计算机组成原理》电子课件第5章输入输出设备与输入输出.ppt

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1、计算机组成原理电子课件计算机组成原理电子课件第第5 5章输入输出设备与章输入输出设备与输入输出系统输入输出系统重庆电大网址：重庆电大网址：Http:/输入设备输入设备输出设备输出设备入入出出接接口口和和总总线线外存设备外存设备主存储器主存储器高速缓存高速缓存控控 制制 器器运运 算算 器器第第4章章第第5章章第第3章章第第2章章计算机硬件系统计算机硬件系统第五章内容辅导第五章内容辅导 第五两章的教学内容占全部第五两章的教学内容占全部教学内容的教学内容的 20%20%。涉及概念性的知识比较多，涉及概念性的知识比较多，原理性的内容一般理解即可；原理性的内容一般理解即可；实用性的知识较多，有些线实用

2、性的知识较多，有些线路或设备组成实例，勿背。路或设备组成实例，勿背。第五章内容概要第五章内容概要直控直控 中断中断 DMADMA，总线总线 接口接口 与设备与设备主总主总 局部局部 慢扩展，周期慢扩展，周期 方式方式 等待催等待催识别识别 缓冲缓冲 和状态，控制和状态，控制 中断中断 等相随等相随一般组成一般组成 和和 原理，显示原理，显示 键盘键盘 打印机打印机第第 五五 章章输入输入/输出系统输出系统 和和 输入输入/输出设备输出设备 1.1.输入输入/输出设备概述输出设备概述 2.2.常用常用 输入设备组成与运行原理输入设备组成与运行原理:终端终端 键盘键盘 鼠标鼠标 3.3.常用常用

3、输出设备组成与运行原理输出设备组成与运行原理:终端终端 显示器显示器 打印机（针式打印机（针式 喷墨式喷墨式 激光）激光）4.4.输入输入/输出系统概述输出系统概述 5.5.计算机的总线：总线构成计算机的总线：总线构成 总线周期总线周期 运行方式运行方式 等待状态等待状态 6.6.接口电路：接口电路的功能、接口电路：接口电路的功能、一般组成，串行口实例一般组成，串行口实例 7.7.常用的输入常用的输入/输出方式输出方式 8.8.中断中断 和和 DMADMA的的 处理过程处理过程 输入输入/输出子系统输出子系统总线：总线：连接计算机各功能部件的连接计算机各功能部件的 逻辑电路和连线，包括管理逻辑

4、电路和连线，包括管理 信息传输规则的电路被称为信息传输规则的电路被称为 总线。总线。几个概念及术语几个概念及术语三种总线：三种总线：数据总线：传输数据，速度与位数数据总线：传输数据，速度与位数 地址总线：传输地址，位数地址总线：传输地址，位数 控制总线：指明总线周期的类型和控制总线：指明总线周期的类型和 一次入一次入/出操作完成的时刻等信息出操作完成的时刻等信息几个概念及术语几个概念及术语 总线周期的类型总线周期的类型:内存读内存读 内存写内存写 外设读外设读 外设写外设写 中断中断 和和 DMADMA几个概念及术语几个概念及术语 总线周期：总线周期：正正 常常 总总 线线 周周 期：期：一次

5、地址时间和一次地址时间和 一次数据时间一次数据时间 BURSTBURST总线周期：总线周期：一次地址时间和多次数据时间一次地址时间和多次数据时间 总线的等待状态：总线的等待状态：增加的数据时间被称增加的数据时间被称为总线的等待状态。为总线的等待状态。影响系统的运行效率。影响系统的运行效率。单总线和多总线结构单总线和多总线结构早期的计算机，如早期的计算机，如 DEC 公司的公司的 PDP-11 只使用一组总线，包括数据总线，只使用一组总线，包括数据总线，地址总线，控制总线。地址总线，控制总线。其优点是结构简单，成本低廉，其优点是结构简单，成本低廉，缺点是运行效率低。缺点是运行效率低。CPU主存主

6、存输入输入设备设备输出输出设备设备总线总线多多(2 或或 3)总线结构总线结构当前计算机通常采用多总线结构当前计算机通常采用多总线结构CPU主存主存扩展总线扩展总线控制线路控制线路I/O设备设备1I/O设备设备2处理机总线处理机总线32MHz4B8BISA/EISA8.33MHz 1,2,4 B 二二总总线线结结构构.多多(2 或或 3)总线结构总线结构-CPU主存主存PCI桥桥I/O设备设备1I/O设备设备2处理机总线处理机总线66MHz4B8BISA/EISA8.33MHz 1,2,4 B 三三总总线线结结构构.PCI BUS 33MHz 4B扩展总线扩展总线控制线路控制线路I/O设备设备

