第5章输入输出系统2012(V2.0).ppt

5.1 I/O系统概述 I/O系统功能 为数据传输操作选择I/O设备 连接I/O设备与主机，完成数据交换 I/O系统组成 软件：可由系统软件（OS）或应用软件承担 输入输出过程控制：发送读写指令，检查设备状态等 用户界面 硬件：I/O接口 主机与外设之间通信：速度匹配、同步、指令、状态、差错控制... 数据缓存 “接口（interface）” vs. “端口（port）” 端口＝寄存器组（数据、控制、状态…） 接口＝N个端口＋控制逻辑 5.1.1 I/O接口组成 速度匹配、同步、指令、状态、差错控制、数据格式转换 5.1.2 I/O编址方式 计算机系统中I/O端口的编址方式 独立编址方式（direct I/O） 专用I/O端口地址，与存储器地址空间分开 采用专用I/O指令 Intel处理器所使用的方式 8086：存储空间1M(20条地址线)，I/O空间64K(16条地址线) 存储器映射编址方式（Memory Mapped I/O） I/O端口占用一部分存储空间 使用统一的访存指令对I/O端口进行读写 某些嵌入式处理器（Embedded Processor）采用的方式 利弊：编程，指令译码 存储器映射I/O编址 5.1.3 数据传输方式 数据传输方式 串行 并行 同步方式 主机较外设速度快，必须同步 异步方式： Handshaking protocol 应答式（acknowledge） Ready：就绪 Strobe：选通 串行，速度慢 同步式：主机与外设采用同步时标 并行，速度快 5.1.5 外设与主机的连接方式 拓扑结构(topology) 5.1.6 数据传输控制方式 程序查询方式 程序中断方式 直接内存访问方式（Direct memory access） I/O通道方式 I/O处理机方式 1、程序查询方式 由CPU控制数据传输的过程 一次传输一个字节 多个设备优先级：查询的顺序 处理器等待，效率低 2、程序中断方式 中断的概念 暂停当前程序的执行，转而执行其他程序，在它们执行完成后再恢复被中断程序的执行。 允许一个处理器“同时”执行多个任务 中断服务程序 中断方式I/O 处理器继续执行自己的任务 外设Ready后，通过接口向CPU发中断请求 CPU在当前指令执行完成后响应中断 完成数据传输后，恢复被中断程序的执行 并行，效率高，但仍然占用CPU 应用：数据采集，键盘接口，打印程序 3、DMA方式 进一步提高效率，避免在I/O时占用CPU 需要解决访存时总线冲突问题 CPU在总线周期结束时让出总线 时钟周期 总线周期 指令周期 批量数据传输 4、I/O通道方式 对大型系统，设备多，数据传输频繁，DMA造成的总线冲突仍然影响CPU的效率。 I/O通道方式 执行专用指令，完成数据交换 专用处理器，受主CPU控制（启停等） 应用：网络控制器? 5、I/O处理机方式 I/O处理机方式 独立于主机，管理多个设备 完成码制变换、格式转换、数据校验、容错等任务 应用：磁盘阵列（ Disk Array） 小 结 内容 外设原理 I/O系统组成 I/O接口的基本特征 编址方式 同步方式 控制方式 要求 基本工作原理、流程、结构框图 5.2 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 程序查询方式及其接口 5.3 程序中断方式 5.4 DMA方式 5.5 通道控制方式 5.6 I/O设备的工作原理 键盘、显示器、打印机 5.6.1 键盘工作原理 由一组排列成阵列的按键开关组成 按下一个键，产生一个位置码 位置码转换成字符码，送入主机 读键过程 判断有无按键 消抖：电路，软件 识别 编码 编码键盘 5.6.3显示器 种类 CRT（ Cathode-Ray Tube，阴极射线管） LCD（Liquid Crystal Display，液晶） LED（Light-Emitting Diode，发光二极管） 字符 图像 单色（black and white） 灰度（Gray） 彩色（Color） 1、CRT原理 电子束轰击荧光屏的荧光粉产生亮点（象素，pixels） 尺寸：荧光屏对角线长度，15inch、17inch、21’ 分辨率 象素多少：1024×768，物理——逻辑 行间距：.31mm、.28mm 彩色：RGB，24位真彩色（16M种），每种8位 灰度：256级，8位 刷新：显示余辉几十ms 刷新频率：60Hz 帧缓存（显存）：刷新存储器， 容量由分辨率和色彩（灰度）决定 (512×512)×256色（级）＝512×512×8b＝256KB 存取周期要与刷新频率匹配 字符显示器原