计算机组成原理(唐朔飞)课件-ppt格式-第5章---输入输出系统演示教学.ppt
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1、计计算机算机组组成原理成原理(唐朔唐朔飞飞)课课件件-PPT格式格式-第第5章章-输输入入输输出系出系统统5.1 概概 述述一、输入输出系统的发展概况一、输入输出系统的发展概况1.早期早期分散连接分散连接CPU 和和 I/O设备设备 串行串行 工作工作程序查询方式程序查询方式2.接口模块和接口模块和 DMA 阶段阶段总线连接总线连接CPU 和和 I/O设备设备 并行并行 工作工作3.具有通道结构的阶段具有通道结构的阶段4.具有具有 I/O 处理机的阶段处理机的阶段中断方式中断方式DMA 方式方式二、输入输出系统的组成二、输入输出系统的组成1.I/O 软件软件(1)I/O 指令指令(2)通道指令
2、通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出数组的首地址、传送字数、操作命令指出数组的首地址、传送字数、操作命令如如 IBM/370 通道指令为通道指令为 64 位位2.I/O 硬件硬件设备设备I/O 接口接口设备设备设备控制器设备控制器通道通道操作码操作码命令码命令码设备码设备码5.1三、三、I/O 设备与主机的联系方式设备与主机的联系方式1.I/O 设备编址方式设备编址方式(1)统一编址统一编址(2)不统一编址不统一编址用取数、存数指令用取数、存数指令有专门的有专门的 I/O 指令指令2.设备选址设备选址用设备选择电路识别是否被选中用设备选择电路识别是否被选中3
3、.传送方式传送方式(1)串行串行(2)并行并行5.1数据字数据字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起起始始位位终终止止位位9.09 ms2 9.09 ms4.联络方式联络方式(1)立即响应立即响应(2)异步工作采用应答信号异步工作采用应答信号“Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 设设 备备CPU(3)同步工作采用同步时标同步工作采用同步时标5.1并行并行串行串行起起始始位位终终止止位位9.09 ms2 9.09 ms5.I/O 设备与主机的连接方式设备与主机的连接方式(1)辐射式连接辐射式连接(2)总线连接总线连接 外设外设 外设外设 外设外设 主主机机不
4、便于增删设备不便于增删设备每台设备都配有一套每台设备都配有一套控制线路和一组信号线控制线路和一组信号线5.1便于增删设备便于增删设备四、四、I/O设备与主机信息传送的控制方式设备与主机信息传送的控制方式1.程序查询方式程序查询方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工作踏步等待踏步等待CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态未准备就绪未准备就绪出错出错从从I/O接口中读接口中读 一个字到一个字到CPU从从CPU向主存向主存 写入一个字写入一个字CPU向向I/O发发 读指令读指令CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态 完成否完成否未准备就绪未准备就绪现行程序现行程序是是出错出错已准备就绪已准备就
