計算機組成原理-第10章

1、本章導讀本章導讀 輸入輸入/輸出系統(tǒng)是計算機重要的組成部分輸出系統(tǒng)是計算機重要的組成部分之一，其主要功能是完成程序和數據的輸之一，其主要功能是完成程序和數據的輸入及機器運行結果的輸出。本章首先介紹入及機器運行結果的輸出。本章首先介紹輸入輸出系統(tǒng)的基本概念，主要內容包括輸入輸出系統(tǒng)的基本概念，主要內容包括輸入輸出系統(tǒng)發(fā)展的概況和輸入輸出系統(tǒng)發(fā)展的概況和I/O系統(tǒng)的組系統(tǒng)的組成，成，I/O與主機間信息傳送的基本方式。與主機間信息傳送的基本方式。 本章導讀本章導讀 然后對計算機常用的輸入然后對計算機常用的輸入/輸出設備進行輸出設備進行了簡單介紹。接著對了簡單介紹。接著對I/O接口的功能與接口的功能與

2、結構，接口類型，結構，接口類型，I/O端口及其編址方端口及其編址方式進行介紹，進一步詳細討論計算機輸式進行介紹，進一步詳細討論計算機輸入輸出的控制方式，包括程序查詢方式、入輸出的控制方式，包括程序查詢方式、程序中斷方式、程序中斷方式、DMA方式、通道方式等。方式、通道方式等。最后簡單介紹常用的一些外設接口標準。最后簡單介紹常用的一些外設接口標準。 本章要點本章要點 I/O系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)基本概念 常用輸入常用輸入/輸出外部設備輸出外部設備 I/O接口的功能和基本結構接口的功能和基本結構 I/O端口及其編址端口及其編址 程序查詢程序查詢I/O方式方式 程序中斷程序中斷I/O方式方式 DMA方式與

3、通道方式方式與通道方式10.1 輸入輸出系統(tǒng)基本概念輸入輸出系統(tǒng)基本概念10.1.1 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況10.1.2 輸入輸出系統(tǒng)的組成輸入輸出系統(tǒng)的組成10.1.3 I/O設備與主機的聯(lián)系方式設備與主機的聯(lián)系方式10.1.4 I/O與主機信息傳送的控制方式與主機信息傳送的控制方式10.1.1 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況 計算機系統(tǒng)的輸入輸出子系統(tǒng)是計算機計算機系統(tǒng)的輸入輸出子系統(tǒng)是計算機對外部世界的接口。它提供了控制計算對外部世界的接口。它提供了控制計算機與外部交互的系統(tǒng)化方式，并向操作機與外部交互的系統(tǒng)化方式，并向操作系統(tǒng)提供必要的信息以使其能夠

4、有效地系統(tǒng)提供必要的信息以使其能夠有效地管理輸入輸出操作。管理輸入輸出操作。 輸入輸入/輸出系統(tǒng)的發(fā)展大致經歷了以下輸出系統(tǒng)的發(fā)展大致經歷了以下幾個階段：幾個階段：、直接相連階段、直接相連階段 在計算機發(fā)展的早期，使用的在計算機發(fā)展的早期，使用的I/O設備比設備比較少，它們與主機交換信息時都直接通過較少，它們與主機交換信息時都直接通過CPU進行。如圖進行。如圖10-1所示。所示。圖圖10-1 I/O直接與直接與CPU相連相連 在這一時期，在這一時期，I/O設備具有以下特點：首設備具有以下特點：首先，每個先，每個I/O設備都必須配有一套獨立的設備都必須配有一套獨立的邏輯電路與邏輯電路與CPU相連

5、，用來實現(xiàn)信息的交相連，用來實現(xiàn)信息的交換。第二，輸入輸出過程是穿插在換。第二，輸入輸出過程是穿插在CPU執(zhí)執(zhí)行程序之中進行的。第三，每個行程序之中進行的。第三，每個I/O設備設備的邏輯控制電路與的邏輯控制電路與CPU的控制器構成一個的控制器構成一個不可分割的整體，彼此倚賴，因此欲增添不可分割的整體，彼此倚賴，因此欲增添或刪減、更換或刪減、更換I/O設備比較困難。設備比較困難。 、接口模塊階段、接口模塊階段 這一階段的這一階段的I/O設備通過接口模塊與主設備通過接口模塊與主機連接，常在中間使用總線結構。如圖機連接，常在中間使用總線結構。如圖10-2所示。所示。圖圖10-2 I/O通過接口與主機

