第5章 输入输出系统
操作系统输入输出系统os5-1
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通道分类
数据选择通道
数据选择通道是以成组方式工作的，即每次传送一 批数据，故传送速度很高。数据选择通道在一段时 间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行 数据传输，当这台设备数据传输完成后，再选择与 通道连接的另一台设备，执行它的相应的通道程序。 主要连接磁盘，磁带等高速I/O设备。
I/O性能经常成为系统性能的瓶颈
CPU性能不等于系统性能：响应时间也是一个重要因素 CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 进程切换多，系统开销大
操作系统庞大复杂的原因之一：资源多、杂，并 发，均来自I/O
外设种类繁多，结构各异
输入输出数据信号类型不同
速度差异很大
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设备的分类（续3） 虚设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共 享设备模拟独占设备，用高速设备模拟 低速设备，被模拟的设备称为虚设备
目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共 享的设备，提高设备的利用率
（实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 ——用硬盘模拟输入输出设备）
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通道又称为I同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行 度
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CPU
内存
总线
字节多路 通道 终端 终端 I/O控制器 I/O控制器
选择通道
数组多路 通道 磁带 I/O控制器 磁盘
I/O控制器
终端
I/O控制器
通过若干接口寄存器或接口缓冲区与CPU通信
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设备控制器通常由以下三部分组成：
第5章 数字信号的输入与输出
第五章数字信号的输入与输出智能仪器的信息输入、输出，可以分为数字量与模拟量。
数字量的输入输出相对较简单，对于模拟量的输入，一般信号都比较微弱，需要放大，A/D转换等。
一、常见的数字信号数字量输入信号：开关、按钮，数字式传感器，方波信号，正弦波信号等。
数字量输出：LED显示、指示灯、液压阀、继电器控制、步进电机控制等。
二、数字量信号的输入特点：1、信号的放大与变换，对于许多数字信号，是信号很弱的周期性信号，如正弦信号，三角波信号。
而输入单片机或微机中的信号一般有一定的电压幅值要求。
如光栅输出的信号就很小的正弦波。
常用的方法，先放大，然后处理。
当电压较高时，也不能直接输入，需要进行分压。
如图所示：2、隔离，对于一些输入信号，由于波动等，很容易对系统产生影响，需要采取隔离输入，常见的是光电隔离。
下图为光耦合器的结构与特性图4-16光耦合器结构与特性a)耦合器结构b)输入特性c)输出特性3、缓冲驱动，为了提高信号的驱动能力，改善信号性能，经常在输入单片机或微机前加一级缓冲，常用的是74HC244等。
4、安全保护，当输入电压变大到一定量时，会对系统造成破坏，因此，对于输入信号变化较大的情况，需要考虑安全保护。
常用稳压二极管等。
5、开关信号输入单片机中的常见方法：按键信号TLP-521-4是4路光耦，光耦前要接限流电阻，不同的光耦由于允许电流不同，限流电阻也不同。
进入单片机前，一般加驱动器74LS244。
三、数字信号的输出1、输出信号的几个问题1）功率匹配问题，单片机或微机的输出信号功率较小，要驱动不同的负载，要求的功率不同，电压不同，所以在在输出驱动时，首先关心输出的电压与功率。
如驱动发光二极管，正向电压为2－2.5V，最大电流为2－20mA，对于AT89C51，I/O口的最大灌电流10mA，因此可以直接驱动发光二极管。
8mA，则：R＝（5－2.2）/0.008=350(Ω)因此R一般选取200Ω－500Ω。