7、3I/O设备设备4接快速设备接快速设备接慢速设备接慢速设备通用可编程接口电路通用可编程接口电路通通 用用 :能有多种用法与入能有多种用法与入/出功能出功能可编程可编程:能通过指令指定接口的功能能通过指令指定接口的功能 和运行控制参数等和运行控制参数等通用可编程接口电路通用可编程接口电路接口内的组成部分接口内的组成部分:设备识别线路设备识别线路 数据缓冲寄存器（输入数据缓冲寄存器（输入/输出）输出）控制寄存器控制寄存器 状态寄存器状态寄存器通用可编程接口电路通用可编程接口电路中断电路中断电路(中断触发器中断触发器,中断中断屏蔽触发器屏蔽触发器 等等)电平转换及串行电平转换及串行/并并行转换电路等

8、行转换电路等常用的输入常用的输入/输出方式输出方式程序直接控制方式程序直接控制方式(状态循环状态循环查询查询)简单，简单，CPUCPU效率低，效率低，CPUCPU、外外设串行设串行程序中断传送方式程序中断传送方式CPUCPU利用效率略高，利用效率略高，CPUCPU、外外设并行设并行常用的输入常用的输入/输出方式输出方式直接内存访问方式直接内存访问方式(DMA)DMA)外设直接访问内存，外设直接访问内存，CPUCPU利利用率更高用率更高I/O I/O 通道控制方式通道控制方式外围处理机方式外围处理机方式有关中断的概念与术语有关中断的概念与术语中断源及分类中断源及分类:内内/外中断外中断 软件中断

9、软件中断中断优先级中断优先级 中断请求中断请求 中断响应中断响应禁止禁止(开开/关关)中断中断 中断屏蔽中断屏蔽 中断嵌套中断嵌套有关中断的概念与术语有关中断的概念与术语 中段处理过程中段处理过程:关中断关中断 保存断点和现场保存断点和现场判中断源并转入中断服务程序判中断源并转入中断服务程序 开中断开中断 执行中断服务程序执行中断服务程序关中断关中断 恢复现场和断点恢复现场和断点开中断开中断 返回断点返回断点DMA 的概念与处理的概念与处理DMA DMA 是在高速外设和是在高速外设和 主存储器之间自动成批主存储器之间自动成批 传送信息、以尽量减少传送信息、以尽量减少 CPU CPU 干预的入干

10、预的入/出方式出方式.DMA DMA 卡上应包括卡上应包括 通用接口卡的全部组成部分通用接口卡的全部组成部分,并多出如下内容并多出如下内容:主存地址寄存器，传送字数计数器主存地址寄存器，传送字数计数器 DMA DMA 控制逻辑控制逻辑:DMA DMA 请求请求 DMADMA响应响应 DMADMA工作方式工作方式 DMADMA优先级及排队逻辑优先级及排队逻辑 等等一次完整的一次完整的 DMA DMA 传送过程传送过程 DMA DMA 预处理预处理CPU CPU 向向 DMA DMA 送命令送命令,如如 DMA DMA 方式，方式，主存地址，传送的字数等，主存地址，传送的字数等，之后之后 CPU

11、CPU 执行原来的程序执行原来的程序DMA DMA 控制在控制在 I/O I/O 设备与主设备与主存间交换数据存间交换数据准备一个数据准备一个数据,向向CPUCPU发发DMADMA请求请求,取得总线控制权，取得总线控制权，进行数据传送，修改卡上进行数据传送，修改卡上主存地址，主存地址，修改字数计数器内且修改字数计数器内且检查其值是否为零检查其值是否为零,不为零则继续传送，不为零则继续传送，若已为零，则向若已为零，则向 CPU CPU 发中断请求发中断请求.第五章作业第五章作业 第五章习题中的第五章习题中的 第第2 2题，题，第第 4 4题，第题，第 9 9题，题，第第1414题，第题，第151

12、5题，第题，第1919题题 第第2727题，第题，第2929题。题。（8 8个作业题均必做）个作业题均必做）附：使用串行接口的教学实验附：使用串行接口的教学实验(1)(1)教学实验计算机介绍教学实验计算机介绍 教学计算机上有教学计算机上有串行接口，串行接口，8 8位并行与主机交换信息，位并行与主机交换信息，串行地和串行地和PCPC仿真终端通信仿真终端通信，用用ININ、OUTOUT指令完成入出，指令完成入出，采用状态查询方式工作。采用状态查询方式工作。（2 2）教学实验内容）教学实验内容 在教学计算机已有监控程序，在教学计算机已有监控程序，串行口能正常运行，串行口的串行口能正常运行，串行口的 端口地址端口地址:00(:00(数据数据),01(),01(状态状态)，参照教材上已有的参照教材上已有的I/OI/O程序例子，程序例子，设计用串口完成设计用串口完成I/OI/O操作的程序操作的程序（3 3）教学实验步骤）教学实验步骤 学懂教材中使用串行接口的程序，学懂教材中使用串行接口的程序，学习查询串行口运行状态的方法，学习查询串行口运行状态的方法，用状态查询方式使用用状态查询方式使用ININ、OUTOUT指令。指令。写出几个小的完成输入写出几个小的完成输入/输出操作输出操作 功能的程序，具体内容自己确定。功能的程序，具体内容自己确定。