計原及匯編7.ppt

1、第七章 輸入輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備,一、輸入輸出系統(tǒng)的基本功能 管理主機與外設(shè)以及外設(shè)與外設(shè)之間的信息交換， 由硬件和軟件共同完成此項任務(wù)。 二、輸入輸出系統(tǒng)的組成 1、軟件 如何將用戶編制的程序(或數(shù)據(jù))輸入至主機內(nèi)； 如何將計算結(jié)果輸出給用戶； 如何實現(xiàn)輸入/輸出系統(tǒng)與主機協(xié)調(diào)工作等。 2、硬件 計算機總線 輸入/輸出接口,第一節(jié) 輸入輸出系統(tǒng)概述,接口電路具有的功能,進行地址譯碼，以實現(xiàn)CPU與某一指定設(shè)備間的信息交換； 對傳送數(shù)據(jù)提供緩沖，以便快速的CPU與各種速度的外圍設(shè)備進行速度匹配； 信息交換，使CPU與外圍設(shè)備信息的格式、電平一致； 提供有關(guān)數(shù)據(jù)傳送的協(xié)調(diào)狀態(tài)，如設(shè)備準(zhǔn)備好、設(shè)備忙

2、等； 提供時序控制，以滿足各種外設(shè)在時序控制方面的要求等。,主機與外設(shè)間的接口信息,數(shù)據(jù)信息：這類信息可以是通過輸入設(shè)備送到計算機的輸入數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過計算機運算處理和加工后，送到輸出設(shè)備的結(jié)果數(shù)據(jù)。傳送可以是并行的，也可以是串行的。 控制信息：這是CPU對外設(shè)的控制信息或管理命令，如外設(shè)的啟動和停止控制、輸入或輸出操作的指定、工作方式的選擇、中斷功能的允許和禁止等。 狀態(tài)信息：這類信息用來標(biāo)志外設(shè)的工作狀態(tài)，比如，輸入設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志，輸出設(shè)備忙、閑標(biāo)志等。CPU在必要時可通過對它的查詢來決定下一步的操作。 聯(lián)絡(luò)信息：這是主機和外設(shè)間工作的時間配合信息，它與主機和外設(shè)間的信息交換方式密切

3、相關(guān)。外設(shè)識別信息：這是I/O尋址的信息，使CPU能從眾多的外設(shè)中尋找出與自己進行信息交換的惟一的設(shè)備。 外設(shè)識別信息：這是I/O尋址的信息，使CPU能從眾多的外設(shè)中尋找出與自己進行信息交換的惟一的設(shè)備。,三、輸入/輸出接口概述,接口的基本組成,輸入/輸出接口分類： 1、按數(shù)據(jù)傳送方式分：串行、并行 2、按CPU訪問外設(shè)的控制方式： 程序查詢、中斷、DMA、通道控制、I/O處理機 3、按是否需要統(tǒng)一的控制時鐘：同步、異步 4、按通用性：通用、專用,三、輸入/輸出接口概述,第二節(jié) 主機與外設(shè)間的連接方式,1、星型連接方式 各設(shè)備與主機的連接接口邏輯設(shè)計在主機內(nèi)。,2、總線型連接方式 主機通過一組

4、公共的系統(tǒng)總線與外設(shè)接口連接。 接口：標(biāo)準(zhǔn)接口邏輯：掛在總線上； 非標(biāo)準(zhǔn)接口邏輯：與各種不同設(shè)備相連。,3、通道方式 由通道來管理I/O操作。,4、輸入輸出處理機（IOP）方式 采用IOP管理I/O操作。,1、輸入輸出設(shè)備的編址 （1）獨立編址 （2）統(tǒng)一編址 2、 輸入輸出指令 （1）通常的輸入輸出指令 （2）通道指令 通道用于執(zhí)行I/O操作的指令,第三節(jié) 輸入輸出設(shè)備的編址與輸入輸出指令,第四節(jié) 主機與外設(shè)間信息傳輸?shù)目刂品绞?一、程序直接控制方式 1、立即程序傳送方式 基本思想 I/O接口：總是準(zhǔn)備好接收或發(fā)送的數(shù)據(jù) CPU：無須查詢接口狀態(tài) 優(yōu)缺點：簡單，實時，局限性 應(yīng)用：開關(guān)/LE