《微型计算机系统原理及应用》课后答案_(第3版)清华大学出版社__杨素行
第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。
题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。
2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。
题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。
按功能和机构可分为单片机和多片机。
按组装方式可分为单板机和多板机。
单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。
单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。
题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。
运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。
题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。
Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。
题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。
计算机组原理英文缩写解译
计算机组成原理缩写词汇总第1章计算机系统概论1、ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer）电子数值积分计算机（说明：第1台电子数字计算机）2、EDV AC（Electronic Discrete Variable Automatic Computer）电子离散变量自动计算机3、CPU（Central Processing Unit）中央处理器,是计算机硬件的核心部件，主要由运算器和控制器组成。
4、ALU （Arithmetic Logic Unit ）算术逻辑单元,为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑运算。
5、CU（Control Unit）控制单元,为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。
6、ACC（Accumulator）运算器的累加器,是运算器中既能存放运算前的操作数，又能存放运算结果的寄存器。
7、MQ（Multiplier-Quotient Register）运算器的乘商寄存器,乘法运算时存放乘数、除法时存放商的寄存器。
8、MAR（Memory Address Register）存储器地址寄存器,在主存中用来存放欲访问的存储单元的地址。
9、MDR （Memory Data Register）存储器数据寄存器,在主存中用来存放从某单元读出、或要写入某存储单元的数据。
10、PC（Program Counter）程序计数器,其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下一条指令地址。
11、IR(Instruction Register) 指令寄存器,其功能是存放当前正在执行的指令。
12、MIPS（Million Instruction Per Second）百万条指令每秒（说明：运算速度指标）13、CPI（Cycle Per instruction）执行一条指令所需的时钟周期（说明：运算速度指标）为计算机运算速度指标的一种计量单位。
《输入输出系统》课件
4 HDMI接口
HDMI接口是高清多媒体接口，用于连接显示 器、电视和其他多媒体设备。
输入输出流
1
标准输入输出流
标准输入输出流是计算机与外部世界进行基本信息交流的通道。它包括键盘输入 和屏幕输出。
2
文件输入输出流
文件输入输出流用于将数据存储到文件中或从文件中读取数据，常用于数据持久 化和数据共享。
数码相机
数码相机用于拍摄照片和录制视频，将现实世 界的图像转化为数字数据，方便存储和处理。
输出设备
显示器
显示器是最常见的输 出设备，用于显示计 算机处理后的图像、 文字和视频。
打印机
打印机将计算机中的 文档转化为纸质输出， 方便用户在无互联网 环境下查阅和分享信 息。
