第七章输入输出系统[一]汇总
输入输出系统
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中断向量表的初始化
• 将用户自定义的中断服务程序入口地 址放入向量表
• 两种方法：
– 直接写中断向量表 – 利用DOS中断功能调用：INT 25H
• 例：将中断向量码为48H的服务程序 入口地址放入向量表
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中断向量表的初始化
• 直接写中断向量表 MOV AX，0
P319
MOV DS，AX
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§7.3 中断技术
掌握：
• 中断的基本概念 • 中断响应的一般过程 • 中断向量表及其初始化 • 8088/8086中断系统
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一、中断的基本概念
中断：
• CPU执行程序时，由于发生了某种随机
的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中
断正在运行的程序，转去执行一段特殊
求
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中断向量表
00000H
1KB ┇ 003FFH ┇
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中断向量表
• 存放各类中断的中断服务程序的入口 地址
• 每个入口占用4 Bytes，低字为段内偏 移，高字为段基址
• 表的地址位于内存的00000H～ 003FFH，大小为1KB，共256个入口
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三、I/O地址的译码
目的： • 确定端口的地址
参加译码的信号：
• IOR，IOW，A15 ～ A0 • OUT指令将使总线的IOW信号有效 • IN指令将使总线的IOR信号有效
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I/O地址的译码
• 当接口只有一个端口时，16位地址
信号一般应全部参与译码，译码输
8071第七章输入输出接口技术第一节内容2009.01.20(第三稿)
2.I/O端口独立编址
优点：
I/O端口的地址空间独立 控制和地址译码电路相对简单 专门的I/O指令使程序清晰易读 I/O指令没有存储器指令丰富
缺点：
80x86采用I/O端口独立编址
2013年8月1日星期四 中北大学《微机原理及接口技术》 37
Байду номын сангаас
2.I/O端口独立编址
特点：
00000H 内存 地址
12
7.1.3 I/O接口的主要功能
对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节，输入接口有缓冲环节 实际的电路常用： 输出锁存缓冲环节，输入锁存缓冲环节 对信号的形式和数据的格式进行变换 微机直接处理：数字量、开关量、脉冲量 对I/O端口进行寻址 与CPU和I/O设备进行联络
中北大学《微机原理及接口技术》 24
2013年8月1日星期四
外设接口
输入接口 输出接口 并行接口 串行接口
数字接口
模拟接口
2013年8月1日星期四
中北大学《微机原理及接口技术》
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输入输出接口的特点
输入接口：
要求对数据具有控制能力（常用三态门实现）
输出接口：
要求对数据具有锁存能力（常用锁存器实现）
中北大学《微机原理及接口技术》
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7.1.2 I/O接口概述
为什么需要I/O接口（电路）？
多种外设
微机的外部设备多种多样
工作原理、驱动方式、信息格式、以及工作 速度方面彼此差别很大
它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连 这部分电路被称为I/O接口电路
sta_lda
基本概念
中断源：凡能向CPU提出中断请求的各种因素，同称 为中断源 CPU在任何瞬间只能接受一个中断源的请求 中断请求触发器和中断屏蔽触发器 完成触发器D：当设备欲提出中断请求时，设备本 身准备就绪，也即完成触发器D必须为“1” 中断请求触发器：发出中断请求信号 中断屏蔽触发器：屏蔽优先级较低设备的中断请 求
G1 G2A G2B
设计一个I/O端口译码器，使用一个3-8译码器给出8位 I/O端口地址20H、22H、24H、26H、28H、2AH、
2CH、2EH的译码信号。
A1 A2 A3 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 A5 G1 G2A Y4 Y5 Y6 Y7
20H 22H 24H 26H 28H 2AH 2CH 2EH
接口的分类—按传输二进制位数进行分类
并行接口 一次传送一个字节或一个字 例如：打印机 串行接口 一次传送一位二进制代码 主要用于驱动传输距离较远的设备
接口的分类 – 按I/O与主机信息传送的控制方式
程序查询方式 传输方式简单 工作中一直要占用CPU，极大地影响了CPU的工作 效率 中断 消除了程序查询方式中CPU”踏步”的现象，提高 了CPU的工作效率 CPU相应中断后，必须要停止现在运行的程序， 转入中断服务程序 为了完成I/O与主存之间交换信息，还要占用CPU 内部的一些寄存器，也是对CPU资源的浪费
I/O总线
I/O接口
………….