6、相連通過接口與主機相連 通常在接口中設有數據通路和控制通路，通常在接口中設有數據通路和控制通路，數據通路完成數據格式的轉換及緩沖，數據通路完成數據格式的轉換及緩沖，控制通路用以傳送控制通路用以傳送CPU對對I/O設備發(fā)出設備發(fā)出的各種控制命令或送給的各種控制命令或送給CPU各種各種I/O設設備的反饋信息。由于中間有控制通路，備的反饋信息。由于中間有控制通路，CPU和和I/O設備間能采用中斷或設備間能采用中斷或DMA方方式作到一定程度的并行工作，提高了系式作到一定程度的并行工作，提高了系統(tǒng)的工作效率。統(tǒng)的工作效率。、通道及、通道及I/O處理機階段處理機階段 通道是用來負責管理通道是用來負責管理I

7、/O設備及實現(xiàn)主設備及實現(xiàn)主存與存與I/O設備間交換信息的部件，它可設備間交換信息的部件，它可視為一種具有特殊功能的處理器。視為一種具有特殊功能的處理器。I/O處理機更接近一般處理機，但是它主要處理機更接近一般處理機，但是它主要用來完成用來完成I/O控制，具有比通道更強的控制，具有比通道更強的功能，基本獨立于主機工作。功能，基本獨立于主機工作。 在這一階段，在這一階段，CPU可基本不直接參與輸可基本不直接參與輸入輸出的管理，具有更高的資源利用率。入輸出的管理，具有更高的資源利用率。10.1.2 輸入輸出系統(tǒng)的組成輸入輸出系統(tǒng)的組成 輸入輸出系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)的子系統(tǒng)，輸入輸出系統(tǒng)作為計算機系統(tǒng)

8、的子系統(tǒng)，也有硬件和軟件兩部分組成。也有硬件和軟件兩部分組成。 I/O系統(tǒng)的硬件比較多樣化，在帶接口的系統(tǒng)的硬件比較多樣化，在帶接口的I/O系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，I/O硬件包括硬件包括I/O設備和與設備和與CPU相連接的接口模塊兩部分。相連接的接口模塊兩部分。 其中接口模塊電路實際包含許多數據傳其中接口模塊電路實際包含許多數據傳輸線、數據緩沖器和寄存器，同時還有輸線、數據緩沖器和寄存器，同時還有控制信號通路和相應的邏輯電路。而在控制信號通路和相應的邏輯電路。而在通道方式的通道方式的I/O系統(tǒng)中，每個通道可以系統(tǒng)中，每個通道可以與多個設備控制器相連，而且一個設備與多個設備控制器相連，而且一個設備控制器

9、還可以連接多臺同一類型的設備。控制器還可以連接多臺同一類型的設備。 I/O系統(tǒng)的軟件在不同結構的系統(tǒng)中也系統(tǒng)的軟件在不同結構的系統(tǒng)中也是不一樣的。如果采用的是接口模塊方是不一樣的。如果采用的是接口模塊方式，應用機器指令系統(tǒng)中的式，應用機器指令系統(tǒng)中的I/O指令和指令和系統(tǒng)軟件中的管理程序就可以使系統(tǒng)軟件中的管理程序就可以使I/O與與主機協(xié)調工作。如果采用的是通道管理主機協(xié)調工作。如果采用的是通道管理方式，除了方式，除了I/O指令之外，還必須要有指令之外，還必須要有通道指令和相應的操作系統(tǒng)。通道指令和相應的操作系統(tǒng)。 雖然軟件的差異較大，但它們在系統(tǒng)中完雖然軟件的差異較大，但它們在系統(tǒng)中完成的任