投影仪
投影仪可将计算机中 的图像或视频投射到 大屏幕上，方便大型 演示、教学和娱乐活 动。
喇叭
喇叭用于播放计算机 中的音频内容，为用 户提供更好的听觉体 验。
输入输出接口
1 并口接口
并口接口是传输并行数据的接口，常用于连 接打印机、扫描仪等设备。
2 串口接口
串口接口是传输串行数据的接口，常用于连 接鼠标、键盘等设备，也可连接外部设备。
3 USB接口
USB接口是通用串行总线接口，可连接各种 设备，如存储设备、音频设备和外围设备。
发展趋势
随着科技的不断进步，输入输出 系统将更加智能、便捷和高效， 给人们的生活带来更多的便利和 乐趣。
总结
通过本《输入输出系统》PPT课件，您了解了计算机的输入输出系统的定义、组成部分、各个设备和接口的分 类和作用，以及输入输出流和应用。 期望这些知识能帮助您更好地理解计算机系统，并在实际应用中发挥更大的作用。
输入输出系统由输入设备和输出设备构成，它们共同协作，使计算机能够与 人类进行信息交流，完成各种任务。
计算机组成原理第2版高教唐朔飞
输入设备
运算器
输出设备
控制器
完整ppt课件
指挥程序 运行
11
冯·诺依曼计算机硬件框图
1.2
输入设备
存储器 运算器
输出设备
控制器
完整ppt课件
12
二、计算机硬件框图
1.2
1. 以存储器为中心的计算机硬件框图
控制器
数据 输入设备
程序
存储器
计算 输出设备
结果
运算器
完整ppt课件
13
2.现代计算机硬件框图
虚拟机器 M3 虚拟机器 M2
虚拟机器
机器语言
实际机器 M1
微指令系统
微程序机器 M0
完整ppt课件
7
虚拟机器 M4
虚拟机器 M3
软 件 虚拟机器 M2
用编译程序翻译 成汇编语言程序
用汇编程序翻译 成机器语言程序
1.1
用机器语言解释操作系统
硬 实际机器 M1
用微指令解释机器指令
件
微程序机器 M0
由硬件直接执行微指令
1.2
ACC MQ ALU
X
运算器
指令
减M
初态 ACC [M]
[ACC]-[X]
被减数 X ACC
完整ppt课件
23
③ 乘法操作过程
1.2
AC0 C MQ
AALUU
X
运算器
指令
乘M
初态 ACC [M]
[ACC]
0
[X]×[MQ]
完整ppt课件
被乘数 MQ X
ACC MQ ALU
X
运算器
ACC
MQ
加法 被加数 和
பைடு நூலகம்
计算机硬件基础第五章-第一部分
常见的外设有：
具有输入功能 的设备：
具有输出功能 的设备：
大存储容量 的存储设备：
键盘
鼠标 扫描仪等 显示器 打印机 绘图仪等 硬盘 软驱
光驱等
二、适配器 — 接口电路
适配器就是接口电路，它负责管 理、协调外设与系统之间的信息交换。 当CPU与外设打交道时，可以认为 是与接口在打交道。所以，它可认为 是外设与系统之间信息交换的桥梁。
接口电路的基本功能 ：
（1）通过接口电路，选中将与 之进行信息交换的外设。
系统通过地址总线，发出二进 制地址码，经地址译码器译码， 可以唯一选定一个接口，并经被 选定的接口与外设进行数据交换。
（2）通过接口电路，可以与不 同速度的外设协调工作。
在接口中设置缓冲寄存器，当交 换数据时 “CPU或外设先将要交换的 数据存于缓冲寄存器中，再通知对 方来取，取完后告诉对方，送数据 一方则可继续存入下一组数据”。
网卡、声卡。
1. 网卡
网卡，也称：网络适配 器，或称：网络接口卡。
Network interface card—
NIC
网卡是计算机与计计算机连接： 网卡插在计算机主板上 的输入/输出扩展插槽中
网卡通过传输介质（传输信息的媒介，如： 双绞线、同轴电缆、光缆等）将计算机连 入网络，并与之交换数据、共享资源。
第二节
常用适配器和外设
PC中常见的适配器
PC适配器就是所说的“接口电 路”。在主板一章中，我们介绍 了一些集成于主板之上的PC适配 器，有：硬盘适配器、软驱适配 器、串行、并行输入/输出适配器。
除此之外，系统中还有一些具
有独立功能的适配器，它们各自以
单独电路板的形式出现，被称为
《输入输出系统 》课件
详细描述
物联网技术将使家居用品和设备实现互联互 通，用户可以通过手机、平板等设备远程控 制家中的电器、照明、安全系统等。智能家 居系统可以根据用户的生活习惯和需求自动 调节室内温度、湿度、照明等，提高居住的
舒适度和能源利用效率。
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
