组成原理8版张基温第8版教学全套课件 第4章 输入输出控制.ppt

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1、第4章输入输出控制设备接口输入输出中的数据传送控制4.1I/O接口1．I/O设备与主机速度不一致一般说来，I/O设备的工作速度要比计算机主机的工作速度慢许多。这样两种设备是无法直接连接的。2.CPU对于I/O设备的识别CPU要对I/O设备发出控制命令，并与之交换数据，首先要对具体的I/O设备进行识别。如前所述，CPU对于存储单元的识别是靠地址，显然CPU对于I/O设备的识别也应靠地址。那么，I/O设备地址与存储器地址有什么关系呢？4.1.1影响I/O设备与主机连接方式的主要因素3.CPU对I/O设备控制方式的影响CPU对I/O设备的控制有如下几种方式。（1）程序直接传

2、送模式：CPU执行的程序中，有输入输出操作时，才启动相应的设备工作。（2）程序查询控制模式：CPU定时地启动一个查询程序，看哪个设备有I/O需求。（3）程序中断控制模式：I/O设备需要传送数据时，向CPU发出请求；CPU暂停正在执行的程序，进行I/O处理，处理之后再接着执行先前的程序。（4）直接存储器访问（DMA）模式：DMA是一个简单的I/O处理器，用来控制输入输出过程。这样，就把CPU从直接管理输入输出中解放了出来，只是当I/O设备需要进行数据传输时，CPU暂停访问主存一个或几个周期，由DMA利用这段极短时间控制主存与外设之间的数据交换。（5）通道控制模式：使用专

3、门的处理器进行I/O管理，将CPU对I/O过程完全解放出来。采用不同的控制方式，CPU与I/O设备有不同的连接方式。4.其他因素（1）数据传送形式的影响·并行传送：多位数据同时传送；·串行传送：数据要一位一位地传送。（2）数据通信同步方式的影响·同步通信：发送端与接收端之间有统一的时钟；·异步通信：发送端与接收端之间无统一的时钟，采用应答方式。（3）传送信息种类的影响·设备地址信息；·数据；·设备状态信息；·控制信息。4.1.2I/O接口的功能与类型1.I/O接口的功能不同外围设备的接口有所不同，但都可以实现如下功能。（1）设备选择。即通过地址译码选择要操作的设备。只

4、有被选中的设备才可以与计算机进行数据交换或通信。（2）数据缓冲与锁存，以实现外部设备与计算机之间的速度匹配。（3）数据格式转换。如串-并变换、数据宽度变换等。（4）信号特性匹配。当计算机的信号电平与外部设备的信号电平不同时，实现匹配变换。（5）接收CPU的控制命令，监视外设的工作状态。4.1.3I/O接口的一般结构1.设备端与设备连接设备端与设备连接，用于进行下列的信息交换。（1）接收设备的状态信号，如是否准备好，还是在忙等。（2）向设备发送控制信号。（3）与设备进行数据交换。2.系统端与计算机连接系统端与计算机连接，用于进行下列的信息交换。（1）接收计算机地址总线送

5、来的地址信息，进行地址译码，选择端口号。（2）向计算机发送请求或应答信号。（3）接收计算机控制总线送来的控制信号。（4）与计算机之间进行数据交换。计算机系统端设备端系统总线设备驱动电路设备I/O接口地址请求、应答控制数据状态控制数据系统总线地址总线数据读/写命令状态寄存器控制寄存器输入数据寄存器地址缓冲输出数据寄存器地址译码控制逻辑数据缓冲数据驱动数据控制状态数据状态中断请求应答信号读/写指令设备驱动电路4.1.4缓冲1.缓冲区的作用1）高低速设备之间的速度匹配2）中转2.缓冲区的实现按照组织方式缓冲技术可以分为单缓冲、双缓冲、多缓冲和缓冲池等形式。（1）单缓冲：在设

6、备与CPU之间设置一个缓冲区。显然单缓冲区难以解决两台设备之间的并行操作。（2）双缓冲：在设备与CPU之间设置两个缓冲区，这样可以解决两台设备之间的并行操作问题。（3）多缓冲：把多个缓冲区连接起来组成两个部分：分别用于输入、输出。（4）缓冲池：把多个缓冲区连接起来统一管理，既可用于输入，又可用于输出。3.缓冲区结构及其特点利用缓冲首部的队列连接指针，可以将缓冲池中的缓冲区组织成3种队列：（1））空闲缓冲队列：未使用的缓冲区队列。（2））输入缓冲队列：装满输入数据的缓冲区组成的队列。（3））输出缓冲队列：装满输出数据的缓冲区组成的队列。设备号数据块号缓冲器号互斥标识位队

7、列连接指针4．缓冲池算法（1）当设备有输入数据时，先从空闲队列中（队首）申请一个缓冲区——称为收容输入缓冲区，将输入数据写入收容输入缓冲区中；写满后，按一定规则（如FIFO）插入到输入缓冲队列中。（2）当CPU（系统）要提取数据时，将从输入缓冲队列中（队首）申请一个缓冲区——称为提取输入缓冲区，从中读取数据；提取结束后，将该缓冲区插入到空闲队列。（3）当CPU要输出数据时，先从空闲队列中（队首）申请一个缓冲区——称为收容输出缓冲区，将输出数据写入收容输出缓冲区中；写满后，按一定规则（如FIFO）插入到输出缓冲队列中。（4）当设备要提取数据时，将从输出