第10章输入输出系统

I/O接口类型
⑴按照数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口。
并行接口中，设备和接口是将一个字节(或字)的所有位同时传送 的。
串行接口中，设备和接口间的数据是一位一位串行传送的，而接 口和主机之间是按字节或字并行传送，接口要完成数据格式的 串—并变换。
⑵按照数据传送的控制方式可分成：程序控制输入输出 接口，程序中断输入输出接口和直接存储器存取(DMA) 接口等。
计算机组成与结构
I/O设备的编址（2）
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⑴专设I/O指令——独立编址方式
例如：指令IN完成输入，指令OUT完成输出操作。这是I/O 空间独立于存储器空间的情况，即设备码的编码和存储器的 存储单元的编码是平行存在的。
【例】 MOV AX，[1000] //访问内存、1000为内存地址 IN AX，[1000] //访问I/O设备、1000为I/O地址
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I/O设备数据传送控制方式
程序直接控制（编程I/O）方式 程序中断传送（中断驱动I/O）方式 直接存储器存取（DMA）方式 I/O通道控制方式 外围处理机方式
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程序直接控制(programed direct control)方式
为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择，必须给众多 的I/O设备进行编址，也就是给每一台设备规定一些地址码， 称为设备号或设备代码。
CPU对I/O设备有两种寻址方法：
⑴ 独立编址（I/O映射方式）——专设I/O指令 ⑵ 统一编址（存储器映射方式）——利用访存(取数/存
数)指令完成I/O功能
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注： 状态信息和控制信息通常共用一个端口，称之为设 备的控制/状态寄存器
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I/O模块的一般结构
系统接口
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外设接口
数据线
地址线 控制线
数据寄存器 状态/控制寄存器
I/O 逻辑
外部设备 界面接口
…...
外部设备 界Leabharlann 接口数据 状态 控制数据 状态 控制
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【例】 MOV AX， [1000] //1000可能为内存地址，也可能为I/O地址
特点：不需要设置专门的I/O指令，可利用访存指令 访问I/O接口中的寄存器，程序设计简单。但外设占 用了存储器的地址空间。
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I/O接口类型
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特点：I/O地址不占用内存地址空间，但需要专门的I/O指令 进行访问，用专门的硬件信号线来区分访存还是访问I/O操 作。
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⑵利用访存(取数/存数)指令完成I/O功能——统一编址
将I/O接口中的端口看作存储器单元，与主存储器单元统一 编址，I/O地址与内存地址不重叠。
但对于一些工作频率较高的外设，例如，磁盘，磁带等，数据交换 是成批的，且单位数据之间的时间间隔较短，如果也采用程序中断方 式，将可能造成信息丢失。
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直接存储器存取(direct memory access)方式
基本思想是在外围设备和主存之间开辟直接的数据传送通路。在正 常工作时，所有工作周期均用于执行CPU的程序。当外围设备完成 输入或输出数据的准备工作后，占用总线一个工作周期，和主存直 接交换数据。这个周期过后，CPU又继续控制总线执行原程序。如 此重复，直到整个数据块的数据传送完毕。 这项工作是由I/O系统中 增设的DMA控制器完成的，由它给出每次传送数据的主存地址，并 统计已传送数据的个数以确定是否传送结束。除了在数据块传送的 起始和结束时需用中断分别进行前处理和后处理外，无需CPU的频 繁干预。主存储器被并行工作的CPU和I/O子系统所共享。
完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息 传送。
特点：
控制简单。 CPU和外设只能串行工作，系统效结率低。 CPU在一个时间内只能和一个外设交换信息。
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程序中断传送(program interrupt transfer)方式
通常在程序中安排一条指令，发出START信号启动外围设备，然后 主机继续执行程序。当外围设备完成数据传送的准备后，便向CPU发 “中断请求”(INT)信号。CPU接到请求后若可以停止正在运行的程序， 则在一条指令执行完后(非流水线计算机)，转去执行“中断服务程 序”，完成传送数据工作，通常传送一个字或一个字节。 传送完毕仍 然返回原来的程序。因此，在一定程度上实现了CPU和外围设备的并 行工作。
I/O接口的基本功能
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I/O接口的基本功能
⑴ 实现主机和外围设备之间的数据传送控制。
⑵ 实现数据缓冲，以达到主机同外围设备之间的速度匹 配。
⑶ 接受主机的命令，提供设备接口的状态，并按照主机 的命令控制设备。
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I/O设备的编址
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I/O设备的编址
I/O接口的基本组成
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接口(Interface)和端口(Port)的概念:
端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器。
接口是若干端口加上相应的控制逻辑电路。
一个接口中包含：数据端口(数据寄存器)
命令端口(控制命令寄存器)）
状态端口(状态寄存器）。
CPU通过输入指令可以从有关端口中读取信息，通过输出指 令可以把信息写入有关端口。
输入输出系统包括外部设备(输入输出设备和辅助 存储器)及其与主机(CPU和存储器)之间的控制部件。 控制部件又称为设备控制器、或设备适配器、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。
接口是主机和外设间的交接界面，可解决主机和 外设间的信息交换、信息格式和工作速度的差异。
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第10章 输入输出(I/O)系统
10.1 输入输出(I/O)系统概述 10.2 程序中断输入输出方式 10.3 DMA输入输出方式 10.4 通道控制方式和外围处理机 10.5 总线结构 10.6 外设接口
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10.1 输入输出(I/O)系统概述
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接口与主机、外设间的连接
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为什么需要I/O接口
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各种外设的操作方法不同，由CPU统一控制不切合 实际。
外设的数据传输速率比存储器和CPU慢，使得高速 总线不能直接与外设相连。
外设所使用的数据格式各不一致。
I/O接口
外部设备(I/O设备)
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