白中英计算机组成原理第8章_输入输出系统.pptVIP

第8章 输入输出系统 目录 8.1 外围设备的速度分级与信息交换方式 ——了解 8.2 程序查询方式 ——了解 8.3 程序中断方式 ——掌握 8.4 DMA方式 ——掌握 8.5 通道方式 ——了解 8.6 通用I/O标准接口 ——了解 考研大纲要求 (一) I/O系统基本概念 (二) 外部设备 (三) I/O接口(I/O控制器) 　　1. I/O接口的功能和基本结构 　　2. I/O端口及其编址 (四) I/O方式 　　1. 程序查询方式 　　2. 程序中断方式 　　3. DMA方式 　　 DMA控制器的组成；DMA传送过程。 　　4. 通道方式 8.1 外围设备的速度分级与信息交换方式 8.1.1 外围设备的速度分级 8.1.2 信息交换方式 8.1.1 外围设备的速度分级 根据外设的工作速度，CPU与外设的定时方式有以下3种： 速度极慢或简单的外围设备 CPU直接接收或发送数据。 慢速或中速的外围设备 采用异步定时方式，或称为应答式数据交换； CPU与外设之间通过两个相互的联络信号来决定开始数据传送的时间。 高速的外围设备 采用同步定时方式； CPU以等间隔的速率执行输入／输出指令。 8.1.2　外设信息交换方式 程序查询方式 早期计算机中使用的一种方式，效率低。 程序中断方式 适用于随机出现的服务。 直接内存访问（DMA）方式 适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。 通道方式 增加一个具有特殊功能的处理器——通道，将CPU的输入输出权力下放。 外围处理机方式(PPU) 是通道方式的进一步发展。 程序查询方式 工作过程 CPU传送数据之前先检查外设的状态，若没有准备好，则继续查询等待，直至外设就绪即进行数据传送。 硬件要求 只需接口电路的状态、数据口，不需增加其他控制电路。 特点 CPU主动查询，程序控制数据传送过程，简单易行； 每次查询之后只能传送一个字或一个字节的数据，数据传输率不高，CPU时间浪费较多。 适用场合 CPU不太忙且对传送速度要求不高的系统。 程序中断方式 工作过程 CPU有传送要求时，启动外设后可处理其他事件，当外设准就绪后，通过中断的方式和CPU完成数据传送工作。 硬件要求 需要附加的中断控制电路。 特点 一定程度上实现了CPU和外设的并行工作； 中断操作过程增加了软硬件的开销，且每次数据传送只能传送一个字或一个字节的数据，数据传送效率低。 适用场合 CPU与慢速外设之间的数据传送。 直接内存访问（DMA）方式 工作过程 CPU分配总线使用权之后，在硬件DMA控制器（DMAC）的控制下完成存储器与高速外设之间的大量数据的传送。 硬件要求 需要相应的DMA控制器及数据通路，电路结构复杂，硬件开销大。 特点 数据传送不需要经过CPU，直接由硬件控制； 外设与存储器之间的数据传送量大。 适用场合 包含有高速外设的系统中。 通道方式 工作过程 CPU将IO控制的权利下放给通道，由通道统一管理所有的输入输出操作。 硬件要求 需要IO通道（也称IO处理器，IOP）； 通道是一个具有特殊功能的处理器。 特点 硬件代价较高； IO传送的效率高，并且减轻了CPU的工作负担。 适用场合 高性能要求的系统中。 8.2 程序查询方式 1、设备编址——统一编址方式 统一编址方式 将I/O系统与主存系统作为一个整体进行编址； 优点： 访问I/O端口可使用访存指令，操作类型多样，使用灵活； I/O端口有较大的编址空间； 缺点： 占用主存空间，使实际主存容量减小； I/O访问的指令字长较长，执行速度慢。 1、设备编址——独立编址方式 独立编址方式 将I/O系统与主存系统分别编址； 特点： I/O端口地址不占用主存空间； 使用专用的I/O指令，指令字长短，执行速度快； 与主存空间区分容易。 2、输入/输出指令 IO指令 输入指令：IN AL/AX , DX/PORT 从指定端口读入一个字节/字数据到累加器； 输出指令：OUT DX/PORT , AL/AX 将累加器中的一个字节/字数据送到指定端口输出； IO指令一般的功能： 对I/O接口的控制触发器置1或0，控制其进行某些操作； CPU向IO接口发命令字； 测试设备的某些状态； CPU读取IO接口的状态字； 输入或输出数据； CPU与IO接口之间的数据传送； 3、程序查询方式的接口 CPU通过地址信号选中某设备接口； CPU通过向该接口发送命令字的方式，启动外设； 外设开始工作后，设置当前“忙”状态； CPU与外设通过接口内部的数据缓冲器传送数据； 4、程序查询输入/输出方式 程序执行动作如下： CPU请求数据传送； CPU从I/O接口读入