第08章输入输出系统1精品PPT课件
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分析：
输入/输出设备同CPU
第八章 输入输出系统
• (1)CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输
(2)CPU等候输入设备的数据成为有效； (3)CPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。 • (1)CPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备 (2)CPU (3)输出设备认为数据有效，从而把数据取走。 问题的关键在于：究竟什么时候数据才成为有效?
§8.2.3 单级中断
1.单级中断的概念
第八章 输入输出系统
根据计算机系统对中断处理的策略不同，可分为: 单级中断系统和多级中断系统。
允许中断触发器(EI)：可以用程序指令来置位。EI为“1”时，某设备可 以向CPU发出中断请求；EI为“0”时，不能向CPU发出中断请求，这意味 着某中断源的中断请求被禁止。设置EI标志的目的，就是通过软件来控
中断请求触发器(IR)：它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。 当IR标志为“1” 中断屏蔽触发器(IM)：是CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM标志为 “0”时，CPU可以受理外界的中断请求，反之，IM标志为“1”时，CPU
第八章 输入输出系统
3、直接内存访问(DMA)方式
对于一些高速的外围设备，以及成组交换数据的情况， 仍然显得速度太慢。直接内存访问(DMA)方式是一种完全由 件执行I/O交换的工作方式。这种方式既考虑到中断响应， 同时又要节约中断开销。
优点是数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问 时间的限制。与中断方式相比，需要更多的硬件。DMA方式
基本上独立于主机工作，它的结构更接近一般处理机，甚至就 是微小型计算机。在一些系统中，设置了多台PPU，分别承担 I/O控制、通信、维护诊断等任务。从某种意义上说，这种系
第八章 输入输出系统
§8.2 程序中断方式
§8.2.1 中断的基本概念
• 中断源：引起中断的原因。 • 中断的特征：事件的随机性和程序切换。 • 中断处理过程：
下用软件完成的。 优点：是CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简 单。是一种简单经济的I/O方式。 缺点：信息交换速度慢，CPU效率低。常用来实现CPU与低速外设之间 的信息交换。因此当前除单片机外，很少使用程序查询方式。
第八章 输入输出系统
2、程序中断方式 “中断”是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入
更快的同步传送要采用直接内存访问(DMA)方式。
第八章 输入输出系统
§8.1.3 信息交换方式
在计算机系统中，CPU管理外围设备常用的方式有：
1、直接程序控制方式：CPU直接通过I/O指令对I/O接口进行操
作访问，主机与外设交换的每一过程均在程序中表现出来。 立即程序传送方式:
程序查询方式：是早期计算机中使用的一种方式。它是CPU主动控制
• CPU对外设的寻址方式： 存储器对应I/O方式 端口寻址方式（要求指令系统有专门的输入/输出指令）
第八章 输入输出系统
§8.1.2 外围设备的定时方式
外围设备种类繁多，从信息传输速率的角度来 讲，相差也很悬殊。如果把高速工作的主机同不同 速度工作的外围设备相连接，如何保证主机与外围 设备在时间上同步?这就是我们要讨论的外围设备的 定时问题。
程序中断方式的基本接口如下图所示：
第八章 输入输出系统
中断允许触发器
中 断
①
请
求 触
⑩
发
器
⑤
工作标志触发器 就绪标志触发器
②
④
⑥
中 断
⑨
③
屏 蔽
⑧
触
发
⑦
器
* 标号①～⑧表示由某一外设输入数据的控制过程
第八章 输入输出系统
准备就绪的标志(RD)：一旦设备做好一次数据的接收或发送，便发出一 个设备动作完毕信号 ，使RD标志置“1”。在中断方式中，该标志用作
第八章 输入输出系统
CPU与外围设备之间的定时，有以下三种情况: •
输入的数据一直有效或输出一定准备就绪。 •
由于这类设备的速度和CPU的速度并不在一个数量级， 或者由于设备本身是在不规则时间间隔下操作的，因此，CPU 与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。 •
