计原及汇编7(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 输入输出系统及外围设备,第七章 输入输出系统及外围设备,一、输入输出系统的基本功能,管理主机与外设以及外设与外设之间的信息交换，由硬件和软件共同完成此项任务。,二、输入输出系统的组成,1,、软件,如何将用户编制的程序,(,或数据,),输入至主机内；,如何将计算结果输出给用户；,如何实现输入,/,输出系统与主机协调工作等。,2,、硬件,计算机总线,输入,/,输出接口,第一节 输入输出系统概述,接口电路具有的功能,进行地址译码，,以实现,CPU,与某一指定设备间的信息交换；,对传送数据提供缓冲,，以便快速的,CPU,与各种速度的外围设备进行速度匹配；,信息交换，,使,CPU,与外围设备信息的格式、电平一致；,提供有关数据传送的协调状态,，如设备准备好、设备忙等；,提供时序控制,，以满足各种外设在时序控制方面的要求等。,主机与外设间的接口信息,数据信息：,这类信息可以是通过输入设备送到计算机的输入数据，也可以是经过计算机运算处理和加工后，送到输出设备的结果数据。传送可以是并行的，也可以是串行的。,控制信息：,这是,CPU,对外设的控制信息或管理命令，如外设的启动和停止控制、输入或输出操作的指定、工作方式的选择、中断功能的允许和禁止等。,状态信息：,这类信息用来标志外设的工作状态，比如，输入设备数据准备好标志，输出设备忙、闲标志等。,CPU,在必要时可通过对它的查询来决定下一步的操作。,联络信息：,这是主机和外设间工作的时间配合信息，它与主机和外设间的信息交换方式密切相关。外设识别信息：这是,I/O,寻址的信息，使,CPU,能从众多的外设中寻找出与自己进行信息交换的惟一的设备。,外设识别信息：,这是,I/O,寻址的信息，使,CPU,能从众多的外设中寻找出与自己进行信息交换的惟一的设备。,三、输入,/,输出接口概述,主机,设备译码及选择,数据缓冲寄存器,命令寄存器,状态寄存器,地址信息,数据信息,命令信息,状态信息,外设,数据端口,命令端口,状态端口,命令信息,状态信息,数据信息,接口,接口的基本组成,输入,/,输出接口分类：,1,、按数据传送方式分：串行、并行,2,、按,CPU,访问外设的控制方式：,程序查询、中断、,DMA,、通道控制、,I/O,处理机,3,、按是否需要统一的控制时钟：同步、异步,4,、按通用性：通用、专用,三、输入,/,输出接口概述,第二节 主机与外设间的连接方式,主机,I/O,I/O,I/O,1,、星型连接方式,各设备与主机的连接接口逻辑设计在主机内。,主机,I/O,I/O,2,、,总线型连接方式,主机通过一组公共的系统总线与外设接口连接。,接口：标准接口逻辑：挂在总线上；,非标准接口逻辑：与各种不同设备相连。,3,、通道方式,由通道来管理,I/O,操作。,主机,通道,通道,I/O,I/O,I/O,I/O,4,、输入输出处理机（,IOP,）,方式,采用,IOP,管理,I/O,操作。,1,、输入输出设备的编址,（,1,）独立编址,（,2,）统一编址,2,、输入输出指令,（,1,）通常的输入输出指令,（,2,）通道指令,通道用于执行,I/O,操作的指令,第三节 输入输出设备的编址与输入输出指令,操作码,命令码,设备码,第四节 主机与外设间信息传输的控制方式,一、程序直接控制方式,1,、立即程序传送方式,基本思想,I/O,接口：总是准备好接收或发送的数据,CPU,：,无须查询接口状态,优缺点：简单，实时，局限性,应用：开关,/LED,显示器等控制,2,、程序查询方式,基本思想,I/O,接口：设置反映外设工作的状态字,CPU,：,利用程序循环查询,优缺点：代价低，,CPU,利用率低,应用：调试维护过程或其他简单调用外设。,一、程序直接控制方式,预置传送参数,启动外设,查询外设状态,外设准备就绪？,一次数据传送,修改传送参数,传送结束？,结束,开始,是,否,是,否,二、程序中断方式,基本思想,I/O,接口：中断请求,CPU,：,中断响应，执行中断处理程序，中断恢复,优缺点：提高,CPU,利用率，,复杂（和程序查询方式比）,传输效率受限（和,DMA,方式比）,开中断,启动外设,CPU,继续执行指令,指令结束？