10、務是一致的。它們的任務主要是：成的任務是一致的。它們的任務主要是：、將用戶的程序或數據輸入到計算機主機、將用戶的程序或數據輸入到計算機主機內。內。、將運算結果輸出給用戶。、將運算結果輸出給用戶。、協(xié)調、協(xié)調I/O系統(tǒng)與主機的工作。系統(tǒng)與主機的工作。10.1.3 I/O設備與主機的聯(lián)系方式設備與主機的聯(lián)系方式 I/O設備與主機的聯(lián)系方式包括很多方面。設備與主機的聯(lián)系方式包括很多方面。、I/O編址方式編址方式 為了便于為了便于CPU對對I/O設備進行尋址和選擇，設備進行尋址和選擇，必須給眾多的必須給眾多的I/O設備進行編址，也就是設備進行編址，也就是給每一臺設備規(guī)定一些地址碼，稱為設備給每一臺設備

11、規(guī)定一些地址碼，稱為設備號或設備代碼。號或設備代碼。 隨著隨著CPU對對I/O設備下達命令方式的不設備下達命令方式的不同而有兩種尋址方法。一種是統(tǒng)一編址同而有兩種尋址方法。一種是統(tǒng)一編址（或叫存儲器映像尋址方式）。另一種（或叫存儲器映像尋址方式）。另一種是不統(tǒng)一編址（或叫是不統(tǒng)一編址（或叫I/O單獨編址方單獨編址方式）。式）。、傳送方式、傳送方式 在同一時間，有在同一時間，有n位信息通過位信息通過n根連線在根連線在CPU和和I/O設備間進行傳送的方式叫做設備間進行傳送的方式叫做并行傳送。并行傳送。 若在某一時間只通過一根線傳送一位信若在某一時間只通過一根線傳送一位信息，要傳送多位信息時需在時間

12、上分開息，要傳送多位信息時需在時間上分開逐位進行，這種方式叫做串行傳送。逐位進行，這種方式叫做串行傳送。、定時方式、定時方式 輸入輸出設備本身在速度上有很大差異，輸入輸出設備本身在速度上有很大差異，而它們與主機在速度上的差異更大。因此，而它們與主機在速度上的差異更大。因此，要考慮主機與外設在時間上的同步。這種要考慮主機與外設在時間上的同步。這種同步的定時有三種情況。同步的定時有三種情況。 第一，速度極慢的第一，速度極慢的I/O設備。如機械開關、設備。如機械開關、顯示二極管等，中央處理器總是能夠快捷顯示二極管等，中央處理器總是能夠快捷地應對它們的動作的響應，而由于它們的地應對它們的動作的響應，而

13、由于它們的動作是這樣的慢，中央處理器可以認為它動作是這樣的慢，中央處理器可以認為它們在它的一個工作周期內的數據傳送是有們在它的一個工作周期內的數據傳送是有效的。因此，中央處理器可以隨時接收或效的。因此，中央處理器可以隨時接收或發(fā)送數據。發(fā)送數據。 第二，慢速或中速的第二，慢速或中速的I/O設備。由于這設備。由于這些設備的速度特性，因此中央處理器與些設備的速度特性，因此中央處理器與這類設備之間的數據交換通常是以異步這類設備之間的數據交換通常是以異步方式進行的。方式進行的。 如果中央處理器要從某個輸入設備接收如果中央處理器要從某個輸入設備接收一個字，則它首先要詢問外設的當前狀一個字，則它首先要詢問

14、外設的當前狀態(tài)。如果該外設的狀態(tài)標志表明它已態(tài)。如果該外設的狀態(tài)標志表明它已“準備就緒準備就緒”，那么中央處理器就可以，那么中央處理器就可以通過總線從該設備接收數據。而后，如通過總線從該設備接收數據。而后，如果中央處理器還需要數據，則還須查詢果中央處理器還需要數據，則還須查詢外設的狀態(tài)，總要等外設的狀態(tài)，總要等“就緒就緒”后才能實后才能實現(xiàn)接收?，F(xiàn)接收。 中央處理器發(fā)送數據的情況和上述情況中央處理器發(fā)送數據的情況和上述情況類似。類似。 第三，高速的第三，高速的I/O設備。這類設備與設備。這類設備與CPU間可采用同步工作方式，即以相同的時間可采用同步工作方式，即以相同的時間間隔來執(zhí)行操作。間間隔