由于这类外设是以相等的时间间隔操作的，而CPU也是 以等间隔的速率执行输入/输出指令的 ，因此这种方式叫做 同步定时方式。一旦CPU和外设发生同步，它们之间的数据交
第八章 输入输出系统
主要内容
8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式 8.2 程序中断方式 8.3 DMA 方式 8.4 通道方式 8.5 通用I/O标准接口
第八章 输入输出系统
§8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式
§8.1.1 外围设备的作用、编址方法
• 作用：是实现计算机和外围环境之间的联系。 输入设备：将外界信息转化成计算机能够接收和识 别的二进制形式送入计算机。 输出设备：将计算机处理的结果转化为人或其它设备 能够接收和识别的信息形式。
第八章 输入输出系统
4、通道方式 通道是一个具有特殊功能的处理器，某些应用中称为输入
输出处理器(IOP)，它可以实现对外围设备的统一管理和外围 设备与内存之间的数据传送。这种方式与DMA方式相仿，大大 提高了CPU的工作效率。然而这种提高CPU效率的办法是以花费
5 外围处理机(PPU)方式是通道方式的进一步发展。由于PPU
数据或接收输出数据的一种方法。 中断发生时，CPU暂停正在执行的现行程序，而转去
执行中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。当 中断处理完毕后，CPU又返回到它原来的程序，并从它停 止的地方开始继续执行。
这种方式它节省了CPU宝贵的时间，是管理I/O操作的 一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服 务，并且一旦提出要求，应立即进行。同程序查询方式相
① 中断发生在什么时候？ ② 中断周期将完成哪些操作？ ③ 为什么要关中断？ ④ 中断周期和中断服务子
程序的执行特征？
第八章 输入输出系统
• 与子程序调用的区别：
第八章 输入输出系统
§8.2.2 程序中断方式的基本接口
外围设备是通过接口与主机wk.baidu.com连的。接口在 主机和外设之间起信息转换和缓冲的作用，有了 接口使主机能和众多的外设相连接。目前常用的 外围接口有： 串行接口Inter 8251A 、 并行接口Inter 8255A 、 中断接口Inter 8259A等。
输入/输出设备同CPU
第八章 输入输出系统
• (1)CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择某一输
(2)CPU等候输入设备的数据成为有效； (3)CPU从数据总线读入数据，并放在一个相应的寄存器中。 • (1)CPU把一个地址值放在地址总线上，选择输出设备 (2)CPU (3)输出设备认为数据有效，从而把数据取走。 问题的关键在于：究竟什么时候数据才成为有效?
§8.2.3 单级中断
1.单级中断的概念
第八章 输入输出系统
根据计算机系统对中断处理的策略不同，可分为: 单级中断系统和多级中断系统。
允许中断触发器(EI)：可以用程序指令来置位。EI为“1”时，某设备可 以向CPU发出中断请求；EI为“0”时，不能向CPU发出中断请求，这意味 着某中断源的中断请求被禁止。设置EI标志的目的，就是通过软件来控
中断请求触发器(IR)：它暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。 当IR标志为“1” 中断屏蔽触发器(IM)：是CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM标志为 “0”时，CPU可以受理外界的中断请求，反之，IM标志为“1”时，CPU
第八章 输入输出系统
3、直接内存访问(DMA)方式
对于一些高速的外围设备，以及成组交换数据的情况， 仍然显得速度太慢。直接内存访问(DMA)方式是一种完全由 件执行I/O交换的工作方式。这种方式既考虑到中断响应， 同时又要节约中断开销。
优点是数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问 时间的限制。与中断方式相比，需要更多的硬件。DMA方式
基本上独立于主机工作，它的结构更接近一般处理机，甚至就 是微小型计算机。在一些系统中，设置了多台PPU，分别承担 I/O控制、通信、维护诊断等任务。从某种意义上说，这种系
第八章 输入输出系统
§8.2 程序中断方式