5、绪否否5.12.程序中断方式程序中断方式I/O 工作工作CPU 不查询不查询CPU 暂停现行程序暂停现行程序自身准备自身准备与主机交换信息与主机交换信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 启动启动 I/O设备设备现行程序现行程序 中中断断服服务务程程序序KK+1没有踏步等待现象没有踏步等待现象中断现行程序中断现行程序5.1程序中断方式流程程序中断方式流程CPU 向向 I/O 发读指令发读指令CPU 读读 I/O 状态状态检查状态检查状态完成否?完成否?CPU 做其他事情做其他事情I/O 设备工作设备工作准备就绪准备就绪CPU I/O从从 CPU 向主存写入一个字向主存写入一个字CPU 主存
6、主存从从 I/O 接口中读一个字到接口中读一个字到CPUI/O CPU中断请求中断请求I/O CPU出错出错是是否否未错未错5.13.DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之间有一条直接数据通道之间有一条直接数据通道不中断现行程序不中断现行程序周期挪用(周期窃取)周期挪用(周期窃取)CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存之间的传送与主存之间的传送5.1三种方式的三种方式的 CPU 工作效率比较工作效率比较存取
7、周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存与主存之间的传送之间的传送CPU 执行执行现行程序现行程序CPU查询等待并传输查询等待并传输I/O数据数据CPU 执行执行现行程序现行程序启动启动I/OI/O 准备及传送准备及传送指令执行周期结束指令执行周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序启动启动I/O中断请求中断请求I/O准备准备I/O准备准备CPU 处理中断服务程序处理中断服务程序实现实现 I/O 与主机之间的传送与主机之
8、间的传送间间断断启动启动I/O启动启动I/OI/O准备准备中断请求中断请求启动启动I/OI/O准备准备一个存取周期一个存取周期DMA请求请求程序程序查询查询方式方式程序程序中断中断方式方式DMA 方式方式5.1I/O 准备及传送准备及传送间间断断I/O准备准备I/O准备准备5.2 I/O设备设备一、概述一、概述主主机机 设备设备控制器控制器机、电机、电磁、光磁、光部分部分I/O接接口口外部设备外部设备外部设备大致分三类外部设备大致分三类键盘、鼠标、打印机、显示器键盘、鼠标、打印机、显示器 磁盘、光盘、磁带磁盘、光盘、磁带1.人机交互设备人机交互设备2.计算机信息存储设备计算机信息存储设备3.机
9、机 机通信设备机通信设备调制解调器等调制解调器等二、输入设备二、输入设备1.键盘键盘2.鼠标鼠标3.触摸屏触摸屏按键按键判断哪个键按下判断哪个键按下将此键翻译成将此键翻译成 ASCII 码码(编码键盘法)(编码键盘法)机械式机械式 金属球金属球 电位器电位器5.2光电式光电式 光电转换器光电转换器三、输出设备三、输出设备1.显示器显示器(1)字符显示字符显示(2)图形显示图形显示(3)图像显示图像显示字符发生器字符发生器主观图像主观图像客观图像客观图像2.打印机打印机(1)击打式击打式(2)非击打式非击打式点阵式(逐字、逐行)点阵式(逐字、逐行)喷墨(逐字)喷墨(逐字)激光(逐页)激光(逐页)
10、5.2四、其他四、其他1.A/D、D/A2.终端终端3.汉字处理汉字处理五、多媒体技术五、多媒体技术完成显示控制与存储、键盘管理及通信控制完成显示控制与存储、键盘管理及通信控制模拟模拟/数字(数字数字(数字/模拟)转换器模拟)转换器汉字输入、汉字存储、汉字输出汉字输入、汉字存储、汉字输出1.什么是多媒体什么是多媒体2.多媒体计算机的关键技术多媒体计算机的关键技术5.2由键盘和显示器组成由键盘和显示器组成5.3 I/O 接接 口口一、概述一、概述为什么要设置接口?为什么要设置接口?1.实现设备的选择实现设备的选择2.实现数据缓冲达到速度匹配实现数据缓冲达到速度匹配4.实现电平转换实现电平转换5.
