《输入输出系统 》ppt课件

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1、第10章输入、输出系统110.1输入输出系统概述I/O系统包括外部设备及其与主机之间的控制部件。后者称之为设备控制器，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。本章主要介绍设备控制器的工作原理及其与主机之间传送数据的协议，即系统总线。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、数据地址线、控制状态信号线CPU控制电路DRSRCRI/O设备地址数据IO/MRDWR数据状态控制310.1.1输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能为了便于CPU对I/O设备进行

2、寻址和选择，必须给众多的I/O设备进行编址，也就是说给每一台设备规定一些地址码，称之为设备号或端口地址。一般有两种编址方式：(1)I/O端口独立编址优：专门的I/O指令，与访存分开；指令执行快；不占内存地址空间。缺：需专用指令、寻址方式少(2)存储器、I/O接口统一编址优：访存指令可访问端口，这样寻址类型多，编程较方便。缺：占用存储器空间；速度慢。4设备控制器的基本功能：（1）实现主机和外围设备之间的数据传送控制。其中包括设备选择、中断控制等。（2）实现数据缓冲，以达到主机和外围设备之间速度的匹配。（3）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。510.1.2主机与外设间

3、数据传送控制方式(1)程序直接控制（programdirectcontrol）传递方式(2)程序中断传送（programinterrupttransfer）方式(3)直接存储器存取（directmemoryaccess）DMA方式(4)I/O通道控制（I/Ochannelcontrol）方式(5)外围处理机（peripheralprocessorunit）方式61、程序直接控制传送方式又叫查询方式。是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。通常的办法是在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。也就是说CPU要不断地查询外围设备的工作状态，一

4、旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进行数据的传送。71、程序直接控制传送方式该方法是主机与外设之间进行数据交换的最简单、最基本的控制方法。无条件传送只有在外设总处于准备好状态程序查询方式优点：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主机一个时间段只能与一个外设进行通讯CPU效率低。从I/O接口中读一个字到CPU从CPU向主存写入一个字CPU向I/O发读指令CPU读I/O状态检查状态完成否未准备就绪现行程序是出错已准备就绪否82、程序中断传送方式当外围设备完成数据传送的准备后，便主动向CPU发出“中断请求”信号。若CPU允许中断，则在一条指令执行完后，响应中断

5、请求，转去执行中断服务子程序，完成数据传送，通常传送一个字或一个字节。传送完后继续执行原程序。中断请求方式在一定程度上实现了CPU和外围设备的并行工作。若在某一时刻有几台设备发出中断请求，CPU可根据预先定好的优先级，去处理几台外设的数据传送。但是对于工作频率较高的外设，如磁盘，数据交换通常是成批的，若采用中断方式，则不合适。一般采用DMA方式。92、程序中断传送方式优点：避免频繁查询，适合随机出现的服务和中低速外设使用。缺点：成批数据交换时，中断影响传送效率，一次传送一个字符，中断处理时间大于传送数据时间。需要一定的硬件电路。103、直接存储器访问方式1.DMA方式的引入前两种方式以CPU

6、为中心，占用CPU时间。DMA方式以内存为中心。2.基本工作原理在外围设备和主存之间开辟直接的数据通路。在正常工作时，所有的工作周期均用于执行CPU的程序。当外围设备完成I/O的准备工作后，占用CPU的工作周期，和主存直接交换数据。完成后，CPU又继续控制总线，执行原程序。完成这项工作的是系统中增设的DMA控制器。11直接存储器访问方式DMA控制器在进行DMA传送之前，由CPU将每次传送的主存地址、数据的个数等参数传送给DMA控制器，然后具体的数据传送就由DMA控制器实现，无须CPU的参与。缺点:CPU需要在DMA传送的开始和结束时参与；每个需要进行DMA传送的外设都要对应一个DMA控制器，

7、且DMA控制器是由硬件实现的，不易修改。于是在大型计算机系统中通常设置专门的硬件装置—通道。12三种方式的CPU工作效率比较存取周期结束CPU执行现行程序CPU执行现行程序DMA请求启动I/OI/O准备I/O准备一个存取周期实现I/O与主存之间的传送CPU执行现行程序CPU查询等待并传输I/O数据CPU执行现行程序启动I/OI/O准备及传送指令执行周期结束CPU执行现行程序CPU执行现行程序启动I/O中断请求