随着传感器技术、微处理器技术和人机交 互技术的发展，可穿戴设备的功能将越来 越强大，能够监测用户的健康状况、提供 运动数据、甚至实现远程控制。它们将不 仅仅是一种时尚配件，而是成为人们生活 中不可或缺的一部分。
虚拟现实与增强现实技术
总结词
虚拟现实与增强现实技术是未来输入输出系 统的另一重要趋势，它们将为用户提供更加 沉浸式的体验和更加真实的交互方式。
常见的音频接口包括3.5mm接口、RCA接口、光纤 接口等，不同的接口有不同的传输质量和效果。
音频质量
音频采样率、比特率、声道数等都会影响音频质量 。
投影仪
投影仪类型
LCD投影仪、DLP投影仪、3LCD投影仪等，每种 投影仪都有其独特的特点和应用场景。
投影画面尺寸
投影画面尺寸可以根据实际需要调整，但也会受 到投影仪性能的限制。
喷墨打印机、激光打印机、热升华打印机等，每种打 印机都有其适用的打印需求和场景。
打印介质
纸张、照片纸、光面纸等，不同的打印介质会影响打 印质量和效果。
打印质量
分辨率、颜色鲜艳度、墨水质量等都会影响打印质量 。
音响设备
音响类型
立体声、环绕声、家庭影院等，不同的音响类型有 不同的音效表现和适用场景。
音频接口
详细描述
虚拟现实技术通过创建虚拟的环境，使用户 仿佛置身于一个全新的世界中。增强现实技 术则通过将虚拟元素与现实世界相结合，增 强用户的感知和认知。这些技术将广泛应用 于游戏、教育、医疗等领域，为用户带来更 加丰富和深入的体验。
第5章基本输入输出系统
第5章基本输入输出系统【教学目的】掌握接口的基本概念、IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学重点】IO端口的编址方法和基本的数据传送方式【教学难点】中断方式和DMA方式【教学方法和手段】课堂教学【课外作业】P193习题3，4，7，10【学时分配】6学时【自学内容】8237的使用【讲授内容】5.1 概述输入输出系统包括：①外部设备（输入输出设备和辅助存储器）②设备控制器----主机（CPU和存储器）之间的控制部件，诸如磁盘控制器、打印机控制器等，有时也称为设备适配器或接口，其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。
5.1.1接口的基本概念1、什么是接口计算机在工作过程中，CPU要不断地与其它部件交换信息。
CPU不是直接与外部设备交换信息的，而是经过一个中间电路，这个电路就称为“接口电路”，简称“接口”。
所谓接口就是主机与外部设备连接的桥梁，由它来完成CPU与外部设备之间信息的传递。
一般将外部设备与接口合称为“I/O系统”。
接口又称为“设备控制器”或“适配器”。
2、为什么要有接口电路外部设备为什么要通过接口电路与CPU连接？为什么不直接与CPU的总线相连接呢？从CPU的角度来看，对外部设备的访问（读/写）与对存储器的访问是类似的，为什么存储器可以直接通过总线与CPU连接，而外部设备却要通过接口电路来与CPU连接呢？这是因为：存储器的基本结构简单（只有很少几种），只要求几个简单的控制信号，而且存储器的访问速度一般都比较快，CPU与存储器之间的定时与协调比较容易，因此存储器可以直接通过总线与CPU连接。
而外部设备一般具有以下特点：⑴外部设备的品种繁多从类型上看：有输入设备、输出设备、输入/输出设备、测量设备、通信设备、控制设备等。
从结构上看：有机械式的、电子式的、机电混合式的。
从原理上看：各类设备的工作原理又是各不相同的。
⑵外部设备的工作速度分布范围宽如：电传打字机每秒能传输100个信息单位，温度传感器有可能长达几分钟才改变一个数据，软盘的传输速率为每秒2.5兆位，硬盘的传输速率为每秒5兆位以上。
《输入输出系统 》课件
应用拓展
语音识别和语音合成技术的发展，使得语音输入输出成为可能 人工智能技术的发展，使得智能输入输出成为可能 虚拟现实技术的发展，使得沉浸式输入输出成为可能 物联网技术的发展，使得远程输入输出成为可能
产业变革
智能化：人工智 能、大数据等技 术的应用，使输 入输出系统更加 智能化
网络化：互联网、 物联网等技术的 发展，使输入输 出系统更加网络 化
个性化：用户需 求的多样化，使 输入输出系统更 加个性化
绿色化：环保意 识的提高，使输 入输出系统更加 绿色化
未来展望
人工智能技术的应用：AI技术在 输入输出系统中的应用将越来越 广泛，如语音识别、图像识别等。
5G技术的普及：5G技术的普及将 极大地提高输入输出系统的传输 速度和稳定性。
添加标题