I/O接口
设备
：数据线 ：状态线
设备
：地址线 ：命令线
I/O总线和接口部件
接口的功能和组成
识别设备
操作系统输入输出系统PPT课件
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4. 向量与非向量中断
中断向量是指向量中断在中断事件在提出 中断请求时，通过硬件向主机提供的中断向 量地址。中断向量由中断源的有关硬件电路 殊功能的处理器，
它能独立地执行通道程序，产生相应的 控制信号，实现对外设的统一管理和外 设与主存间的数据传送。
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但它不是一个独立的处理器，需要
在CPU的I/O指令的指挥下才能启动、停
止和改变工作状态，其运行的程序一般
也放在CPU程序存储空间中。
33
4. I/O处理机方式 I/O处理也叫外围处理机，I/O处理机
划出地址给I/O端口，优点类型多，功能 全，缺点使存储器的可用地址空间变小。
17
18
2. I/O独立编址
19
20
输人输出设备的控制 1. 程序控制
21
（1）无条件传送方式
22
（2）条件控制方式
条件控制方式又称为程序查询方式。 在这种方式中，计算机的主机在与外设 传送信息时需先检查外设的或主机的工 作状态。
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3. 内部中断和外部中断:
外部中断是指外部有中断源时执行相应的中断程序，主要是指 INT0,INT1,通讯中断；内部中断主要是指定时器/计数器中断， 装栈溢出后置位相关特殊寄存器来执行中断；
举一个例子，外部中断：你在吃饭，这时候电话响了，你暂时放 下餐具去接听电话在这里吃饭是你目前正在执行的程序，电话响 了，是一个中断源，他是随机的，不定时发生，接完电话（处理 完中断事件）你回来继续吃，（继续执行中断点没有做处理完的 程序）
计算机组成原理(第七章 输入输出系统
第七章输入输出系统第一节基本的输入输出方式一、外围设备的寻址1．统一编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等与内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编排地址，用访问内存的指令来访问输入输出设备接口的某个寄存器，从而实现数据的输入输出。
2．单独编址：将输入输出设备中控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器单独编排地址，用专门的控制信号进行输入输出操作。
3．CPU与外围设备进行通信有三种类型：（1）CPU向外围设备发出操作控制命令。
（2）外围设备向CPU提供状态信息。
（3）数据在CPU与外围设备之间的传递。
历年真题1．对外设统一编址是指给每个外设设置一个地址码。
（2002年）【分析】CPU与外设之间的信息传送是通过硬件接口来实现的，各种外设的硬件接口上又都包含有多个寄存器，如控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等。
统一编址是将外设接口上的各种寄存器等同于内存储器的存储单元，通过使用访问内存单元的指令来访问外设接口上的各个寄存器，这样就可以使用访存指令来访问外设，输入输出操作简单，程序设计比较简便。
由于外设接口上的寄存器种类和数量通常不止一个，所以一个外设至少对应一个以上的内存地址。
【答案】对外设统一编址是将外设接口上的寄存器等同内存单元，给每个外设设置至少一个地址码。
二、外围设备的定时1．外围设备的定时方式有异步传输方式和同步定时方式两种。
2．实现输入输出数据传输的方式主要有：程序控制方式、直接存储访问（DMA）方式、通道方式。
程序控制方式又可分为程序查询方式和中断方式两种。
历年真题1．对I/O数据传送的控制方式，可分为程序中断控制方式和独立编址传送控制方式两种。
（2001年）【分析】对1/O数据传送的控制方式，可分为程序直接控制方式、程序中断控制方式、DMA控制方式、通道控制方式等。
程序中断控制方式只是其中的一种方法，独立编址是指对1/O设备的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等单独进行地址编排，使用专门的指令对其进行操作，可用在各种数据传送的控制方式中。
输入输出系统 练习题 答案
17. 活动头磁盘存储器中,信息读出或写入 磁盘是（C）进行的.
A.并行方式 B.串行方式 C.串并方式 18.主机与设备传送数据时,采用(B )，CPU
的效率最高. A.程序查询方式 B. DMA方式 C.中断方式
19.主机与设备传送数据时,采用(A ),主机 与设备是串行工作的.