§8.2.1 中断的基本概念
• 中断源：引起中断的原因。 • 中断的特征：事件的随机性和程序切换。 • 中断处理过程：
下用软件完成的。 优点：是CPU的操作和外围设备的操作能够同步，而且硬件结构比较简 单。是一种简单经济的I/O方式。 缺点：信息交换速度慢，CPU效率低。常用来实现CPU与低速外设之间 的信息交换。因此当前除单片机外，很少使用程序查询方式。
第八章 输入输出系统
2、程序中断方式 “中断”是外围设备用来“主动”通知CPU，准备送出输入
更快的同步传送要采用直接内存访问(DMA)方式。
第八章 输入输出系统
§8.1.3 信息交换方式
在计算机系统中，CPU管理外围设备常用的方式有：
1、直接程序控制方式：CPU直接通过I/O指令对I/O接口进行操
作访问，主机与外设交换的每一过程均在程序中表现出来。 立即程序传送方式:
程序查询方式：是早期计算机中使用的一种方式。它是CPU主动控制
• CPU对外设的寻址方式： 存储器对应I/O方式 端口寻址方式（要求指令系统有专门的输入/输出指令）
第八章 输入输出系统
§8.1.2 外围设备的定时方式
外围设备种类繁多，从信息传输速率的角度来 讲，相差也很悬殊。如果把高速工作的主机同不同 速度工作的外围设备相连接，如何保证主机与外围 设备在时间上同步?这就是我们要讨论的外围设备的 定时问题。
程序中断方式的基本接口如下图所示：
第八章 输入输出系统
中断允许触发器
中 断
①
请
求 触
⑩
发
器
⑤
工作标志触发器 就绪标志触发器
②
④
⑥
中 断
⑨
③
屏 蔽
⑧
触
发
⑦
器
* 标号①～⑧表示由某一外设输入数据的控制过程
第八章 输入输出系统
准备就绪的标志(RD)：一旦设备做好一次数据的接收或发送，便发出一 个设备动作完毕信号 ，使RD标志置“1”。在中断方式中，该标志用作
第八章 输入输出系统
CPU与外围设备之间的定时，有以下三种情况: •
输入的数据一直有效或输出一定准备就绪。 •
由于这类设备的速度和CPU的速度并不在一个数量级， 或者由于设备本身是在不规则时间间隔下操作的，因此，CPU 与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。 •
由于这类外设是以相等的时间间隔操作的，而CPU也是 以等间隔的速率执行输入/输出指令的 ，因此这种方式叫做 同步定时方式。一旦CPU和外设发生同步，它们之间的数据交
第八章 输入输出系统
主要内容
8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式 8.2 程序中断方式 8.3 DMA 方式 8.4 通道方式 8.5 通用I/O标准接口
第八章 输入输出系统
§8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式
§8.1.1 外围设备的作用、编址方法
• 作用：是实现计算机和外围环境之间的联系。 输入设备：将外界信息转化成计算机能够接收和识 别的二进制形式送入计算机。 输出设备：将计算机处理的结果转化为人或其它设备 能够接收和识别的信息形式。
第八章 输入输出系统
4、通道方式 通道是一个具有特殊功能的处理器，某些应用中称为输入
输出处理器(IOP)，它可以实现对外围设备的统一管理和外围 设备与内存之间的数据传送。这种方式与DMA方式相仿，大大 提高了CPU的工作效率。然而这种提高CPU效率的办法是以花费
5 外围处理机(PPU)方式是通道方式的进一步发展。由于PPU
数据或接收输出数据的一种方法。 中断发生时，CPU暂停正在执行的现行程序，而转去
执行中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据。当 中断处理完毕后，CPU又返回到它原来的程序，并从它停 止的地方开始继续执行。
这种方式它节省了CPU宝贵的时间，是管理I/O操作的 一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服 务，并且一旦提出要求，应立即进行。同程序查询方式相
① 中断发生在什么时候？ ② 中断周期将完成哪些操作？ ③ 为什么要关中断？ ④ 中断周期和中断服务子
程序的执行特征？
第八章 输入输出系统
• 与子程序调用的区别：
第八章 输入输出系统
§8.2.2 程序中断方式的基本接口
外围设备是通过接口与主机wk.baidu.com连的。接口在 主机和外设之间起信息转换和缓冲的作用，有了 接口使主机能和众多的外设相连接。目前常用的 外围接口有： 串行接口Inter 8251A 、 并行接口Inter 8255A 、 中断接口Inter 8259A等。