《輸入輸出系統(tǒng)》PPT課件

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1、第10章輸入輸出系統(tǒng)重點(diǎn)：接口的概念；程序直接控制方式的基本接口及程序流程；程序中斷方式的有關(guān)概念、中斷優(yōu)先權(quán)排隊電路、屏蔽碼改變中斷優(yōu)先級、中斷方式的接口；DMA傳送方式、DMA的周期挪用方式操作過程；幾種I／0方式的比較。學(xué)時：410.1輸入輸出系統(tǒng)概述1.輸入輸出的特性(1)異步性外設(shè)的工作速度與CPU相差很大。為了能使主機(jī)和外設(shè)充分提高工作效率，則要求輸入輸出操作異步于CPU。(2)實(shí)時性輸入輸出的操作必須按各設(shè)備實(shí)際工作速度，控制信息流量和信息交換的時刻，這就是輸入輸出的實(shí)時性。(3)設(shè)備無關(guān)性輸入輸

2、出與具體設(shè)備無關(guān)，具有獨(dú)立性。2.接口接口是一種為主機(jī)和外設(shè)傳送信息而設(shè)置的硬件線路。3.接口的功能①實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸控制②實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖,以達(dá)到主機(jī)同外圍設(shè)備之間的速度匹配。③接受主機(jī)的命令，提供設(shè)備接口的狀態(tài)，并按照主機(jī)的命令控制設(shè)備。4.I／0接口的主要組成①數(shù)據(jù)緩沖寄存器②設(shè)備地址識別線路③設(shè)備狀態(tài)字寄存器④主機(jī)命令字寄存器⑤數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換線路⑥數(shù)據(jù)地址寄存器。⑦控制邏輯。5.接口的編址方式(1)統(tǒng)一編址方式是把I/0端口當(dāng)做存儲器的單元進(jìn)行分配地址。優(yōu)點(diǎn)：不需要專門的輸入輸出指令，并使CP

3、U訪問I0的操作更靈活、更方便，此外還可使端口有較大的編址空間。缺點(diǎn)：端口占用了存儲器地址，使內(nèi)存容量變小。再者，利用存儲器編址的I/0設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入輸出操作執(zhí)行速度較慢。(2)單獨(dú)編址方式是指I/0端口地址與存儲器地址無關(guān)，是單獨(dú)編址，CPU需要設(shè)置專門的輸入輸出指令訪問端口。優(yōu)點(diǎn)：輸入輸出指令與存儲器指令有明顯區(qū)別，程序編制清晰、利于理解。缺點(diǎn)：輸入輸出指令少，一般只能對端口進(jìn)行傳送操作，尤其需要CPU提供存儲器讀/寫、I/0設(shè)備讀/寫兩組控制信號，增加了控制的復(fù)雜性。6.信息交換的控制方式(1)程序直接

4、控制方式(2)程序中斷控制方式(3)直接存儲器存取控制方式(DMA)(4)通道方式(5)外圍處理機(jī)方式程序查詢方式和程序中斷方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較低的外圍設(shè)備，而DMA方式、通道方式和PPU方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較高的設(shè)備。目前，小型機(jī)和微型機(jī)中大都采用程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式。通道方式和PPU方式大都用在中、大型計算機(jī)中。7.接口的分類(1)串行接口接口和設(shè)備之間是一位一位地串行傳送信息，而接口和主機(jī)之間則是按字或字節(jié)并行傳送。接口能完成“串”轉(zhuǎn)“并”或“并”轉(zhuǎn)“串”的轉(zhuǎn)換。(2)并行接口不管

5、是接口與設(shè)備，還是接口與主機(jī)之間都是按字或字節(jié)并行傳送數(shù)據(jù)信息。10.2程序直接控制方式1.基本原理程序直接控制方式的基本原理是用程序?qū)崿F(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的信息交換。2.程序查詢方式的接口程序查詢方式基本接口示意圖如圖10.1所示。傳送一個數(shù)據(jù)的過程如下(見圖10.1上的序號)：①CPU通過接口啟動外設(shè)工作，將BS觸發(fā)器置1，請求傳送數(shù)據(jù)，同時將RD觸發(fā)器置0；②外設(shè)動作開始；③外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，同時CPU從I/O接口讀入狀態(tài)字；④假如這個設(shè)備沒有準(zhǔn)備就緒，則第③步重復(fù)進(jìn)行，一直到這個設(shè)備準(zhǔn)備好交換數(shù)據(jù)，將RD觸發(fā)器置

6、1；⑤向CPU發(fā)出準(zhǔn)備就緒信號“Ready”；CPU從I／O接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器輸入數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)從CPU輸出至接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器。與此同時，CPU將接口中的狀態(tài)標(biāo)志復(fù)位。顯然，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是CPU的操作可以和I／O設(shè)備操作同步，且接口硬件比較簡單。但缺點(diǎn)是，當(dāng)程序進(jìn)入循環(huán)時，CPU只能踏步等待，不能處理其他任務(wù)。10.3程序中斷方式10．3．1中斷的定義中斷是指計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時，出現(xiàn)來自處理機(jī)以外的任何現(xiàn)行程序不知道的事件，CPU暫停現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理這些事件，待處理完備，再返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行，這個

7、過程稱為中斷，這種控制方式稱為中斷控制方式。它有4個特點(diǎn):①數(shù)據(jù)的輸入輸出要經(jīng)過CPU；②一般用來連接低速設(shè)備；中斷的作用（1）CPU與I/O設(shè)備并行工作（2）硬件故障處理：計算機(jī)運(yùn)行時，如硬件出現(xiàn)某些故障，機(jī)器中斷系統(tǒng)發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)中斷后自動進(jìn)行處理。（3）實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系：（4）實(shí)現(xiàn)多道程序和分時操作：計算機(jī)實(shí)現(xiàn)多道程序運(yùn)行是提高機(jī)器效率的有效手段。多道程序的切換運(yùn)行需借助于中斷系統(tǒng)。在一道程序的運(yùn)行中，由I/O中斷系統(tǒng)切換到另外一道程序運(yùn)行。也可以通過分配每道程序一個固定時間片，利用時鐘定時發(fā)中斷進(jìn)

8、行程序切換。（5）實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理：實(shí)時處理是指在某個事件或現(xiàn)象出現(xiàn)時及時地進(jìn)行處理，而不是集中起來再進(jìn)行批處理。這些事件出現(xiàn)的時刻是隨機(jī)的，而不是程序本身所能預(yù)見的，因此，要求計算機(jī)中斷正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。（6）實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的聯(lián)系：（7）多處理機(jī)系統(tǒng)各處理機(jī)間的聯(lián)系：請求CPU中斷的設(shè)備或事件稱為中斷源。根據(jù)中斷源的不同類別，可以把中斷分為內(nèi)中斷和外中斷兩種