《输入输出及中断》PPT课件.ppt

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1、第7章输入/输出和中断7.1外设接口的一般结构7.2CPU与外设交换数据的方式7.3中断1I/O接口：将外设连接到总线上的一组逻辑电路的总称。用以实现外设与主机之间的信息交换I/O端口：接口中的寄存器，可以由CPU读或写7.1外设接口的一般结构数据端口状态端口控制端口端口2一个简单的外设接口框图以数据形式通过数据总线传送，并在I/O接口中分别存放在不同的端口中。3CPU同外设间交换的信息由三类：1.数据信息三种类型数字量模拟量：开关量：二进制信息——数ASCII码表示的数或字符2.状态信息:表示外设当前所处的工作状

2、态。3.控制信息:由CPU发出的，用于控制I/O接口的工作方式以及外设的启动和停止等。模拟电压和电流，模拟量经A/D转换后输入计算机状态量4I/O端口的访问1、输入指令格式：IN累加器，端口功能：把端口中数据读到AL、或AX中。例：INAL，21HMOVDX，201HINAX，DX2、输出指令格式：OUT端口，累加器功能：把寄存器AL、或AX中数据输出到端口。例：OUT32H，ALMOVDX，201HINDX，AX57.2CPU与外设交换数据的方式7.2.1程序控制传递方式无条件传送查询式传送中断方式传送特点：（1

3、）以CPU为中心，控制来自CPU，通过预先编写好的I/O程序实现数据的传送。（2）速度较低，传送路径经过CPU内部寄存器同时数据I/O响应也比较慢。61.无条件传送方式（同步传送方式）特点：适用于总是处于准备好状态的外设。外设的工作时间已知，必须在CPU限定的指令时间内准备就绪，并完成数据的接收或发送。方法：把I/O指令插入到程序中，当程序执行到该指令时，外设已作好准备，于是在此指令时间内完成数据传送任务。优点：软件及接口硬件简单缺点：CPU效率低，只适用于简单外设，适应范围较窄72.查询传送方式（异步传送方式）当

4、CPU同外设不同步且不知道外设工作速率时，可采用此方式传送。传送前，CPU必须先对外设进行状态检测。适用场合：外设并不总是准备好对传送速率和效率要求不高对外设及接口的要求：外设应提供设备状态信息接口应具备状态端口8完成一次传送过程的步骤如下：(1) 通过执行一条输入指令，读取所选外设的当前状态(2)根据该设备的状态决定程序去向外设“忙”或“未准备就绪”—重复检测外设状态外设“空”或“准备就绪”—发出I/O指令，进行一次数据传送。9超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循

5、环复位计时器NY输入数据BUSY?NY输出数据10优点：软件比较简单缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢113．中断传送方式无条件传递和查询传送的缺点是：CPU和外设只能串行工作。为提高系统的工作效率，充分发挥CPU的高速运算能力，引入了“中断”系统，利用中断来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是中断传送方式。特点：外设在需要时向CPU提出请求，CPU再去为它服务。服务结束后或在外设不需要时，CPU可执行自己的程序。中断使CPU和外设以及外设之间能并行工作。12工作过程：在中断传送方式中，通常在程序中安

6、排好某一时刻启动某一台外设，然后CPU继续执行其主程序，当外设完成数据传送的准备后，向CPU发出中断请求信号，在CPU可以响应中断的条件下，现行主程序被“中断”，转去执行“中断服务程序”，在“中断服务程序”中完成一次CPU与外设之间的数据传送，传送完成后仍返回被中断的主程序，从断点处继续执行。优点：CPU效率高，实时性好，速度快缺点：程序编制较为复杂13以上三种I/O方式的共性均需CPU作为中介：软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的（PIO方式）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是

7、由CPU发出的缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/s）147.2.2DMA（直接存储器存取）传递方式外设和内存之间直接传送数据的方式，即DMA传送方式。在DMA传送方式中，对这一数据传送过程进行控制的硬件称为DMA控制器（DMAC）。特点：外设直接与存储器进行数据交换，不需要CPU干预也不需软件介入,数据传输速度快。总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。151.DMA操作的基本方法（1）周期挪用（CycleSteali

8、ng）（2）周期扩散（3）CPU停机方式最常用，最简单的传送方式161）周期挪用（CycleStealing）利用CPU不访问存储器的那些周期来实现DMA操作，此时DMAC可以使用总线而不用访问CPU也不会妨碍CPU的工作。如何识别合适的可挪用周期周期挪用并不减慢CPU的操作速度，但需要复杂的时序电路，而且数据传送过程是不连续的和