计算机组成原理第章 输入输出系统.ppt

第8章 计算机的输入输出系统是整个计算机系统中最具有多样性和复杂性的部分，本章首先介绍主机与外设之间的连接问题，接着重点介绍程序查询方式、程序中断方式、DMA方式和通道方式。 8.1 主机与外设的连接 8.1.1 输入输出接口 主机和外设的连接方式有辐射型连接、总线型连接等。输入/输出接口（I/O接口）是主机和外设之间的交接界面，通过接口可以实现主机和外设之间的信息交换。 主机和外设各自具有自己的工作特点，它们在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的。 8.1 主机与外设的连接 主机和外设之间需要交换的信息有： 1. 数据信息 这类信息可以是通过输入设备送到计算机的输入数据，也可以是经过计算机运算处理和加工后，送到输出设备的结果数据。传送可以是并行的，也可以是串行的。 2. 控制信息 这是CPU对外设的控制信息或管理命令，如外设的启动和停止控制、 输入或输出操作的指定、工作方式的选择、中断功能的允许和禁止等。 8.1 主机与外设的连接 3. 状态信息 这类信息用来标志外设的工作状态，比如，输入设备数据准备好标志，输出设备忙闲标志等。CPU在必要时可通过对它的查询来决定下一步的操作。 4. 联络信息 这是主机和外设间工作的时间配合信息，它与主机和外设间的信息交换方式密切相关。通过联络信息可以决定不同工作速度的外设和主机之间交换信息的最佳时刻，以保证整个计算机系统能统一协调地工作。 8.1 主机与外设的连接 5. 外设识别信息 这是I/O寻址的信息，使CPU能从众多的外设中寻找出与自己进行信息交换的唯一外部设备。 8.1 主机与外设的连接 8.1.2 接口的功能和基本组成 1. 接口的功能 (1) 实现主机和外设的通信联络控制 接口中的同步控制电路用来解决主机与外设的时间配合问题。 (2) 进行地址译码和设备选择 当CPU送来选择外设的地址码后，接口必须对地址进行译码以产生设备选择信息，使主机能和指定外设交换信息。 8.1 主机与外设的连接 (3) 实现数据缓冲 在接口电路中，一般设置有一个或几个数据缓冲寄存器，用于数据的暂存，以避免因速度不一致而丢失数据。在传送过程中，先将数据送入数据缓冲寄存器中，然后再送到输出设备或主机中去。 (4) 数据格式的变换 在输入或输出操作过程中，为了满足主机或外设的各自要求，接口电路中必须具有完成各类数据相互转换的功能。(并-串、数-模) 8.1 主机与外设的连接 (5) 传递控制命令和状态信息 当CPU要启动某一外设时，通过接口中的控制命令寄存器向外设发出启动命令；当外设准备就绪时，则有状态信息送回接口中的状态寄存器，为CPU 提供反馈信息，告诉CPU，I/O设备已经具备和CPU交换数据的条件。当外设向CPU提出中断请求和DMA请求时，CPU也有相应的响应信号反馈给外设。 8.1 主机与外设的连接 2. 接口的基本组成 接口中要分别传送数据信息、控制信息和状态信息，数据信息、控制信息和状态信息都通过数据总线来传送。大多数计算机都把I/O设备的状态信息视为输入数据，而把控制信息看成输出数据，并在接口中分设各自相应的寄存器，赋以不同的端口地址，各种信息分时地使用数据总线传送到各自的寄存器中。 8.1 主机与外设的连接 8.1 主机与外设的连接 接口与端口是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以进行读/写的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。 8.1 主机与外设的连接 通常，一个接口中包含有数据端口、控制端口和状态端口。存放数据信息的寄存器称为数据端口，存放控制命令的端口称为命令端口，存放状态信息的寄存器称为状态端口。CPU通过输入指令可以从有关端口中读出信息，通过输出指令可以把信息写入有关端口。对状态端口只能实施读出(输入)操作，将读取的外设状态标志送到CPU 中去；对命令端口只进行写入(输出)操作，CPU将向外设发送各种控制命令。因此，在有的接口电路中状态信息和控制信息共用一个寄存器，称之为设备的控制/状态寄存器。 8.1 主机与外设的连接 3. 接口的类型 (1) 按数据传送方式分类 有串行接口和并行接口。这里所说的数据传送方式指的是外设和接口一侧的传送方式，而在主机和接口一侧，数据总是并行传送的。 (2) 按主机访问I/O设备的控制方式分类