输入输出功能计算机重要组成部分,人—机交互功能.ppt

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1、输入输出功能是计算机的重要组成部分，是人—机交互功能的主要承担者。在早期的计算机系统中，通常把输入输出设备或功能作为次要的部分，而把CPU作为主要研究对象。但现在随着输入输出设备的日益丰富、功能要求越来越复杂，输入输出部分在整个计算机系统中的地位也得到了进一步提高。第八章输入输出程序设计7/28/20211输入输出设备是计算机系统的重要的组成部分，没有输入输出设备，计算机就得不到要解决问题的初始信息，处理的结果信息也不可能被送出，这样的计算机不能完成任何工作。计算机系统是通过硬件接口（或控制器）以及输出输出程序对外部设备实现处理和控制的。而汇编语言能直接控制硬件，因此

2、就成为编写输入输出程序的最有效的语言。7/28/202128.1I/O设备的数据传送方式每种输入输出设备都是通过硬件接口或控制器与CPU相连接，这些接口都能支持输入输出指令IN,OUT与外部设备交换信息，这些信息包括控制、状态和数据三种不同性质的信息。存储器I/O接口输入设备I/O接口数据总线DB控制总线CB地址总线AB输出设备CPU8.1.1CPU与外设7/28/20213控制信息：是由CPU发送给外部设备的，命令其处于某种方式或执行某种操作。状态信息：从接口输入的状态信息表示I/O设备当前的状态。数据信息：则是I/O设备和CPU真正要交换的信息。数据信息可分为三种

3、类型：数字量、模拟量和开关量。这些信息可以是并行的，也可以是串行的。CPU与外设之间的数据传送方式有：程序直接控制I/O方式、中断方式和DMA方式。由于DMA方式是由DMA控制器实现其传送功能的，所以在这里只做简单介绍。主要讲解前两种方式。7/28/202148.1.2直接存储器存取方式（DMA）方式当外设的速度相对很高，且一次传送的数据量很大时，中断方式的效率就很低。例如，对磁盘的读写操作，一般的文件都有几十K，几百K，甚至几兆，通过DMA方式利用专门的接口控制电路，在存储器与高速的外设之间进行大量的数据交换，而不需要CPU的参与。DMA控制器－DMAC，除了具有一

4、般接口的特点外，CPU可以通过对DMAC相应端口的读/写操作来控制DMA的工作方式；DMAC在得到总线控制权后，能够像CPU一样提供相应的控制信号来控制系统总线，从而实现外设与内存之间高速大量的数据传输。一般接口电路不具备控制总线的能力。7/28/20215存储器外部设备CPUDMA请求DMA响应HOLDHLDADMA控制器7/28/202168.2程序直接控制I/O方式关于I/O“接口”与“端口”I/O接口与CPU之间传送的信息有数据、状态和控制信号等3大类。每个接口内部都包含有一定数量的寄存器（一般包括数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器），用来存放三种不同信息。为

5、了区分不同的寄存器（REG），需要给每个REG分配一个地址号，这就类似于给内存单元编址一样。I/O接口内部可寻址的REG又称为端口。按接受和传送的信息有分为数据端口（双向，输入缓冲，输出锁存），状态端口（一般只读），控制端口（一般只写）。CPU对外设工作方式的控制和信息的交换最终都归结为CPU通过IN/OUT指令对各个可寻址端口的读写操作。8.2.1I/O接口基本结构及编址方式7/28/20217（1）统一编址：存储器（内存）与I/O端口的编址占用同一个地址空间。特点是所有对内存操作的指令对I/O端口同样有效，指令丰富，但会损失一部分的内存空间。（2）独立编址：内存与

6、I/O端口对应不同的地址空间。对I/O端口有专门的指令。缺点是对I/O端口操作的指令不及统一编址时丰富（例如，8086/8088中对I/O端口就只有最基本的输入输出指令），但能最大程度地满足存储空间的寻址范围。I/O接口编址方式7/28/20218图7/28/20219I/O端口地址I/O端口是CPU与输入输出设备的交换数据的场所，通过I/O端口，处理机可以接受从输入设备输入的信息；也可向输出设备发送信息。在计算机系统中，为了区分各类不同的I/O端口，就用不同的数字给它们进行编号，这种对I/O端口的编号就称为I/O端口地址。按照每次可交换一个字节数据的端口称为字节端口

7、，每次可交换一个字数据的端口称为字端口。在Intel公司的CPU家族中，I/O端口的地址空间可达64K，即可有65536个字节端口，或32768个字端口。这些地址不是内存单元地址的一部分，不能普通的访问内存指令来读取其信息，而要用专门的I/O指令才能访问它们。虽然CPU提供了很大的I/O地址空间，但目前大多数微机所用的端口地址都在0~3FFH范围之内，其所用的I/O地址空间只占整个I/O地址空间的很小部分。表8.1列举了几个重要的I/O端口地址。7/28/2021107/28/202111计算机在启动时，BIOS程序(BasicInput/Outpu