计算机组成原理--第10章 输入输出接口

10.2.1 程序直接控制传送方式
一、无条件传送方式
无需了解外设状态，但要求外设随 时处于准备好的状态。
二、有条件传送方式——查询式传送
外设工作情况无法预先知道或无 规律时一般采用。
适用于对主机速度要求不高，外
N
设数量不多的场合。
优点：
较好协调主机与外设之间的时间差异；
所用硬件少。
缺点：
主机与外设只能串行工作，CPU效率低； 主机一个时间段只能与一个外设进行通信。
优点：访存指令可访问端口， 指令类型多；端口地址空间
优点：专门的I/O指令，与访
大。
存分开；执行速度快；不占
内存地址空间。
缺点：占用存储器空间；速 度慢。
缺点：端口地址范围小。
10.2 主机与外设间的信息传送方式
一、程序直接控制传递方式 二、程序中断控制方式 三、直接内存访问方式——DMA 四、输入、输出处理机方式
1、一般的输入输出设备：键盘，打印机，鼠标等。 2、数据通道中断源：软盘，硬盘等。 3、实时时钟：用外部时钟定时发出中断信号，由CPU进行 处理。 4、故障源：电源掉电，内存出错，输入输出出错等。 5、测试程序设置的中断源：如单步运行和断点运行。
–内部中断:由机器内部产生的中断。
I/O 设备
一、组成
寄存器组、控制逻辑电路、主机与接口和接口与I/O设备之 间的信号联接线、地址线、数据线等信号线。
二、端口的概念
接口电路中具有不同地址，可以由CPU进行读/写操作的寄存 器。通常有数据端口、状态端口和控制端口。
（一）数据口
数据：外设输入给CPU或从CPU输出给外设的各种数据信息。 数据口用于完成输入与输出数据。
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10.1.4 输入输出接口的编址方式
在接口电路中通常都具有多个可由CPU进行读写 操作的寄存器——端口。不同计算机对端口的编 址方式不同。
1、存储器统一编址
2、I/O端口独立编址
将I/O接口中的端口地 给I/O接口中的各端口提
址与存储单元统一编 址。
供与存储器空间完全分
开、完全独立的I/O地址 空间。
输入输出接口： 是计算机中协调、匹配外设与主机正常工作所
设置的逻辑部件，简称I/O口。
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10.1.2 输入输出接口的基本结构
CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制
CPU
地址
数据
IO/M RD WR
都由数据 总线传送
数据 寄存器
控
DR
制 状态 电寄存器 SR
路
CR
控制 寄存器
数据 状态 控制
禁止中断：外设发出中断请求后，由于某种条件的 存在，CPU不能中止现行程序的执行，称为禁止 中断。
一般在CPU内部设有一个“中断允许”触发器，由软件控 制其状态。只有该触发器为“1”状态时，才允许CPU 响应中断——允许中断，否则禁止中断。
中断源：在机器中引起中断产生的事件或发生 中断请求的来源统称为中断源。
读外设状态
就绪？ Y
读/写
无条件传输方式
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查询式输入的接口电路
RD
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10.2.2 中断传送方式
中断——CPU暂时中止当前程序运行，转而处理意 外出现的情况或有意安排的任务，在处理结束后能 自动恢复原程序的执行。
优点：主机可以与一个或多个外设并行工作，提高 了CPU的效率。
缺点：执行中断服务程序时，保护断点等工作占用 时间，难以满足成批快速交换数据的要求。
第10章 计算机输入输出接口
本 章 要 点：
I/O接口的概念、功能、结构与编址方式； 主机与外设之间的数据传送方式； 中断的概念、中断响应的条件与过程、中 断系统的功能及中断处理方法； 总线标准及常见的微机总线。
10.1 输入输出接口的基本知识
10.1.1 输入输出接口的概念及功能
一、输入输出接口的引入 功能
二、特点：数据传送速度快，是高速外设与主机之间 成批交换数据的有效方式。但有局限性，适合外设 不多的微小型计算机系统。
DMA传输示意图
10.2.4 输入输出处理机(IOP)方式
有单独的存储器和独立的运算部件，可访问 系统的内部存储器。
功能：除数据传输外，还应能处理传送过程中出 错及异常情况，数据格式翻译，数据块校验。
（二）状态口
状态：反映外设当前工作状态的信息。如输入设备是否准备好 （READY）；输出设备是否忙（BUSY）等。
状态（输入）口，用于使CPU了解外设状态。
（三）控制口
控制：CPU发出的对外设或接口的控制信息。如外设的启动或停止， 接口的工作模式设置等。
控制（输出）口，用于完成CPU的控制操作。
数据信息、控制信息和状态信息都由数据线传送，因此要通过不同的端 口来区分。
1、外设类型不同： 机械、电子、机电、电磁
2、传送信息类型： 数字量、模拟量
3、传送方式： 串行、并行
1、能进行地址译码和设 备选择; 2、能实现数据缓冲和数 据锁存;
3、能完成信息格式和电 平的转换;
4、传送速度、编码方式不同
4、能保证数据传送的定时 与协调。
二、概念
输入输出： CPU或主存与外设（I/O设备）交换信息的过程。
特点：由专门的输入输出处理机来管理外设，提 高主机的工作效率。应用于大、中型计算机系统 或分布式计算机系统。
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10.3 中断控制技术
10.3.1 中断的概念
一、基本概念 中断： CPU暂时中止当前程序运行，转而处理意
外出现的情况或有意安排的任务，在处理结束后 能自动恢复原程序的执行。
中断请求：当外设准备好后，向CPU发出要求传送 数据的信号，称为中断请求。
10.1.3 I/O接口分类
1、传送方式
串行接口：接口与外设之间以
并行和串行
2、收发配合方式
同步和异步传送方式
串行方式传送数据，即每个字 或字节逐位依次传送。
并行接口：接口与外设之 间以并行方式传送数据，
3、协调配合方式
即各位数据同时传送。
程序传送、中断传送、DMA
4、电路规模
简单接口、可编程接口、外设接口适配器
中断传输方式
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10.2.3 直接存储器访问——DMA方式
前两种方式以CPU为中心，占用CPU时间，DMA
方式以内存为中心，由专门的 DMA控制器向CPU请
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求并接管总线的控制权，但需要利用系统的地址、
数据和控制总线。
一、 DMA方式的定义
直接存储器存取方式——DMA（Direct Memory Access）方式，是一种没有CPU参与的、在高速外 设与存储器之间直接进行数据传输的控制方式。