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计算机外设 实验要求 掌握各种外设与主机的关系 实验地点 硬件工程实验室 实验内容 分析计算机外设与主机的关系 主机与外部设备的关系主要体现在主机与外部设备的信息交换 主机与外部设备的信息交换 概述 : 计数机的输入、输出系统简称为 I/O 系统。 I/O 概念是以主机为中心，将信息从外设传送到主机叫输入，反之叫输出。 I/O 系统包括 I/O 接口， I/O 管理部件及有关软件。 I/O 接口的作用：解决主机与外设两个异步工作系统之间的通讯联络问题。 ① 解决速度匹配问题 ② 解决信息格式转换问题一个计算机系统的综合处理能力 , 系统的可扩展性、兼容性和性能价格比、都和 I/O 系统有密切关系。 本章主要阐述接口的功能、组织结构、工作方式及其在信息交换的几种控制方式，着重讨论中断控制方式。 输入输出的特性 1.异步性：外设的操作在很大程度上要独立于 CPU ，不能使用统一的工作节拍。另一方面外设要与 CPU 交换数据，对CPU来说是随机的，为了使CPU（主机）与外设充分提高工作效率，则要求I/O操作异步于I/O 即使主机和外设并行工作。 2.实时性：计算机用于现场测试或控制、信号的出现是及时的，不及时处理就有丢失的危险，且计算机一般连接了多台外设，这些外设信息传送速度相当悬殊，传送方式各异，为此，I/O 操必须按各设备实际工作速度控制信息流量交换的时刻。 3.独立性：各种外设发送和接收信息各不相同，且其数据格式及物理参数也极不相同，而主机与它们之间的控制和状态信号是有限的，主机接收和发送数据的格式是固定的。主机的输入输出不针对某一个设备来设计，应该按照统一的规则制定输入输出，也就是说输入输出与具体设备无关，具有独立性。 接口：两个不同部件或系统之间的交换部分。如：两个硬设备之间的交换装置两个独立程序块之间的交换程序。 接口的主要功能:1.匹配主机与外设的速度差距2.实现数据格式的转换3.传送主机命令4.反映设备的工作状态5.识别和指示数据传送的地址 接口组织 接口既要面向主机，又要面向设备，即接口处在主机和外设之间起到桥梁作用。根据I/O的异步性、实时性和独立性，面向主机的逻辑应按统一标准设计，称此逻辑为接口的标准部分，面向设备的逻辑因设备而异，是非标准的，通常将接口的标准部分简称为接口，接口的非标准称为设备控制器，或适配器。因此，主机与外设的连接就成为4级连接。 图 8. 1 所示：主机与外部设备交换信息过程图 设备控制器用于转换接口与设备之间传送的控制信号和数据信号的电平，这种转换是逻辑级的。转换后的控制信号和数据是非逻辑的 , 它的电平幅度随设备而定。设备控制器还可对设备进行辅助控制，如打印机回车、换行、走纸报警等控制。设备控制器常与设备安装在一起。 接口内部的基本组织有： 1）数据缓冲寄存器（DBR）2）设备地址识别线路（设备地址译码器），识别主机是否与其通讯。3）设备状态字寄存器（DSR）和主机命令寄存器4）数据格式转换线路，进行串/并或并/串传送转换。5）对外界联络和内部管理的控制逻辑6）数据地址寄存器和设备地址寄存器 输入输出的连接方式 一.总线式连接方式P187图8.3 结构：所有设备和接口通过一组总线与计算机通讯，称这组总线为I/O总线，I/O总线含DB、AB、CB 。优点：使器件和连接线减少，可靠性增强。接口按标准方式接到总线上，设备的增添或撤除不影响主机的线路结构和功能，方便系统的扩展，方便设备维修。 二．通道连接方式 P187 图 8.4 结构特点：此方式按3级管理 第1级：主机管理通道，通道是一种功能较强的接口设备，主机把要完成的任务预先编制的程序，交给通道，并启动通道后,不再管理具体I/O，直到通道任务完成后 , 主机才进行 I/O 结束处理。 第2级：通道管理设备控制器 (CU), 通过通道总线与设备控制器连接,由于通道接替了主机许多管理功能,所以通道既可以被看作一个标准的接口,又可以看作一台简易处理机，它象计算机管理I/O总线一样管理通道总线。 第3级：设备控制器(CU)管理I/O设备,设备控制器可以同时管理1~2台设备。 接口的类型 串行接口 1.串行接口：接口与设备之间是一位一位地串行传送信息，而接口和主机之间则是按字或字节并行传送。接口能完成“串”转“并”或“并”转“串”的转换。 2.异步接收发送器（UART）P188图8.5结构:接收器—接收移位寄存器，接收缓冲寄存器,DA（数据到齐触发器）发送器—发送缓冲寄存器、发送移位寄存器，数据取空触发器（TBE）。控制部件 3. 串行码的传送格式： P188 图 8. 6 由三部分组成：起始位（1位）数据位（5~8 位）终止位（1~2位）空闲位：两个相邻字符之间的间隔叫空闲位