组成第十六讲：输入输出设备控制方式.ppt

计算机组成原理 * 输入输出系统包括外部设备（输入输出设备和辅助存储器）及其与主机（CPU和存储器）之间的控制部件。控制部件称之为设备控制器，有时也称为设备适配器或接口（如磁盘控制器、打印机控制器等），其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。本章主要介绍设备控制器的工作原理。 输入输出（I/O）系统概述 * 功能 接口是计算机与I/O设备或其他系统之间所设置的逻辑控制部件，也称I/O控制器。 接口的引入： 外设类型不同： 机械、电子、机电、电磁 传送信息类型： 数字量、模拟量 传送速度 传送方式： 串行、并行 编码方式： 能实现数据缓冲和数据锁存 能完成信息格式和电平的转换 能进行地址译码和设备选择 能保证数据传送的定时与协调 功能： * 外围设备接口的结构 接口地址 地址 译码 器 数据寄存器 命令寄存器 RD WE 地址 有效 总线 数据线 地址线 外设接口 外设控制信号 外设数据 外设状态 状态寄存器 I/O接口 功能演示 * 1.输入输出接口的基本结构 CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制 组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接口和接口与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线 CPU 控制电路 DR SR CR I/O 设备 地址 数据 IO/M RD WR 数据 状态 控制 * 2. I/O接口分类 结构方式 并行和串行 收发配合方式 同步和异步 数据传送配合方式 程序传送、中断传送、DMA、通道、IO处理器 电路规模 简单接口、可编程接口、外设接口适配器 * 3. 输入输出接口的编址方式 在接口电路中通常都具有多个可由CPU进行读写操作的寄存器，每个寄存器也叫做“端口”。为了CPU便于对I／O设备进行寻址和选择，必须给众多的I／O设备的端口进行编址，也就是给每一台设备规定一些地址码称为设备号或设备代码。 随着CPU对I／O设备下达命令方式的不同而有以下两种寻址方法。 (1) 存储器、I/O接口统一编址 将接口电路中的端口地址与存储单元统一编址 优：访存指令可访问端口，这样寻址类型多，编程较方便。 缺：占用存储器空间；速度慢。 (2) I/O端口独立编址 给I/O接口中的各端口提供与存储器空间完全分开、完全独立的I/O地址空间。 优：专门的I/O指令，与访存分开；指令执行快；不占内存地址空间。缺：需专用指令、寻址方式少。 * 专用I/O指令，例如，指令IN完成输入操作，指令OUT完成输出操作。指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。 BM PC等系列机设置有专门的I/O指令，设备的编址可达512个，部分设备的地址码（输入输出地址分配表）如下 * 输入输出设备 占用地址 地址码 硬盘控制器 软盘控制器 打印机 彩色图形显示器 异步通讯控制器 16 8 16 16 8 320～32FH 3F0～3F7H 3B0～3BFH 3D0～3DFH 3F8～3FFH 输入输出设备地址分配表 * 一般把I/O设备数据传送控制方式分为五种 ? 1．程序直接控制方式 程序直接控制（programed direct control）方式就是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。通常的办法是在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其它指令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。? I/O设备数据传送控制方式 * 2．程序中断传送方式 在程序中断传送（program interrupt transfer）方式中，通常在程序中安排一条指令，发出START信号启动外围设备，然后机器继续执行程序。当外围设备完成数据传送的准备后，便向CPU发“中断请求”（INT）信号。CPU接到请求后若可以停止正在执行的程序，则在一条指令执行完后（非流水线计算机），转去执行“中断服务程序”，完成数据传送工作，通常一次传送一个字节或一个字。传送完毕仍返回原来的程序。 I/O设备数据传送控制方式 * 3．直接存储器存取方式 直接存储器存取（direct memory access，简称DMA）方式的基本思想是在外围设备和主存之间开辟直接的数据传送通路。在正常工作时，所有工作周期均用于执行CPU的程序，当外围设备完成输入或输出数据的准备工作后，占用总线一个工作周期，和主存直接交换数据。这个周期后，CPU又继续控制总线，执行原程序。 如此重复，直到整个数据块的数据传送完毕。 I/O设备数据传送控制方式 * 这项工作是由I/O系统中增设的DMA控制器完成的，由它给出每次传送数据的主存地址，并统计已传送数据的个数以确定是否传送结束。除了在数据块传送的开始和结束时需用中断分别进行前处理和后处理外，无需C