5、D顯示器等控制,2、程序查詢方式 基本思想 I/O接口：設(shè)置反映外設(shè)工作的狀態(tài)字 CPU：利用程序循環(huán)查詢 優(yōu)缺點：代價低，CPU利用率低 應(yīng)用：調(diào)試維護過程或其他簡單調(diào)用外設(shè)。,一、程序直接控制方式,二、程序中斷方式,基本思想 I/O接口：中斷請求 CPU：中斷響應(yīng)，執(zhí)行中斷處理程序，中斷恢復(fù) 優(yōu)缺點：提高CPU利用率， 復(fù)雜（和程序查詢方式比） 傳輸效率受限（和DMA方式比）,豐富的應(yīng)用： 中慢速外設(shè)，使CPU與I/O設(shè)備并行工作 處理突發(fā)故障 實時處理 系統(tǒng)調(diào)度：多道程序/頁面調(diào)度 人機對話 其它高級處理方式：多機通訊/DMA等,二、程序中斷方式,相關(guān)的概念 （1）中斷源 引起中斷的原因

6、，可以是外設(shè)、故障、人為等。 外部中斷（源）：來自CPU外部（外設(shè)等） 內(nèi)部中斷（源）：來自CPU內(nèi)部,二、 程序中斷方式,（2）中斷屏蔽問題 中斷屏蔽：忽略中斷請求，保證CPU在執(zhí)行 重要程序段時不被中斷。 根據(jù)中斷允許標(biāo)志位IF，外中斷分為兩類 可屏蔽中斷：不受IF控制 不可屏蔽中斷：受IF控制,二、 程序中斷方式,（3）中斷服務(wù)程序入口地址形成方式 向量中斷法 中斷向量：中斷處理程序的入口地址 中斷向量表：集中存放的中斷向量，一般放在特 定的位置?？梢酝ㄟ^中斷碼得到對 應(yīng)中斷處理程序的入口地址。,二、 程序中斷方式,8086/8088中斷向量與中斷向量表 偏移量 IP=（4N，4N+1）

7、 段基址CS=（4N+2，4N+3）,二、 程序中斷方式,（4）中斷嵌套問題 中斷優(yōu)先級：中斷請求的重要性 中斷嵌套：在低級中斷處理中響應(yīng)高級中斷請求,二、 程序中斷方式,兩級中斷嵌套示意,中斷的基本過程 （1）中斷請求 外設(shè)等中斷源向CPU發(fā)中斷請求（通過接口） （2）中斷判優(yōu) 當(dāng)多個中斷請求到達時，決定先響應(yīng)哪個請求？ （3）中斷響應(yīng) CPU發(fā)中斷響應(yīng)到外設(shè)等 （4）中斷處理 進入中斷服務(wù)程序，完成相關(guān)處理 （5）中斷返回 恢復(fù)斷點等,二、 程序中斷方式,三、直接存儲器存?。―MA）方式,基本思想： DMA控制器：DMA請求；可以擁有總線控制權(quán)； 數(shù)據(jù)傳輸控制。 CPU： DMA響應(yīng)；移交

8、總線控制權(quán)到DMA控制 器；結(jié)束處理。 優(yōu)缺點：代價高（和中斷方式比） （數(shù)據(jù)塊）傳輸效率高（和中斷方式比） 主要應(yīng)用：外存等高速外設(shè)，如磁盤接口、網(wǎng)絡(luò)通訊 接口、高速數(shù)據(jù)采集接口等。,DMA的基本過程 （1）初始化 （2） DMA請求 向CPU請求DMA操作 （3） DMA響應(yīng) CPU在總線周期結(jié)束后查詢DMA請求，DMA響應(yīng)后 CPU移交總線控制權(quán) （4） DMA傳送 由DMA控制器控制傳輸 （5） DMA結(jié)束 發(fā)DMA結(jié)束請求到CPU，CPU收回總線控制權(quán),三、直接存儲器存?。―MA）方式,四、通道控制方式,基本思想 通道：專用的I/O控制器；可以連接多個設(shè)備控 制器；執(zhí)行通道程序。 CPU：啟動通道 優(yōu)缺點：代價高（和中斷和DMA方式比） 傳輸功能強（和DMA方式比） 主要應(yīng)用：中大型計算機,通道的分類 （1） 選擇通道 每次只選擇一個設(shè)備集中傳送（高速） （2） 數(shù)組多路通道 以數(shù)組（數(shù)據(jù)塊）為單位交叉?zhèn)魉透髟O(shè)備數(shù)據(jù) （3）字節(jié)多路通道 以字節(jié)為單位交叉?zhèn)魉透髟O(shè)備數(shù)據(jù)（慢速）,四、通道控制方式,第五節(jié) 外圍