第9章 輸入輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備課件.ppt

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1、第9章輸入輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備計(jì)算機(jī)組成與匯編語言9.1概述9.2程序查詢方式9.3程序中斷方式第9章輸入輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備9.4DMA方式9.5可編程I/O接口及其應(yīng)用9.6輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展9.7外圍設(shè)備本章要點(diǎn)輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)，I/O接口的基本組成和功能，I／O端口的訪問程序查詢方式程序中斷方式DMA方式鼠標(biāo)、顯示器、激光打印機(jī)、光盤驅(qū)動器和閃存的分類及主要參數(shù)硬盤的工作原理、存儲地址格式和主要技術(shù)指標(biāo)9.1概述9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)9.1.3I／O端口的訪問9.1.2I/O接口的基本組成和功能輸入輸出設(shè)備種類繁雜，各種設(shè)備的性能各式各樣，各有自己獨(dú)立的控制和數(shù)據(jù)處理方式。各

2、種外設(shè)不能直接與CPU或系統(tǒng)總線連接，而必須通過某個中間電路，將不同外設(shè)與CPU交換的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，統(tǒng)一為系統(tǒng)總線能接受的標(biāo)準(zhǔn)。解決這一系列的問題的中間電路及其控制程序（接口驅(qū)動程序）就是外設(shè)接口或者輸入／輸出接口(Input/OutputInterface，簡稱I／O接口)。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)對用戶而言，輸入輸出系統(tǒng)的復(fù)雜性一般隱藏在操作系統(tǒng)之中。用戶無需了解各種外設(shè)的具體工作細(xì)節(jié)，只要通過簡單的命令或程序調(diào)用就能使用有關(guān)設(shè)備了。I/O系統(tǒng)的復(fù)雜性還表現(xiàn)在處理機(jī)本身和操作系統(tǒng)所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)事件的處理上，比如實(shí)時響應(yīng)問題、數(shù)據(jù)傳輸出錯問題、網(wǎng)絡(luò)防范問題、系統(tǒng)保護(hù)問題、中斷和

3、自陷問題等等。因此，輸入輸出系統(tǒng)應(yīng)具備的特點(diǎn)集中反映在異步性、實(shí)時性和與設(shè)備無關(guān)性上。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)CPU的各種操作都是在統(tǒng)一的時鐘信號作用下完成的，各種操作都有自己的總線周期。而不同的外部設(shè)備也有各自不同的定時與控制邏輯，且大都與CPU時序不一致。各個設(shè)備按照自己的時鐘工作，它們相對于主機(jī)通常是異步工作的，但在某些時刻又必須接受處理機(jī)的控制。為此，必須考慮以下因素：①數(shù)據(jù)緩沖。在外設(shè)接口中應(yīng)有相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器或緩沖器。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）異步性②數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐浜?。外設(shè)與處理機(jī)之間直接傳輸一般是不可行的。當(dāng)某個輸入設(shè)備有準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)需要向CPU傳送或輸出設(shè)備接口的

4、數(shù)據(jù)寄存器空可以接收數(shù)據(jù)時，一般要先向CPU提出服務(wù)請求，如果CPU響應(yīng)請求，就轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)。對CPU來講，這種請求可能是隨機(jī)的。如此，輸入／輸出系統(tǒng)相對于CPU就存在操作上的異步性和時間上的任意性。一般來講，一個微處理器要管理多臺外部設(shè)備，要求在任意兩次CPU與外設(shè)交往的時刻之間，CPU要能夠全速運(yùn)行它自己的程序，或管理其他外部設(shè)備，以保證CPU與外設(shè)之間及各外部設(shè)備自身之間都能并行工作，不必相互等待，從而提高整個系統(tǒng)的效率。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要采用中斷輸人／輸出方式或直接存儲器存取(DMA)方式。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）異步性處理機(jī)必須實(shí)時地按照不同設(shè)備所要求的傳送方式

5、和傳送速率為輸入輸出設(shè)備服務(wù)，包括從外設(shè)接收數(shù)據(jù)、向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)和有關(guān)控制信息，及時地處理數(shù)據(jù)傳送中的錯誤，以及處理機(jī)本身的硬件和軟件錯誤，如電源故障、數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯、頁面失效等。在I/O設(shè)備提出中斷、DMA等請求時，CPU要及時響應(yīng)，完成必要的I/O操作或控制。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)（2）實(shí)時性為了能夠適應(yīng)各種外設(shè)的不同要求，通過制定統(tǒng)一的獨(dú)立于具體設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)，包括物理接口和軟件接口，使得應(yīng)用程序依據(jù)這一接口可以訪問或支持各種I/O設(shè)備。不同型號的外設(shè)可根據(jù)自己的特點(diǎn)和要求，選擇一種標(biāo)準(zhǔn)接口與處理器相連。對連接到同一種接口上的外設(shè)，它們之間的差異由設(shè)備本身的控制器通過軟件和硬件來

6、填補(bǔ)。這樣，CPU能夠通過統(tǒng)一的軟件和硬件來管理各種各樣的外部設(shè)備，而不需要了解各種外設(shè)的具體細(xì)節(jié)。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)（3）與設(shè)備無關(guān)性9.1.2I/O接口的基本組成和功能I／O接口是外部設(shè)備和處理器之間的連接“橋梁”，又稱外設(shè)適配器。I／O接口與系統(tǒng)總線的聯(lián)系信息有數(shù)據(jù)、地址及控制或狀態(tài)信號。要使各種各樣的輸入／輸出設(shè)備與處理器之間實(shí)現(xiàn)正常的信息傳送，I／O接口必須具備的基本組成。CPU數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器圖9.1I／O接口連接處理器和外部設(shè)備I/O接口狀態(tài)寄存器命令寄存器外設(shè)地址控制/狀態(tài)信號控制狀態(tài)數(shù)據(jù)地址與讀/寫控制邏輯9.1.2I/O接口的基本組成和功能（1）數(shù)據(jù)寄存器。數(shù)

7、據(jù)寄存器實(shí)現(xiàn)CPU和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)緩沖。一般緩沖來自CPU的輸出數(shù)據(jù)，和暫存來自外設(shè)的輸入數(shù)據(jù)。（2）狀態(tài)寄存器。狀態(tài)寄存器反映和保持外設(shè)的工作狀態(tài)。如外設(shè)是否處于“忙”或“閑”的狀態(tài)，是否準(zhǔn)備好與CPU的通信，外設(shè)處理數(shù)據(jù)是否出錯等。（3）命令寄存器。命令寄存器保存來自CPU對接口寫入的控制命令?？刂泼钔荂PU對接口的工作模式、數(shù)據(jù)傳送方式、操作方式等進(jìn)行規(guī)定或設(shè)置。9.1.2I/O接口的基本組成和功能（4）地址與讀/寫控制