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输入设备应用场景
键盘：用于文字输入、 编程、游戏等
鼠标：用于图形界面操 作、游戏等
触摸屏：用于智能手机、 平板电脑等设备
扫描仪：用于将纸质文 件转换为电子文件
语音识别：用于语音输 入、语音控制等
手势识别：用于虚拟现 实、增强现实等应用
输入设备发展趋势
智能化：输入 设备将更加智 能化，能够自 动识别和适应 用户的输入习
惯
无线化：无线 输入设备将逐 渐取代有线设 备，提高用户 的使用便捷性
多样化：输入 设备将更加多 样化，满足不 同用户的需求
和场景
集成化：输入 设备将与其他 设备进行集成， 提高设备的使 用效率和便捷
性
03
输出系统
输出设备种类
显示器：用于显示图像和文字
音响：用于播放音频
添加标题
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打印机：用于打印文档和图像
单片机第5章 输入输出接口P0～P3讲解
P2口—1.作为输入/输出口。 2.作为高8位地址总线。
P3口—P3口为双功能 1.作第一功能使用时，其功能为输入/输出口。 2.作第二功能使用时，每一位功能定义如下表
所示:
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXD （串行输入线） TXD （串行输出线） INT0（外部中断0输入线） INT1 （外部中断1输入线） T0 （定时器0外部计数脉冲输入） T1 （定时器1外部计数脉冲输入） WR （外部数据存储器写选通信号入）
为了节省口线，可将按键接成矩阵的形式。
例如：8×8的形式接64个按键，行列用两个接口 表示。每个按键都有行值和列值，行值和列值的组合 （称为按键的扫描码）就可以唯一的标识某个按键。 矩阵的行线和列线分别通过两个并口与CPU通信。按键 的状态用开关量“0/1”表示。
键盘处理程序的任务是： 确定有无键按下； 判哪一个键按下， 键的功能是什么； 还要消除按键在闭合或断开时的抖动。
TAB2 : db 78H,79H,38H,38H,3FH ; “HELLO”的字形码
DAY: MOV R6，#20 ; 延时20ms子程序 DL2: MOV R7，#7DH DL1: NOP
NOP DJNZ R7，DL1 DJNZ R6，DL2
RET
END
5.3.2用并行口设计键盘电路
键盘是计算机系统中不可缺少的输入设备，当按 键少时可接成线性键盘(一个按键对应一位，如图5.2 中的按键 )，按键较多时，这样的接法占用口线较多。
a
5
EE DE BE 7E ED DD BD 7D EB DB BB 7B E7 D7 B7 77
开始
第5章输入输出语句
输入输出是往往程序最基本的功能， 输入输出是往往程序最基本的功能，也是程序中最重要的组成 部分。 语言中的输入 输出都是由库函数完成的， 语言中的输入/输出都是由库函数完成的 部分。C语言中的输入 输出都是由库函数完成的，因此都是函数 语句。 语句。
5.1 printf函数 5.2 scanf函数 5.3 其他输入输出函数
5.1.3 printf函数调用的一般形式 printf函数调用的一般形式
printf函数是一个标准库函数，在使用时它可以带两个参数 ： 函数是一个标准库函数，在使用时它可以带两个参数： 函数是一个标准库函数 输出格式控制及输出项序列。 函数调用的一般形式为： 输出格式控制及输出项序列。printf函数调用的一般形式为： 函数调用的一般形式为 printf("格式控制字符串 输出项序列 格式控制字符串",输出项序列 格式控制字符串 输出项序列) 其中格式控制字符串必须用引号(")括起来， 其中格式控制字符串必须用引号 括起来，用于指定输出格 括起来 注意不能使用汉字操作系统中的全角引号(“”)。格式控制串 式。注意不能使用汉字操作系统中的全角引号 。 可由格式字符串和非格式字符串两种组成。格式字符串是以%开 可由格式字符串和非格式字符串两种组成。格式字符串是以 开 头的字符串， 后面跟有各种格式字符， 头的字符串，在%后面跟有各种格式字符，以说明输出数据的类 后面跟有各种格式字符 形式、长度、小数位数等。非格式字符串输出原样， 型、形式、长度、小数位数等。非格式字符串输出原样，通常用 于显示提示信息。输出项序列中包括各个输出项。 于显示提示信息。输出项序列中包括各个输出项。注意格式字符 串和各输出项在数量和类型上必须一一对应。 串和各输出项在数量和类型上必须一一对应。 见课本） 【例5-8】(见课本） 】 见课本 见课本） 【例5-9】(见课本） 】 见课本 见课本） 【例5-10】(见课本） 】 见课本