A.程序查询方式 B.DMA方式 C.中断方式 20.中断发生时,程序计数器内容的保护和
更新,是由（A）完成的. A.硬件自动 B.进栈指令和转移指令
21.下述（E）情况会提出中断请求. A.产生存取周期窃取 B.一次I/O操作结束 C.两数相加结果溢出 D.上述各项 E.上述B、C两项
C.图形比图像更容易编辑、修改
D.图像比图形更有用
10.若磁盘的转速提高一倍,则（B）. A.平均存取时间减半 B.平均等待时间减半 C.存储密度可以提高一倍 D.平均定位时间不变 11.活动头磁盘存储器的找道时间通常是指
（C）. A.最大找道时间 B.最小找道时间 C.最大找道时间与最小找道时间的平均值 D.最大找道时间与最小找道时间之和
C. 不同的数据线 D. 不同的控制线
29. 中断系统是由(C )实现的.
A. 硬件 B.软件
C. 硬件和软件结合
30.为实现多重中断,保护断点和现场使用 (D).
A .ROM
B .中断向量表
C .设备内的寄存器 D .堆栈
31. 在中断响应过程中,保护程序计数器PC 的作用是(B ).
A .能使CPU找到中断处理程序的入口地址
第七章 输入输出(IO)系统
一、选择1、计算机所配置的显示器中，若显示控制卡上双薪存储器的容量是1MB，则当采用800×600像素的分辨率时，每个像素最多可以有（C）种不同的颜色。
A.256B.65536C.16MD.40962、CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色数为256，则刷新存储器的容量约为（B）A.256MB.1MC.256KBD.32MB3、CRT的分辨率为1024×1024像素，像素的颜色总数为256色，则刷新存储器每单元字长是（A）A.1个字节B.2个字节C.256个字节D.1024个字节4、若计算机屏幕上每个像素的灰度级为256，则刷新存储每个单元的宽度是。
5、显示汉字采用点阵字库，若每个汉字用16×16的点阵表示，7500个汉字的字库容量是240KB 。
6、磁盘存储器的等待时间通常是磁盘旋转半周所用的时间。
7、某磁盘的转速为7200r/min，传输速度为4MN/s，控制器开销为1ms，要保证读或写一个512B的扇区的平均时间为11.3ms。
那么，该磁盘的平均寻道时间不超过（D）A.3.9msB.4.7msC.5.5msD.6.1ms8、一个磁盘的转速为7200转/分，每个磁道有160个扇区，每扇区有512字节，那么理想情况下，其数据传输率为（C）A.7200×160KB/s B.7200KB/sC.9600KB/sD.19200KB/s9、某计算机系统中，假定硬盘以中断方式与处理机进行数据输入输出，以16位为传输单位，传输率为50KB/s，每次传输的开销（包括中断）为100个CPU时钟，处理器的主频为50MHz，请问软盘数据传送时占处理器的时间比例是10、设一个磁盘盘面共有200个磁道，盘面总存储容量60MB，磁盘旋转一周的时间为25ms，每磁道有8个扇区，各扇区之间有一间隙，磁头通过每个间隙需 1.25ms。
则磁盘通道所需最大传输率是11、下列有关程序中断I/O方式的叙述中，错误的是（D）A. 程序中断I/O方式是CPU和外设能够并行工作B. 中断I/O方式下，外设和CPU直接交换数据C. 中断I/O方式下，CPU会有额外的开销用于断点、现场的保护和回复等D. 中断I/O方式适用于像磁盘一类的高速设备12、指令执行结果出现异常而引起的中断是（B）A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断13、主存故障引起的中断是（C）A.I/O中断B.程序性中断C.机器校验中断D.外中断14、为了实现多级中断，保存现场信息最有效的方法是（B）A.通用寄存器B.堆栈C.存储器D.外存15、在中断处理过程中，完全由硬件自动执行的步骤是（A）A.保存中断点B.识别中断点C.保存将被中断服务程序破坏的通用寄存器的内容D.返回中断点16、在蛋鸡中断系统中，CPU一旦响应，则立即关闭中断允许标志，以防止本次中断任务结束前同级的其他中断产生另一次中断进行干扰。
[初一数学]第7章 输入输出
![[初一数学]第7章 输入输出](https://img.taocdn.com/s3/m/03b931f0cf84b9d529ea7a58.png)
微机原理第七章 输入输出方法及常用接口电路
编程并行接口芯片8255A
二、 8255的内部结构
编程并行接口芯片8255A
三、8255的引脚功能
PA3 PA2 PA1 PA0 RD CS GND A1 A0 PC7 PC6 PC5 PC4 PC0 PC1 PC2 PC3 PB0 PB1 PB2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PA4 PA5 PA6 PA7 WR RESET D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 VCC PB7 PB6 PB5 PB4 PB3
