计算机组成原理 第八章 输入输出系统精要.ppt

8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 高速的CPU与速度参差不齐的外设怎样在时间上同步呢？ 解决办法时在CPU和外设之间数据传送时加以定时。 速度极慢或简单的外设 如机械开关、显示二极管等，CPU总能很快做出反应，对机械开关来说，CPU可以认为输出数据总是有效，因为机械开关的动作时间对CPU来说是很慢的。对显示二极管来说，CPU可以认为输出一定准备就绪，因为只要给出数据，显示二极管就能显示。所以在这些情况下，CPU只需要接受或者发送数据即可 慢速或者中速的设备 由于此类设备的速度与CPU的速度不在一个数量级，或者由于设备本身在不规则时间间隔下操作(如键盘)，可以采用异步定时的方式 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 如果CPU从外设接收一个字，首先询问外设的状态，如果外设的状态是”准备就绪”,则CPU从总线上接收数据，接收完毕之后，发出输入响应信号，告诉外设已经把数据总线上的数据取走。然后外设把”准备就绪”状态复位，并准备下一个字的交换。如果外设发出“忙”标记，CPU进入循环程序中等待，并在循环中询问外设的状态，直到外设发出“准备就绪”信号后才从外设接收数据。 CPU发送数据到外设，外设首先发出请求输出信号，然后CPU询问外设是否准备就绪。如果外设准备就绪，CPU便送出数据。外设接收数据后，将向CPU发出“数据已取走”的信号。通常把CPU和外设询问用回答信号进行定时的方式叫做应答式数据交换。 高速的外围设备 高速的外围设备一般以相等的时间间隔操作，CPU也是以等间隔的速率执行输入输出指令，因此采用同步定时方式。一旦CPU和外设同步，他们之间的数据交换便通过时钟脉冲控制来进行。 8.2程序查询方式 2、输入输出指令功能 (1)置“1”或置“0” I/O接口的某些控制寄存器，用于控制设备的动作，如启动、关闭设备。 (2)测试设备的状态。 “忙”，“准备就绪” (3)传送数据。当输入数据时，将I/O接口数据寄存器中的内容送到CPU某一寄存器。当输出数据时，将CPU某一寄存器的内容送到I/O接口的数据寄存器。 例如某I/O指令 01 R0~R7 OP 控制 DM 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10-15 01表示I/O指令 R0~R7 CPU中8个通用寄存器 OP操作码 89表示控制功能，01启动设备，10关闭设备 10~15表示64个外围设备地址 8.2程序查询方式 3、程序查询接口 接口是总线与外设之间的一个逻辑部件，作为一个转换器，保证外设用计算机系统所要求的形式发送接收数据。 设备选择电路： 接到总线上的每个设备都预先给定了设备地址码，CPU执行I/O指令时需要把指令中的设备地址送到地址总线，用于指示CPU要选择的设备。每个设备接口电路中都有一个设备选择电路，用他判别地址总线上指示的设备是不是本设备，如果是，则本设备进入工作状态，否则不予理睬。 数据缓冲寄存器：输入时存放从外设读出的数据，然后送到CPU,输出时存放CPU送来的数据然后从外设输出。 设备状态寄存器。 接口中的状态寄存器。“忙” “准备就绪” “错误”等。接口监视外设的状态，一旦CPU用程序询问外设时，将状态标识信息取至CPU进行分析。 8.2程序查询方式 8.2程序查询方式 例1 在程序查询方式的输入输系统中，假设不考虑处理时间，每次查询需要100个时钟周期，CPU的时钟频率是50MHz。现有鼠标和键盘两个设备，CPU必须每秒都鼠标进行30次查询，硬盘以32位字长为单为传输数据，即每32位被CPU查询一次，传输率为2MBps。求CPU对这两个设备查询所花费的时间比率，由此可得出什么结论？ 解：CPU每秒对鼠标查询30次，所需时钟周期100*30=3000 CPU时钟频率50MHz,即每秒50*106个时钟周期，鼠标查询占用CPU时间比率3000/(50*106)=0.006% 对于硬盘每秒查询2MB/4B=512K次 每秒查询的时钟周期是100*512*1024=52.4*106 硬盘查询占用CPU时间比率是52.4*106/50*106=105% 可见 即使CPU将全部时间用于对硬盘的查询也不能满足磁盘传输的要求，因此CPU与硬盘交换信息不采用程序查询方式 8.3.1 中断的基本概念 原子操作：开中断和关中断问题。 当CPU响应中断后，可能有另一个中断源发出中断请求，为了不造成混乱，在CPU的中断管理部件必须有“中断屏蔽”触发器，它可以在程序的控制下置“1”（设置屏蔽）或者置“0”（取消屏蔽），只有在中断屏蔽为0时CPU才受理中断。 当CPU接收中断请求并作出中断响应时，它一方面发出中断响应信号INTA,另一方面把中断屏蔽标志置1，不受理另