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效率低下 不易 扩展设备
（3）I/O设备控制电路与CPU控制器紧密结合不分隔
5.1.1 输入输出系统的发展概况
总线技术的引入
总线（BUS）
CPU
接口 接口 接口
设备1
设备2
„„
设备N
5.1.1 输入输出系统的发展概况
总线技术的引入
内存不需要接口电路(但CPU内部一般有内存控制器) 其他外设均需要各自的接口电路
计算机I/O系统结构图
5.1.1 输入输出系统的发展概况
1. 无I/O技术 2. 程序查询I/O方式 3. 直接内存存取(Direct Memory Access, DMA)方式 4. 通道(Channel)方式 5. 外围处理机(Peripheral Processor Unit, PPU)
方式
按键
判断哪个键按下 将此键翻译成 ASCII 码 （编码键盘法）
2. 鼠标
机械式 位器 光电式 3. 触摸屏 金属球 电 光电转换器
三、输出设备
1. 显示器
(1) 字符显示 (2) 图形显示 (3) 图像显示 字符发生器 主观图像 客观图像
2. 打印机
(1) 击打式 点阵式（逐字、逐行）
(2) 非击打式
DX 中存放的端口数值应大于255
举例
指令
IN AL,P8 IN AX,P16 IN AL,DX IN AX,DX OUT P8,AL OUT DX,AX
数据宽度
8 16 8 16 8 16
功能
从端口 P8 输入一个字节到 AL 从端口 P16 输入一个字到 AX 利用 AL 读 DX 寻址的端口一个字节 利用 AX 读 DX 寻址的端口一个字 用 AL 送出一个字节到 P8 寻址的端口 用 AX 输出一个字到 DX 寻址的端口
主 存
CPU
I/O 接口
I/O设备
DMA (Direct Memory Access直接存储器存取)方式的数据通路
主 存
HOLD CPU HLDA
DMA 控制器
DREQ DACK I/O 接口
I/O设备
三种方式的 CPU 工作效率比较
程序 查询 方式
CPU 执行 现行程序 启动I/O CPU查询等待并传输I/O数据 I/O 准备及传送 间 断
2. I/O 硬件
设备
设备
I/O 接口
设备控制器 通道
5.1.3 I/O 设备与主机的联系方式
1. I/O 设备编址方式
(1) 统一编址 用取数、存数指令 (2) 不统一编址 有专门的 I/O 指令
I/O口的编址方法-------I/O端口是按地址访问的。如何对I/O口进行寻址
（2）独立编址：I/O与内存有各自独立的 地址空间，互不干扰。
（1）统一编址：I/O与内存统一进行编址
① 特点： 占用内存编址空间 ② 图示：
FFFFFH
√ √ 可利用访存指令访问I/O口
内存空间
√ 不占用内存的编址空间 ① 特点： √ 有专门的输入输出指令
② 图示：
FFFFFH 内存空间 I/O空间
供I/O口使用
FFFFH
00000H 00000H
0000H 互不干扰
第５章
输入输出系统
5.1 概述
5.2 外部设备
5.3 I/O接口
5.4 程序查询方式 5.5 程序中断方式
5.6 DMA方式
CPU 总线
各类I/O设备
存储器
建立I/O设备与 主机的联系 确定I/O与主机 交换信息的控 制方式
各种不同的 设备如何与 主机交换信息
包括
输入输出模块 （输入输出系统）
考虑
5、外围处理机(Peripheral Processor Unit, PPU)方式
CPU
内存
I/O处理机
接口 接口
……
接口
设备2
设备2
设备2
5.1.2输入输出系统的组成
1. I/O 软件
(1) I/O 指令 CPU 指令的一部分
操作码 命令码 设备码
(2) 通道指令 通道自身的指令 指出数组的首地址、传送字数、操作命令 如 IBM/370 通道指令为 64 位
I/O端口是按地址访问的。I/O端口编址的方法： 与主存统一编址、I/O独立编址。
与主存统一编址就是在主存地址空间 采用I/O独立编址，需要设置专用的 中划出一部分作为I/O端口的地址。 I/O指令，如：
8086的输入指令IN和输出指令OUT。
