数据输入输出方式课件.ppt

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1、第五章数据输入/输出方式概述引言：计算机与外设交换信息必须通过输入输出接口电路进行，外设的种类比较繁多（如键盘、打印机、显示器、声音输入输出、鼠标等），而且它们都有各自不同的构成和工作原理，因此，外设设备与CPU相连时，必然会带来一些问题，归纳起来：1.速度匹配问题（I/O设备比CPU速度慢许多，各自间的速度相差很大，硬盘的速度比打印机快）；2.时序配合问题（都有自己特定的时序和速度，无法与CPU时序取得统一）；3.信息格式上的一致性问题（不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，传输方式有和并行、数据编码有二进制、ASCII码和B

2、CD码等）4.信息类型与信号电平的匹配问题。不同的I/O设备采用的信号类型不同，有数字信号、有些是模拟信号、有些信号电平为TTL电平等。为了解决这些问题，引入I/O接口的概念，外设通过I/O接口和系统总线相连。5.1I/O接口一、I/O接口的概念与功能1.I/O接口的概念所谓I/O接口：是指CPU和存储器、外设或者两种设备之间，或者机器之间通过系统总线进行连接的逻辑部件（或电路），它是CPU与外界进行信息交换的中转站。如图：5.1I/O接口CPU内存电源内存接口输入接口输出接口外存接口智能仪器接口通信接口过程控制接口键盘鼠标声音输入

3、视频输入打印机显示器声音输出视频输出磁盘机磁带机光盘机各种数字化仪器终端modern电传机DACADC开关量输入开关量输出5.1I/O接口2.接口的功能由于I/O接口位于总线和外设之间，不同的外设，I/O接口的功能不同，有的解决数据缓冲器问题，有的解决数据格式转换问题等产生不同的功能如下：1>数据缓冲功能。2>信号转换功能。3>对外设的控制和检测功能（接口等CPU信号来管理CPU；CPU以外设的应答信号为基准，以握手联络信号来保证主机和外设输入输出操作的同步）。4>设备选择功能（同一时间CPU只能和一个设备交换信息）5.1I/O接口

4、5>中断和DMA管理的功能。6>可编程功能。现在大部分接口都是可编程的，在不改变硬件条件下，只需修正程序，就可以改变工作方式，增加灵活性和扩充性。二、CPU和I/O接口之间传送的信息类型CPU与I/O接口之间通常传送的信息大致为三类：数据信息、控制信息、状态信息1.数据信息：CPU与外设交换的基本信息就是数据，也有3种类型。1>数字量：可以是二进制形式的数据，或是以ASCII码表示的数据及字符，通常以字节为单位。2>模拟量：是时间上连续变化的量，如温度、压强等。3>开关量：只有两个状态开和关，或者闭合和断开。只需一位二进制数来表示，

5、“0”或“1”。5.1I/O接口2.状态信息：是外设向CPU提供外设当前工作状态的信息，CPU接到这些信息后，就可以了解外设的情况，并准确进行有效数据的传送。如READY、BUSY、empty等。3.控制信息：CPU向外设发出的控制命令信息，以便控制外设工作，主要用于I/O设备的工作方式，如启动start等。CPU数据缓冲器数据端口I/O设备读写控制逻辑控制端口状态端口DB译码5.1I/O接口4.三种信息的存放位置：数据信息：存放在I/O接口中的I/O数据缓冲器中（数据端口）。控制信息：存放在控制寄存器中（即控制端口），是一种CPU

6、发出的输出数据。状态信息：存放于状态寄存器中（即状态端口）中，是一种由外设发出的输入信息。5.CPU使用指令通过接口和外设交换数据信息，因此状态信息和控制信息也是一种数据，均通过数据总线传送。三、I/O端口的编址P1371.统一编址2.独立编址四、I/O接口的分类P137---1385.2输入输出控制方式即CPU与外设之间数据传送的方式，I/O接口与CPU之间的信息传送（I/OCPU）称为信息交换，但这些信息交换都必须在控制的方式下才能完成，I/O接口的传送方式有三种：程序控制传送方式、中断传送方式和DMA传送方式。一、程序传送方式

7、1.实现依靠：完全依靠执行程序来控制实现主机与外设之间的数据交换，即以CPU为中心，且由CPU控制，通过预先编制好的的输入输出程序实现数据传送。2.特点：1>以指令实现数据的传送。如：MOVAX/内存单元OUT端口，AX/AL5.2输入输出控制方式2>外设的状态信息用IN指令通过状态端口输入，然后测试外设的状态(BUSY或EMPTY),主机用OUT指令向外设通过状态端口提供状态信息，达到联络的目的。3>这种输入输出的方式简单，实现容易。3.缺点：i>为了测试和等待外设做好传输数据的准备，需花费大量的时间，这段时间里程序不能完成其他任

8、务，使得系统的时间利用率大大降低。ii>CPU在一段时间里只能和一个外设之间传送数据，其他设备则等待。iii>不能发现和处理预先无法估计的错误和异常现象。iv>只适合于cpu数据处理任务不繁忙时且外设数目较少时的情况。5.2输入输出控