8251可编程通信接口
二、8251的结构和引脚特性
数据总线缓冲器
状态 缓冲器
发送数据/命 令缓冲器
接收数 据缓冲 器
RESET CLK C/D RD WR CS DTR DSR RTS CTS
读/写 控制电 路
发送器 P S
TxD
发送 控制 接收 控制 接收器 S P
TxRDY TxE TxC RxRDY SYN DET RxC RxD
输入/输出接口概述
五、 I/O接口的分类 通用接口 专用接口 串行接口 并行接口
编程并行接口芯片8255A
一、 8255A的主要特性
有3个8位并行数据I/O口PA、PB和PC口及1个8位控 制口CWR。 可编程设置方式0、方式1、方式2三种不同的工作方 式，用于无条件传送、查询传送和中断传送。 有两个控制字决定8255A的工作方式，通过编制初始 化程序，使用OUT指令从控制寄存器端口写入。有 一个状态字可供查询，使用IN指令从C端口读出。 提供兼容的TTL电平接口，原则上适用于需并行输入 输出的I/O设备。
《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。
《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
添加标题
打印机：用于打印文档和图像
(完整版)计算机组成原理名词解释题
计算机构成原理 ( 名词分析 )第一章概论1、主机：主机中包含了除外头设施之外的全部电路零件，是一个能够独立工作的系统。
2、 CPU：中央办理器，是计算机的中心零件，同运算器和控制器， cache构成。
3、运算器：计算机中达成运算功能的零件，由 ALU 和寄存器等构成。
4、 ALU ：算术逻辑运算单元，履行全部的算术运算和逻辑运算。
5、外头设施：计算机的输入输出设施，包含输入设施，输出设施和外储存设施。
6、数据：编码形式的各样信息，在计算机中作为程序的操作对象。
7、指令：是一种经过编码的操作命令，它指定需要进行的操作，支配计算机中的信息传达以及主机与输入输出设施之间的信息传达，是构成计算机软件的基本元素。
8、透明：在计算机中，从某个角度看不到的特征称该特征是透明的。
9、位：计算机中的一个二进制数据代码，计算机中数据的最小表示单位。
10、字：数据运算和储存的单位，其位数取决于详细的计算机。
11、字节：权衡数据量以及储存容量的基本单位。
1 字节等于 8 位二进制信息。
12、字长：一个数据字中包含的位数，反响了计算机并行计算的能力。
一般为 8 位、16 位、32 位或 64 位。
13、地点：给主存器中不一样的储存地点指定的一个二进制编号。
14、储存器：计算机中储存程序和数据的零件，分为内存和外存。
15、总线：计算机中连结功能单元的公共线路，是一束信号线的会合，包含数据总线、地点总线和控制总线。
16、硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够履行指令的设施。
17、软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件。
18、兼容：计算机零件的通用性。
19、软件兼容：一个计算机系统上的软件能在另一个计算机系统上运转，并获取同样的结果，则称这两个计算机系统是软件兼容的。
20、程序：达成某种功能的指令序列。
21、寄存器：是运算器中若干个暂时寄存数据的零件，由触发器构成，用于储存最屡次使用的数据。
22、容量：是权衡容纳信息能力的指标。
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图7.3 单个I/O设备的查询流程
主程序
需要I/O时 检查状态标记 就绪否 是 交换数据 继续运行
体会“程序直接控制”和 “程序查询方式”的名称 由来。
否
特点：
(1)简单； (2) I/O时间预知性； (3)不能发现和处理预先无法 估计的错误和异常情况； 图7.3 单个I/O设备的查询流程 (4) 数据输入输出要经过CPU控制,CPU与设备、 设备与设备均不能实现并行工作; (5) 用于连接低速外设.
数据线 状态线
CPU
命令线 地址线
控 制 逻 辑 电 路
I/O接口 数据端口 状态端口 控制端口 设备识别
数据线 状态信息
I/O
命令
设备
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
• 数据线:I/O设备与主机之间数据的传输线;
• 地址线:用来传送设备号,多台I/O设备各自有其设 备号(地址);
数据线 状态线
CPU
I/O接口 数据端口 控 制 逻 辑 电 路 状态端口 控制端口 设备识别
数据线 状态信息 命令
I/O 设备
命令线
地址线
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
3.传送主机指令 只有被选中设备接口中的“控制端口”才能接 受和识别主机传送来的命令,并将命令传送到 设备.