可以用访问主存的指令来访问I/O端口 由于系统中只有一个地址总线，所以 ，区分访问对象是主存还是I/O，是由 处理器需要增加一个IO/M控制信号来 区分地址是对主存有效还是对I/O有效 地址所处的范围决定的。
硬件接口
（2）I/O接口
构成，是 是连接主机与I/O设备之间的中间电路或部件，由 及相应的控制软件 信息传送的桥梁和纽带。
硬件电路
主机
接口 外设
I/O 接口
设备 控制器
I/O设备
不同的I/O设备利用自身的设备控制器，通过接口与主机相连
为什么要设置接口？ 1. 实现设备的选择
2. 实现数据缓冲达到速度匹配
80x86系列计算机的I/O指令
这两个指令有长、短两种格式。
① 长格式为：
IN OUT AX/AL PORT PORT AX/AL ；PORT 取值范围在0~255之间
② 短格式为：
IN
OUT
AX/AL
DX
DX
AX/AL
长格式的好处是解释指令的时间短、I/O 速度快。 短格式的好处，一是可以访问更多的端口， 二是可以用相同的指令访问不同的端口。
CPU 执行 现行程序
程序 中断 方式
CPU 执行现行程序 指令执行周期结束
启动I/O 中断请求 I/O准备 一个存取周期 CPU 执行现行程序 存取周期结束
CPU
执行现行程序
I/O准备 CPU 处理中断服务程序 实现 I/O 与主机之间的传送 CPU 执行现行程序
DMA 方式
启动I/O
DMA请求 I/O准备
5.1.1 输入输出系统的发展概况
4、通道(Channel)方式
CPU
内存
通道
I/O
通道概述
√ 通道是一个特殊的处理器，有自己的通道指令，但受CPU控制。 □
√ 通道可以代替CPU来控制I/O设备以及控制I/O与主机进行数据交换。 □
√ 通道在一定程序上解放了CPU，故效率较高。 □
5.1.1 输入输出系统的发展概况
I/O 设备工作
准备就绪
I/O
CPU
CPU
主存
从 CPU 向主存写入一个字
否 完成否？ 是
程序中断方式的特点 特点
在宏观上，实现了CPU与I/O的“并行”工作； 克服了程序查询方式中的CPU“原地踏步”现象。
在微观上，CPU在执行中断服务程序时，终止 了原有程序的执行，没有做到CPU 与I/O外设绝 对“并行”工做。
激光（逐页）喷墨（逐字）
四、其他
1. A/D、D/A 模拟/数字（数字/模拟）转换器
2. 终端
由键盘和显示器组成
完成显示控制与存储、键盘管理及通信控制 3. 汉字处理 汉字输入、汉字存储、汉字输出
五、多媒体技术
1. 什么是多媒体
2. 多媒体计算机的关键技术
5.3
一、概述
I/O 接 口
软件接口
（1）接口是两个系统或两个部件之间的衔接部分：
2× 9.09 ms
(3) 同步工作采用同步时标
5.
I/O 设备与主机的连接方式
(1) 辐射式连接 主 机
外设 Ⅰ 每台设备都配有一套 外设 Ⅱ 控制线路和一组信号线 外设 Ⅲ 不便于增删设备
(2) 总线连接
便于增删设备
总线（BUS）
CPU
接口 接口 接口
设备1
设备2
„„
设备N
四、I/O设备与主机信息传送的控制方式
2. 设备选址
用设备选择电路识别是否被选中
3. 传送方式
(1) 串行 (2) 并行
4. 联络方式
(1) 立即响应 (2) 异步工作采用应答信号 并行
CPU I/O 接 口 I/O “Ready” 设 备
“Strobe”
串行
命令字 起 始 位
数据字 011 0 1 000
命令字
9.09 ms
终 止 位
思考
如何做到CPU与I/O工作的绝对并行呢？
3. DMA 方式
DMA (Direct Memory Access): 直接内存访问。 CPU暂时让出总线的控制权，由专用接口芯片DMAC——DMA控制 器，全权控制存储器与I/O之间直接进行高速的数据传送。
AB/DB
CPU DMAC RAM I/O接口
1. 程序查询方式 CPU 和 I/O 串行工作 踏步等待
CPU读I/O状态 现行程序 CPU向I/O发 读指令 CPU读I/O状态
未准备就绪
出错 检查状态 已准备就绪 从I/O接口中读 一个字到CPU
未准备就绪
检查状态
出错
从CPU向主存 写入一个字
否
完成否 是
程序查询方式的特点
① CPU主动去查询外设 ② CPU 和 I/O 串行工作 ③ 早期使用，目前大多用于单片机 程序循环等待，CPU效率低， 精髓： I/O设备是被动的 在内核编程中应少用程序 查询方式
2. 程序中断方式
I/O 工作
自身准备 CPU 不查询
与主机交换信息 CPU 暂停现行程序
CPU 和 I/O 并行工作
现行程序 启动I/O设备