东北财经大学计算机原理课件 输入输出系统（一）.ppt

第六章 输入输出系统 输入输出系统概述 程序查询方式 程序中断方式 DMA方式 通道和I/O处理机方式 磁盘存储器 显示器 汉字处理 6.1 输入输出系统概述 6.1.1 I/O系统的基本功能 1、媒体上数据形式的转换功能：完成外设表达的数据形式与计算机所能处理的二进制形式之间的转换。 2、对众多外设的寻址功能：对各个外设进行寻址，使主机能够与指定的外设进行数据交换。 3、数据的缓冲功能：解决主机与外设速度不匹配问题。 4、对外设的控制管理功能：包括对指定外设状态的检测、传送输入输出指令等。 5、对信息的保存功能：主存储器是易失性存储器，断电后，信息即会消失，而I/O系统能够将信息永久地保存起来。 6.接收来自CPU的数据和控制信息,向总线输出数据和状态信息. I/O系统是连接计算机与外部世界的桥梁。 6.1 输入输出系统概述 6.1.2 I/O系统的组成 1、I/O设备，包括I/O设备本身及其设备自己的控制器 2、I/O接口电路，即连接主机和I/O设备的接口电路。I/O设备通过它接收来自CPU传送的各种信息，并根据设备的不同要求把这些信息传送到设备，或者从设备中读出信息传送到接口 3、I/O程序，是I/O设备完成输入输出操作的程序，包括系统软件的I/O程序和各设备自己的专用“驱动程序”。 6.1 输入输出系统概述 4.1.3 I/O系统的编址方式 1、与主存储器统一编址方式 在主存储器的地址空间中划出某一区域专门作为外设地址区使用，即外设寄存器的地址包含在主存储器的地址空间内，划给外设的这部分区域不能配置存储器芯片。 6.1 输入输出系统概述 6.1.3 I/O系统的编址方式 2、外设单独编址方式 外设的地址与主存的地址是分别编排的，这样，在低地址区，外设和主存将具有同样的地址编码。 6.1 输入输出系统概述 6.1.3 I/O系统的编址方式 2、外设单独编址方式 例： 6.1 输入输出系统概述 6.1.4 I/O主要控制方式 解决：外设的要求如何被满足 外设和主机如何同步 对于单总线结构: 1、程序查询方式：由CPU执行一段输入输出程序来控制实现主机与外设之间的数据传送。CPU利用率很低，但接口简单。 2、程序中断方式：当外设数据准备就绪后，“主动”向CPU发出请求中断的信号，CPU响应中断时，暂停主程序的执行，转移到请求中断的外设的中断服务程序，中断服务程序结束后，CPU再返回原主程序。 3、直接存储器存取（DMA）方式：是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。该方式中，DMA控制器接替CPU对总线的控制，数据交换直接在主存和I/O设备之间进行，而不经过CPU。 对于以存储器为核心的双总线结构: 4、通道和I/O处理机方式：由通道或I/O处理机控制实现数据输入输出，通道与CPU分时使用内存，实现了CPU与外设的并行工作。 硬件连线实现CPU与I/O接口同步 6.2 程序查询方式 6.2.1 程序查询方式 1、程序查询方式工作过程 工作过程 向外设发出命令字，请求数据传送 从外设状态字寄存器中读入状态字 分析状态字，确定能否进行数据传送 若外设准备好，则进行数据传送，否则转（2） 6.2 程序查询方式 4.2.1 程序查询方式工作过程 多台外设的程序查询过程 6.2 程序查询方式 4.2.2 程序查询方式接口 6.2 程序查询方式 6.2 程序查询方式 6.2.2 程序查询方式接口 6.2 程序查询方式 6.2.2 程序查询方式接口 6.2 程序查询方式 程序查询方式小结 特点：CPU与外设处于串行工作方式，主程序与外设的服务子程序的执行不能同时进行 优点：接口简单 缺点：CPU效率低（查询的过程是快速CPU等待慢速外设的过程） 6.2 程序查询方式 4.2.3 程序查询方式举例 键盘控制方式 6.2 程序查询方式 6.2.3 程序查询方式举例 6.3 程序中断方式 6.3.1 中断的基本概念 中断：中断即指CPU中断正在执行的程序，而转去执行响应的中断服务程序，待中断服务程序执行完毕，再返回到原程序继续执行。 6.3 程序中断方式 6.3.1 中断的基本概念 中断系统：实现中断的硬件和软件所组成的系统。 应有提出中断请求设备和事件,CPU能响应并识别它们,能正确执行中断服务子程序并返回,能对多个中断请求判优和嵌套中断. 中断源：引起中断的原因或发生中断的来源。这里的中断源包括了硬件和软件两个方面，具体为： 外设请求中断 故障请求中断 软件设置的中断源 中断的类型 I/O中断：由输入输出设备向CPU提出中断请求，CPU响应后进行中