数据线 状态线
CPU
I/O接口 数据端口 控 制 逻 辑 电 路 状态端口 控制端口 设备识别
一、程序中断方式的基本思路 • 依赖中断系统—— • 计算机系统中引入中断功能后,各部件并行工作 成为可能,其中包括CPU与外设并行及外设与外设 并行. • CPU变主动查询为被动响应—— • 在外设准备的时间里,CPU执行现行程序； • 直到外设准备好,发出中断请求； • CPU响应后中断现行程序转而执行与外设交换数 据的中断服务程序； • 之后再回到原来程序运行. 中断方式原理示意如图7.4所示：
占用CPU的时间比率为 10000 × 1024/107=102.4% 结论—— 即使CPU将全部时间用于对硬盘查询也 不能满足硬盘传输的要求,即程序查询方 式只适合与低速外设.
第七章 输入 输出系统
7.1 输入输出系统概述 7.2 程序查询方式 7.3 程序中断方式 7.4 DMA方式
7.3
程序中断方式
中断：在接到随机请求后,CPU暂停 执行原来的程序,转去执行更加紧迫事 件的中断服务程序,待处理完毕后CPU 恢复原程序的继续执行,这个过程称为 中断. 中断系统:在计算机内部自动处理 中断的系统称为中断系统,含软件和硬 件两个方面. 中断技术:实现此功能所需的软硬件 技术.
7.3.1 中断的基本概念
CPU
命令线 地址线
控 制 逻 辑 电 路
I/O接口 数据端口 状态端口 控制端口 设备识别
数据线 状态信息
I/O命令Fra bibliotek设备图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
• 命令线: 传输CPU向设备发出的各种命令信号(如
启动、清除、读、写等)；
• 状态线:将I/O设备的状态向主机报告的信号线(如
设备是否准备就绪,是否向CPU发出中断请求等) .
优点:访存指令都能访问I/O端口，故不设置专门的 输入输出指令；由于访问存储单元的指令有较多的寻址 方式，所以I/O程序编制灵活。 缺点:需占用小部分存储器空间；机器语言或汇编 源程序中的I/O部分难以阅读及修改。 存储器统一编址方式示意图见下图：
I/O端口
存储器
图7.2 存储器映射的I/O设备编址方式 2、I/O端口单独编址方式(Isolated I/O Address Coding) 存储单元与I/O接口寄存器的地址分别编址，各自有自 己的译码部件，设计专门的I/O指令去访问端口。 优点：不占用存储空间；I/O指令与存储器指令有明显 区别，程序结构清晰，便于理解。 缺点：需专门的I/O指令，其寻址方式较简单，指令功 能较弱，编程灵活性稍差；CPU需要提供存储器读/写、 I/O设备读/写两套控制信号，增加了控制的复杂性。
主程序
(需要I/O时) 启动外设
理解中断时应注意以下几个问题:(1)中 断过程实质上是一种程序切换过程,必 须处理好保存旧现场、建立新现场的 问题;(2)中断具有随机性,故必须及时 检测中断请求信号,以便能够及时处理 中断;(3)中断不具备重复性;(4) 程序中 断与调用子程序的异同.
