《計(jì)算機(jī)組成原理》第3版ppt電子課件教案第八章輸入輸出系統(tǒng)

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1、CPUMS接口1……接口nI/O1設(shè)備I/On設(shè)備外設(shè)必須通過接口部件，才能接到總線上。接口：又稱I/O控制器或適配器。4.I/O系統(tǒng)包括：外設(shè)，接口部件和相應(yīng)的管理軟件。第八章輸入輸出系統(tǒng)P272輸入輸出系統(tǒng)概述：1.計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)，簡稱I/O系統(tǒng)。2.外設(shè):（外圍設(shè)備）具體執(zhí)行輸入輸出操作的設(shè)備——I/O設(shè)備。3.外設(shè)和總線的連接（單總線下）4.I/O系統(tǒng)任務(wù):(1)選擇I/O設(shè)備。(2)控制選定的I/O設(shè)備，完成CPU或MS和I/O設(shè)備之信息傳遞。5.I/O系統(tǒng)功能(1)信息轉(zhuǎn)換：D/A或A/D、串并轉(zhuǎn)移。(2)數(shù)據(jù)緩沖：CPU?接口?I/O設(shè)備(3)速度配合：高速低速8

2、.1外圍設(shè)備的定時(shí)和信息交換方式P2721.外圍設(shè)備定時(shí)方式(1)高速主機(jī)和不同速度工作的外圍設(shè)備相連接遇到的問題：如何保證主機(jī)與外圍設(shè)備在時(shí)間上的同步？定時(shí)問題。(2)輸入/輸出設(shè)備同CPU交換數(shù)據(jù)的過程：1)輸入過程：CPU從外設(shè)讀入數(shù)據(jù)。包括3個(gè)步驟：a)CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，選擇一個(gè)輸入設(shè)備。b)CPU等候輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)成為有效。c)CPU從數(shù)據(jù)總線上讀入數(shù)據(jù)，并放在一個(gè)相應(yīng)的寄存器中。2)輸出過程：CPU把數(shù)據(jù)從外設(shè)輸出。包括3個(gè)步驟：a)CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，選擇一個(gè)輸出設(shè)備。b)CPU把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上。c)輸出設(shè)備認(rèn)為數(shù)據(jù)有效，從而從數(shù)據(jù)總線

3、上把數(shù)據(jù)取走。(3)CPU與外圍設(shè)備之間定時(shí)方法，有三種方法；1)速度極慢或簡單外圍設(shè)備：例如：機(jī)械開關(guān)、顯示二極管(大型顯示屏幕)。若輸出設(shè)備，該設(shè)備一定準(zhǔn)備就緒。CPU采用數(shù)據(jù)輸出就可以。若輸入設(shè)備，該設(shè)備數(shù)據(jù)一直有效，CPU采用接受數(shù)據(jù)輸入就可?？傊珻PU只要接受或發(fā)送數(shù)據(jù)即可。2)慢速或中速的外圍設(shè)備：該類設(shè)備的速度和CPU不是同一個(gè)數(shù)量級(jí)，或者如鍵盤工作時(shí)間不規(guī)則。CPU與這類設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送采用異步定時(shí)的方式(應(yīng)答式數(shù)據(jù)交換)。a)CPU從外設(shè)接受一個(gè)字的過程(輸入)：首先詢問外設(shè)的狀態(tài)，如果外設(shè)的狀態(tài)標(biāo)志位表示設(shè)備已"準(zhǔn)備就緒"，CPU就從總線上接收數(shù)據(jù)。CPU在接收

4、數(shù)據(jù)以后，發(fā)出輸入響應(yīng)信號(hào)，告訴外設(shè)已經(jīng)把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)取走。然后，外設(shè)把"準(zhǔn)備就緒"的狀態(tài)標(biāo)志位復(fù)位，為準(zhǔn)備下一個(gè)字交換。如果外設(shè)的狀態(tài)標(biāo)志位表示設(shè)備沒有"準(zhǔn)備就緒"，則設(shè)備發(fā)出"忙"的標(biāo)志，此時(shí)CPU進(jìn)入一個(gè)循環(huán)程序等待。b)CPU向外設(shè)發(fā)送一個(gè)字的過程(輸出)：外設(shè)先發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，然后CPU詢問外設(shè)是否準(zhǔn)備就緒，如果外設(shè)已準(zhǔn)備就緒，CPU送出數(shù)據(jù)，并發(fā)出數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備就緒，外設(shè)接收數(shù)據(jù)后，向CPU發(fā)出"數(shù)據(jù)已取走"的信號(hào)。3)高速的外圍設(shè)備：例如：磁盤。采用同步定時(shí)方式或DMA方式(直接內(nèi)存存貯訪問方式)。(4)CPU管理外設(shè)的五種控制數(shù)據(jù)傳送方式：P2741)程序查詢方式：早期

5、計(jì)算機(jī)采用方式。CPU執(zhí)行程序直接控制I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。優(yōu)點(diǎn):CPU的操作和外設(shè)操作能夠同步,而且硬件結(jié)構(gòu)簡單。缺點(diǎn)：外設(shè)操作速度很慢，CPU執(zhí)行查詢的循環(huán)程序浪費(fèi)CPU大量時(shí)間，CPU效率極低。2)程序中斷方式：I/O設(shè)備要求一次數(shù)據(jù)傳送，向CPU提出一個(gè)I/O的中斷，CPU暫定它的現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)向更進(jìn)迫的I/O中斷服務(wù)程序，從而進(jìn)行一次的數(shù)據(jù)傳送，這個(gè)任務(wù)完成后，CPU又返回它原來暫定的地方，繼續(xù)進(jìn)行下去。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省大量CPU詢問等待的時(shí)間，提高了CPU的使用效率。適用于隨機(jī)服務(wù)的中低速I/O設(shè)備。缺點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些，執(zhí)行中斷程序，服務(wù)開銷時(shí)間較大。(后面有一節(jié)專門講中

6、斷概念)3)DMA(直接內(nèi)存訪問)方式：用程序中斷方式交換一次數(shù)據(jù)，執(zhí)行中斷服務(wù)程序需要幾十微秒到幾百微秒，對(duì)于例如磁盤這類高速設(shè)備，采用成組(一批數(shù)據(jù))交換數(shù)據(jù)，速度太慢，甚至?xí)G失信息。DMA(直接內(nèi)存訪問)方式：是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。由DMA接口(I/)控制器)從CPU接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，直接在內(nèi)存和高速的外設(shè)之間進(jìn)行，高速傳送數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳送速度很高，CPU使用的效率和高速設(shè)備的效率得到充分發(fā)揮。缺點(diǎn)：在DMA接口中需要更多的硬件。4)通道方式：為了進(jìn)一步減輕CPU對(duì)I/O設(shè)備控制的壓力，可把它交給通道(IOP)的硬件來完成。通道是

7、一個(gè)具有特殊功能的處理器(IOP),它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送。優(yōu)點(diǎn)：更進(jìn)一步提高了CPU使用效率。缺點(diǎn)：使用更多的硬件。5)外圍處理機(jī)(PPU)方式：外圍處理機(jī)(PPU)方式是通道方式的進(jìn)一步發(fā)展，所有的I/O操作全部有PPU完成，CPU對(duì)I/O的操作完全解放出來。PPU直接上是一個(gè)微小型的計(jì)算機(jī)，就是專門控制執(zhí)行I/O操作。外圍設(shè)備的I/O控制方式：動(dòng)畫演習(xí)八(1)。P275.圖8.1I/O控制方式主要由軟件和少量硬件