15、來執(zhí)行操作。 當兩種設備涉及到這樣的數據傳輸過程當兩種設備涉及到這樣的數據傳輸過程時，很自然地出現(xiàn)對于緩沖區(qū)的需要。時，很自然地出現(xiàn)對于緩沖區(qū)的需要。它可以使得任何一方的操作都不受另一它可以使得任何一方的操作都不受另一方的制約。方的制約。10.1.4 I/O與主機信息傳送的控制方式與主機信息傳送的控制方式1、程序直接控制方式、程序直接控制方式2、程序中斷傳送方式、程序中斷傳送方式3、直接存儲器存取方式、直接存儲器存取方式 4、I/O通道控制方式通道控制方式5、外圍處理機方式、外圍處理機方式10.2 外部設備舉例外部設備舉例10.2.1 輸入設備輸入設備10.2.2 輸出設備輸出設備 中央處理器

16、（中央處理器（CPU）和主存儲器（）和主存儲器（MM）構成計算機的主體，稱為主機。主機以構成計算機的主體，稱為主機。主機以外的大部分硬設備都稱為外部設備或外外的大部分硬設備都稱為外部設備或外圍設備，簡稱外設。它是計算機系統(tǒng)與圍設備，簡稱外設。它是計算機系統(tǒng)與人或與其他機器之間進行信息交換的裝人或與其他機器之間進行信息交換的裝置，主要包括常用的輸入輸出設備、外置，主要包括常用的輸入輸出設備、外存儲器、脫機輸入輸出設備等。存儲器、脫機輸入輸出設備等。 隨著計算機技術的發(fā)展，外部設備在計隨著計算機技術的發(fā)展，外部設備在計算機系統(tǒng)中的地位越來越重要，它在整算機系統(tǒng)中的地位越來越重要，它在整個系統(tǒng)中所占

17、的價格比也越來越大。早個系統(tǒng)中所占的價格比也越來越大。早期的計算機系統(tǒng)主機結構簡單、速度慢、期的計算機系統(tǒng)主機結構簡單、速度慢、應用范圍窄，配置的外部設備種類有限，應用范圍窄，配置的外部設備種類有限，數量不多。現(xiàn)代計算機系統(tǒng)的外部設備數量不多?，F(xiàn)代計算機系統(tǒng)的外部設備向多樣化、智能化方向發(fā)展，性能各異，向多樣化、智能化方向發(fā)展，性能各異，但歸納起來有以下幾個工作特點。但歸納起來有以下幾個工作特點。（1）異步性。）異步性。 輸入輸入/輸出設備相對于輸出設備相對于CPU來說是異步工來說是異步工作的，兩者之間無統(tǒng)一的時鐘。且各類作的，兩者之間無統(tǒng)一的時鐘。且各類外設之間工作的速度又相差很大，它們外設

18、之間工作的速度又相差很大，它們的操作在很大程度上獨立于的操作在很大程度上獨立于CPU之外，之外，但又要在某個時刻接受但又要在某個時刻接受CPU的控制，這的控制，這就勢必造成輸入就勢必造成輸入/輸出操作相對輸出操作相對CPU的時的時間的任意性與異步性。間的任意性與異步性。 （2）實時性。）實時性。 一個計算機系統(tǒng)中，可能連接各種各樣一個計算機系統(tǒng)中，可能連接各種各樣類型的外設，且這些外設中有慢速設備，類型的外設，且這些外設中有慢速設備，也有快速設備，也有快速設備，CPU必須及時按傳輸速必須及時按傳輸速率和傳輸方式接收來自多個外設的信息率和傳輸方式接收來自多個外設的信息或向外設發(fā)送信息，否則高速設

19、備可能或向外設發(fā)送信息，否則高速設備可能有丟失信息的危險。有丟失信息的危險。（3）多樣性。）多樣性。 由于外設的多樣性，它們的物理特性差異由于外設的多樣性，它們的物理特性差異很大，信息類型與結構格式多種多樣，這很大，信息類型與結構格式多種多樣，這就造成了主機與外設之間連接的復雜性。就造成了主機與外設之間連接的復雜性。但為簡化控制，計算機系統(tǒng)中往往提供一但為簡化控制，計算機系統(tǒng)中往往提供一些標準接口，以便各類外設通過自己的設些標準接口，以便各類外設通過自己的設備控制器與標準接口相連，而主機無需了備控制器與標準接口相連，而主機無需了解各特定外設的具體要求，可以通過統(tǒng)一解各特定外設的具體要求，可以通