11、传送控制命令传送控制命令6.反映设备的状态(反映设备的状态(“忙忙”、“就绪就绪”、“中断请求中断请求”)3.实现数据串实现数据串 并格式转换并格式转换二、接口的功能和组成二、接口的功能和组成(1)设备选择线设备选择线(2)数据线数据线(3)命令线命令线(4)状态线状态线I/O 接口接口设备设备I/O 接口接口设备设备数数据据线线命命令令线线状状态态线线I/O总线总线设设备备选选择择线线1.总线连接方式的总线连接方式的 I/O 接口电路接口电路5.32.接口的功能和组成接口的功能和组成功能功能组成组成选址功能选址功能传送命令的功能传送命令的功能传送数据的功能传送数据的功能反映设备状态的功能反映
12、设备状态的功能设备选择电路设备选择电路命令寄存器、命令译码器命令寄存器、命令译码器数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器设备状态标记设备状态标记完成触发器完成触发器 D工作触发器工作触发器 B中断请求触发器中断请求触发器 INTR屏蔽触发器屏蔽触发器 MASK5.33.I/O 接口的基本组成接口的基本组成 命令寄存器命令寄存器和命令译码器和命令译码器 设备选择设备选择 电路电路 设备状态设备状态 标记标记 数据缓冲数据缓冲 寄存器寄存器DBR 控控制制逻逻辑辑电电路路I/O接口接口外外 部部 设设 备备数据线数据线命令命令状态状态数据线数据线命令线命令线状态线状态线CPU地址线地址线5.3三、接口类型三
13、、接口类型并行接口并行接口串行接口串行接口可编程接口可编程接口不可编程接口不可编程接口通用接口通用接口专用接口专用接口1.按数据按数据 传送方式传送方式 分类分类2.按功能按功能 选择的灵活性选择的灵活性 分类分类3.按按 通用性通用性 分类分类4.按数据传送的按数据传送的 控制方式控制方式 分类分类中断接口中断接口DMA 接口接口5.3Intel 8255Intel 8251Intel 8255、Intel 8251Intel 8212Intel 8255、Intel 8251Intel 8279、Intel 8275Intel 8259Intel 82575.4 程序查询方式程序查询方式一
14、、程序查询流程一、程序查询流程检查状态标记检查状态标记1 设备设备1 准备就绪?准备就绪?检查状态标记检查状态标记N 设备设备N准备就绪?准备就绪?处理设备处理设备1是是否否否否处理设备处理设备N是是1.查询流程查询流程检查状态标记检查状态标记交换数据交换数据准备就绪准备就绪?是是否否单个设备单个设备多个设备多个设备测测试试指指令令转转移移指指令令传传送送指指令令2.程序流程程序流程设置主存缓冲区首址设置主存缓冲区首址设置计数值设置计数值启动外设启动外设传送一个数据传送一个数据修改主存地址修改主存地址修改计数值修改计数值结束结束I/O传送传送准备好?准备好?传送完?传送完?未完未完是是完完否否
15、5.4 保存保存 寄存器内容寄存器内容设备选择电路设备选择电路DBRQQ&数据线数据线准备就绪准备就绪启动命令启动命令地址线地址线SEL输入数据输入数据启动设备启动设备设备工作设备工作 结束结束DB二、程序查询方式的接口电路二、程序查询方式的接口电路10 105.4以输入为例以输入为例5.5 程序中断方式程序中断方式一、中断的概念一、中断的概念KK+1QQ+1中中断断服服务务程程序序1中中断断服服务务程程序序2入口入口1入口入口2二、二、I/O 中断的产生中断的产生以打印机为例以打印机为例发发中中断断请请求求 空闲空闲接收接收数据数据接收接收数据数据准备准备发发中中断断请请求求打印打印打印打印
16、打印机打印机执行主程序执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响响应应中中断断中中断断返返回回响响应应中中断断中中断断返返回回 启动启动打印机打印机传送传送数据数据传送传送数据数据CPUCPU 与打印机并行工作与打印机并行工作5.5三、程序中断方式的接口电路三、程序中断方式的接口电路1.配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器DQ&1INTR 中断请求触发器中断请求触发器INTR=1 有请求有请求MASK 中断屏蔽触发器中断屏蔽触发器MASK=1 被屏蔽被屏蔽来自来自 CPU 的的中断查询信号中断查询信号受设备本身控制受设备本身控制INTR
17、 D MASKQD 完成触发器完成触发器5.5中断请求中断请求2.排队器排队器排队排队在在 CPU 内或在接口电路中(链式排队器)内或在接口电路中(链式排队器)硬件硬件软件软件5.5详见第八章详见第八章INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1INTR2INTR3INTR4 1&1&1&1&INTR1设备设备 1#、2#、3#、4#优先级按优先级按 降序排列降序排列INTRi=1 有请求有请求 即即 INTRi=01INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1&1&1&1&INTP1INTP2INT
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