第9章 輸入輸出系統(tǒng)及外圍設備ppt課件.ppt

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1、第9章輸入輸出系統(tǒng)及外圍設備計算機組成與匯編語言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)及外圍設備9.4DMA方式9.5可編程I/O接口及其應用9.6輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展9.7外圍設備本章要點輸入輸出系統(tǒng)的特點，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、顯示器、激光打印機、光盤驅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指標9.1概述9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點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備種類繁雜，各種設備的性能各式各樣，各有自己獨立的控制和數(shù)據(jù)處理方式。各種

2、外設不能直接與CPU或系統(tǒng)總線連接，而必須通過某個中間電路，將不同外設與CPU交換的數(shù)據(jù)進行變換，統(tǒng)一為系統(tǒng)總線能接受的標準。解決這一系列的問題的中間電路及其控制程序（接口驅動程序）就是外設接口或者輸入／輸出接口(Input/OutputInterface，簡稱I／O接口)。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點對用戶而言，輸入輸出系統(tǒng)的復雜性一般隱藏在操作系統(tǒng)之中。用戶無需了解各種外設的具體工作細節(jié)，只要通過簡單的命令或程序調用就能使用有關設備了。I/O系統(tǒng)的復雜性還表現(xiàn)在處理機本身和操作系統(tǒng)所產生的一系列隨機事件的處理上，比如實時響應問題、數(shù)據(jù)傳輸出錯問題、網絡防范問題、系統(tǒng)保護問題、中斷和自陷

3、問題等等。因此，輸入輸出系統(tǒng)應具備的特點集中反映在異步性、實時性和與設備無關性上。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點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。各個設備按照自己的時鐘工作，它們相對于主機通常是異步工作的，但在某些時刻又必須接受處理機的控制。為此，必須考慮以下因素：①數(shù)據(jù)緩沖。在外設接口中應有相關數(shù)據(jù)寄存器或緩沖器。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點（1）異步性②數(shù)據(jù)傳輸?shù)呐浜?。外設與處理機之間直接傳輸一般是不可行的。當某個輸入設備有準備好的數(shù)據(jù)需要向CPU傳送或輸出設備接口的數(shù)據(jù)寄

4、存器空可以接收數(shù)據(jù)時，一般要先向CPU提出服務請求，如果CPU響應請求，就轉去執(zhí)行相應的服務。對CPU來講，這種請求可能是隨機的。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備，要求在任意兩次CPU與外設交往的時刻之間，CPU要能夠全速運行它自己的程序，或管理其他外部設備，以保證CPU與外設之間及各外部設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。要實現(xiàn)這一點，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（1）異步性處理機必須實時地按照不同設備所要求的傳送方式和傳送速

5、率為輸入輸出設備服務，包括從外設接收數(shù)據(jù)、向設備發(fā)送數(shù)據(jù)和有關控制信息，及時地處理數(shù)據(jù)傳送中的錯誤，以及處理機本身的硬件和軟件錯誤，如電源故障、數(shù)據(jù)校驗錯、頁面失效等。在I/O設備提出中斷、DMA等請求時，CPU要及時響應，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（2）實時性為了能夠適應各種外設的不同要求，通過制定統(tǒng)一的獨立于具體設備的接口標準，包括物理接口和軟件接口，使得應用程序依據(jù)這一接口可以訪問或支持各種I/O設備。不同型號的外設可根據(jù)自己的特點和要求，選擇一種標準接口與處理器相連。對連接到同一種接口上的外設，它們之間的差異由設備本身的控制器通過軟件和硬件來填補。這樣

6、，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備，而不需要了解各種外設的具體細節(jié)。9.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點（3）與設備無關性9.1.2I/O接口的基本組成和功能I／O接口是外部設備和處理器之間的連接“橋梁”，又稱外設適配器。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／輸出設備與處理器之間實現(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備I/O接口狀態(tài)寄存器命令寄存器外設地址控制/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)據(jù)寄存器實現(xiàn)

7、CPU和外設之間的數(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的工作狀態(tài)。如外設是否處于“忙”或“閑”的狀態(tài)，是否準備好與CPU的通信，外設處理數(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、操作方式等進行規(guī)定或設置。9.1.2I/O接口的基本組成和功能（4）地址與讀/寫控制