数据线 状态信息 命令
I/O 设备
命令线
地址线
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
7.1.3 I/O端口的编址方式
1、存储器统一编址方式(存储器映射方式Memorymapping Address Coding)
将I/O端口看成是存储空间的一个组成部分,按照存
储单元的编址方法统一编排地址号,每个I/O端口占用一 个地址。划给外设的这部分区域不能配置存储器芯片。
结论—— 终端查询基本不影响CPU性能. (2)CPU向打印机的数据传输按字节进行, 即每1个字节被CPU查询一次,数据传输 率为10KB/s. 解： 每秒查询次数为10KB/1B=10K次； 查询所需时钟数为 10K × 50=500K
占用CPU的时间比率为 500K/10M=500 × 1024/107=5.12% 结论—— 打印机的查询开销大于终端,尚可承受. (3)硬盘传输数据以字节为单位,即每1个字 节被CPU查询一次传输率为200KB/s. 解: 每秒查询次数为200K； 查询所用时钟周期数为 200K × 50=10000K次
CPU
命令线 地址线
控 制 逻 辑 电 路
I/O接口 数据端口 状态端口 控制端口 设备识别
数据线 状态信息
I/O
命令
设备
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
2.寻址
CPU欲访问的设备号通过地址线送至所有设备的接 口,每个接口均具有选址功能,只有当地址线上的设备 号与本接口的设备号一致时,相应的设备才能通过命 令线、状态线和 数据线与主机交换信息. 数据线 状态线
7.1.4 CPU与外设之间数据传送控制方式
I/O系统主要是解决主机与外设间的数据交 换问题 , 使外设与主机能协调一致地工作 . 为减 少处理机对外设的控制干预,在计算机发展过程 中人们先后采用了以下方法： 1、由程序控制的数据传送 程序查询方式 程序中断方式 2、由专有硬件控制的数据传送 DMA方式 通道方式 外围处理机方式
为正确完成这种查询,通常执行 如下3条指令: 主程序
需要I/O时 检查状态标记
(1)测试指令:用来查询I/O设 备是否准备就绪;
(2)传送指令:当I/O设备已经 准备就绪时,执行传送指令;
就绪否 是 交换数据 继续运行
否
(3)转移指令:当I/O设备未准 备就绪时,执行转移指令,继续测 试I/O设备的状态.
例：I/O的编址方式采用统一编址时,存储单元 和I/O设备是靠( ). A. 不同的地址线 B.不同的地址码 C. 不同的控制线 例： I/O采用统一编址时,进行输入输出操作的 指令是( ). A. 控制指令 B.访存指令 C. 输入输出指令 例： I/O采用不统一编址时, 进行输入输出操作 的指令是( ). A. 控制指令 B.访存指令 C. 输入输出指令
⑤ 输入设备将数据送至 数据端口; ⑥ 由设备发设备工作结束信号,置D为“1”;B为 “0”,表示外设准备就绪; ⑦ D触发器以“准备就绪”状态通知CPU,表 示“数据缓冲满”； ⑧ CPU执行输入指令,将数据端口中的数据送 至CPU的通用寄存器，再存入主存单元.
例:在程序查询的I/O系统中,有三个不同的外设. 假定一个查询操作需要50个时钟周期,CPU的 时钟频率为10MHz.求CPU在以下三种情况下 为I/O查询所花费的时间比率(百分比),假定必 须进行足够的查询以免丢失数据并假定不考 虑各设备的相互等待即分别计算. (1)对终端每秒进行30次查询. 解: 每秒花在终端查询上的时钟周期数为 30 ×50=1500； 根据CPU的时钟频率为10MHz,即每秒 10×106个时钟周期,占用CPU时间比率为 1500/10M=0.015%
第七章 输入 输出系统
7.1 输入输出系统概述 7.2 程序查询方式 7.3 程序中断方式 7.4 DMA方式
7.1 I/O系统概述
7.1.1 I/O系统组成 输入输出(I/O)系统是计算机系统中实现主机与外界交换 数据的软、硬件系统. 它包括输入输出设备、输入输出接 口(接口控制器)及相关控制软件,其中I/O接口是用来连接 主机与I/O设备的,三者的关系如下: I/O接口 数据线 数据线 数据端口 控 制 状态线 状态信息 I/O CPU 逻 状态端口 辑 设备 命令线 命令 电 路 控制端口 地址线 设备识别
数据线 状态线
CPU
命令线 地址线
控 制 逻 辑 电 路
I/O接口 数据端口 状态端口 控制端口 设备识别
数据线 状态信息
I/O
命令
设备
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
7.1.2 I/O接口的基本功能 I/O接口处于系统总线与外设之间,主要功能包括： 1、数据的格式转换
接口电路中必须具有实现各类数据相互转换的功能.例如, 并-串转换、串-并转换、模-数转换 、数-模转换及二进 制数和ASCII码的相互转换等. 数据线 状态线
图7.1 接口与主机、外设间连接示意图
③端口主要分为三类:
状态端口:存放状态信息的寄存器,CPU对其内容只能读,如 80X86中用输入指令(IN AL,状态口地址)将外设状态标志送到CPU； 控制端口:存放控制命令的寄存器,CPU只能对其写,如80X86中 用输出指令(OUT 状态口地址,AL)将CPU的各种控制命令发送外设； 数据端口:存放数据信息的寄存器.
7.2.2 程序查询方式的接口电路