 输入输出接口 4. I/O接口的输入输出控制方法 目的：协调经由I/O接口的数据传输 采用的方法 无条件方式 程序查询方式 程序中断方式 DMA方式 IO处理机 7.2 输入输出接口 4.1 无条件传送方式 描述：不预先进行任何的协调或检查性工作，在需要进行I/O操作时直接执行对外设的读写。即是一种无需判断I/O设备良/故、忙/闲与否的操作方式 属于程序直接控制传送方式 特点 软件只需一条I/O指令 硬件很简单，仅需一个数据缓冲寄存器(DBR) 在I/O设备各种动作时间固定、已知的条件下才使用，否则易出错。例如定时采样或对控制点的定时控制，也称为程序定时传送方式 对CPU的打扰大，系统效率低，很少使用 适应于个别慢速设备 7.2 输入输出接口 无条件传送方式操作步骤 CPU把一个设备地址送到地址总线上，经译码选定一台I/O设备 若为输出操作，则CPU向数据总线发送数据；若为输入操作，则CPU等待I/O设备的DBR中的数据出现在数据总线上 输出时，C