,CPU,中断响应,中断服务程序,是,否,外设工作,外设准备就绪,发出中断请求,中断请求？,否,是,取下一条指令,关中断，保护现场,恢复现场，开中断,中断返回,CPU,中断判优,丰富的应用：,中慢速外设，使,CPU,与,I/O,设备并行工作,处理突发故障,实时处理,系统调度：多道程序,/,页面调度,人机对话,其它高级处理方式：多机通讯,/DMA,等,二、程序中断方式,相关的概念,（,1,）中断源,引起中断的原因，可以是外设、故障、人为等。,外部中断（源）：来自,CPU,外部（外设等）,内部中断（源）：来自,CPU,内部,二、程序中断方式,（,2,）中断屏蔽问题,中断屏蔽：忽略中断请求，保证,CPU,在执行 重要程序段时不被中断。,根据中断允许标志位,IF,，外中断分为两类,可屏蔽中断：不受,IF,控制,不可屏蔽中断：受,IF,控制,二、程序中断方式,（,3,）中断服务程序入口地址形成方式,向量中断法,中断向量：中断处理程序的入口地址,中断向量表：集中存放的中断向量，一般放在特 定的位置。可以通过中断码得到对 应中断处理程序的入口地址。,二、程序中断方式,8086/8088,中断向量与中断向量表,偏移量,IP=,（,4N,，,4N+1,）,段基址,CS=,（,4N+2,，,4N+3,）,8086,中断向量表结构,CS,I P,CS,I P,CS,I P,000H,004H,3FCH,类型,0,类型,1,类型,255,8086,中断类型码分配表,用户自定义,32255,系统扩展保留,531,溢出中断,INT0,4,断点中断,INT3,3,不可屏蔽中断,NMI,2,单步中断,1,除法出错,0,中断源,中断类型码,二、程序中断方式,（,4,）中断嵌套问题,中断优先级：中断请求的重要性,中断嵌套：在低级中断处理中响应高级中断请求,二、程序中断方式,两级中断嵌套示意,中断的基本过程,（,1,）中断请求,外设等中断源向,CPU,发中断请求（通过接口）,（,2,）中断判优,当多个中断请求到达时，决定先响应哪个请求？,（,3,）中断响应,CPU,发中断响应到外设等,（,4,）中断处理,进入中断服务程序，完成相关处理,（,5,）中断返回,恢复断点等,二、程序中断方式,三、直接存储器存取（,DMA,）方式,基本思想：,DMA,控制器：,DMA,请求；可以拥有总线控制权；数据传输控制。,CPU,：,DMA,响应；移交总线控制权到,DMA,控制 器；结束处理。,优缺点：代价高,（和中断方式比）,（数据块）传输效率高,（和中断方式比）,主要应用：外存等高速外设，如磁盘接口、网络通讯 接口、高速数据采集接口等。,DMA,初始化,外设准备就绪？,DMA,请求,DMA,响应,字数计数器,=0,？,是,否,是,否,一次数据传送,字数计数器,-1,DMA,结束,向,CPU,申请中断,DMA,的基本过程,（,1,）初始化,（,2,）,DMA,请求,向,CPU,请求,DMA,操作,（,3,）,DMA,响应,CPU,在总线周期结束后查询,DMA,请求，,DMA,响应后,CPU,移交总线控制权,（,4,）,DMA,传送,由,DMA,控制器控制传输,（,5,）,DMA,结束,发,DMA,结束请求到,CPU,，,CPU,收回总线控制权,三、直接存储器存取（,DMA,）方式,四、通道控制方式,基本思想,通道：专用的,I/O,控制器；可以连接多个设备控 制器；执行通道程序。,CPU,：启动通道,优缺点：代价高（和中断和,DMA,方式比）,传输功能强（和,DMA,方式比）,主要应用：中大型计算机,通道的分类,（,1,）选择通道,每次只选择一个设备集中传送（高速）,（,2,）数组多路通道,以数组（数据块）为单位交叉传送各设备数据,（,3,）字节多路通道,以字节为单位交叉传送各设备数据（慢速）,四、通道控制方式,第五节 外围设备概述,外围设备,输入设备,输出设备,外存设备,终端设备,过程控制设备,键盘、,鼠标等,条形码、磁卡、,IC,卡阅读器,显示输出设备,打印输出设备,通用终端设备,专用终端设备,模,/,数转换设备,数,/,模转换设备等,CRT,显示器,液晶显示器,针式打印机,激光打印机,喷墨打印机,