20、過統(tǒng)一的命令控制程序來實現(xiàn)對外設的控制。的命令控制程序來實現(xiàn)對外設的控制。 10.2.1 輸入設備輸入設備 在計算機中，輸入設備主要完成輸入程在計算機中，輸入設備主要完成輸入程序、數據和操作命令等功能，它也是人序、數據和操作命令等功能，它也是人機對話的主要部件。當實現(xiàn)人工輸入時，機對話的主要部件。當實現(xiàn)人工輸入時，往往與顯示器（輸出設備）聯(lián)用，以便往往與顯示器（輸出設備）聯(lián)用，以便及時檢驗并修正輸入時的錯誤。及時檢驗并修正輸入時的錯誤。1、鍵盤、鍵盤 鍵盤是目前應用最普遍的一種輸入設備，鍵盤是目前應用最普遍的一種輸入設備，與顯示器組成終端設備。它主要由一組排與顯示器組成終端設備。它主要由一組排

21、列成陣列形式的按鍵開關組成，用戶通過列成陣列形式的按鍵開關組成，用戶通過鍵盤可發(fā)出指令，輸入數字、字符、文字鍵盤可發(fā)出指令，輸入數字、字符、文字等信息。等信息。 根據開關的接觸方式，鍵盤可分為機械式、根據開關的接觸方式，鍵盤可分為機械式、薄膜式、電容式和霍爾效應式等薄膜式、電容式和霍爾效應式等4種。種。 按照鍵盤的插頭可分成標準插頭鍵盤、按照鍵盤的插頭可分成標準插頭鍵盤、PS/2插頭鍵盤和插頭鍵盤和USB插頭鍵盤；按照鍵插頭鍵盤；按照鍵碼識別方式可分為編碼和非編碼鍵盤。碼識別方式可分為編碼和非編碼鍵盤。 鍵盤主要由面板、按鍵開關、掃描電路、鍵盤主要由面板、按鍵開關、掃描電路、鍵盤控制器和電纜線

22、構成。鍵盤控制器和電纜線構成。 鍵盤的接口電路一般設在主機系統(tǒng)板上，鍵盤的接口電路一般設在主機系統(tǒng)板上，通過一根電纜線與主機相連接。標準鍵盤通過一根電纜線與主機相連接。標準鍵盤接口內有接口內有5根信號線，分別是鍵盤時鐘根信號線，分別是鍵盤時鐘（1號插針）、接地線（號插針）、接地線（4號插針）、號插針）、+5V電源（電源（5號插針）、雙向的鍵盤數據號插針）、雙向的鍵盤數據線（線（2號插針）及未被使用的復位信號線號插針）及未被使用的復位信號線（3號插針）。號插針）。 圖圖10-3 鍵盤插座布局圖鍵盤插座布局圖2、鼠標器、鼠標器 鼠標器（鼠標器（Mouse）是一種手持式的坐標定）是一種手持式的坐標定

23、位部件，由于它拖著一根長線與接口相連，位部件，由于它拖著一根長線與接口相連，外形有點像老鼠，故取名為鼠標器。鼠標外形有點像老鼠，故取名為鼠標器。鼠標是計算機引入圖形操作系統(tǒng)后使用最頻繁是計算機引入圖形操作系統(tǒng)后使用最頻繁的輸入和控制設備。它用來控制屏幕上的的輸入和控制設備。它用來控制屏幕上的光標快速移動，在系統(tǒng)軟件的支持下可實光標快速移動，在系統(tǒng)軟件的支持下可實現(xiàn)屏幕編輯、菜單選擇、圖形繪制等功能?，F(xiàn)屏幕編輯、菜單選擇、圖形繪制等功能。 按工作原理來分，鼠標器可分為機械式鼠按工作原理來分，鼠標器可分為機械式鼠標和光電式鼠標。按鼠標器的按鍵數分類，標和光電式鼠標。按鼠標器的按鍵數分類，鼠標有兩鍵

24、、三鍵甚至四鍵鼠標。按鼠標鼠標有兩鍵、三鍵甚至四鍵鼠標。按鼠標器所用的接口分類，分為串行鼠標器、器所用的接口分類，分為串行鼠標器、PS/2鼠標器、鼠標器、USB鼠標器或無線鼠標器鼠標器或無線鼠標器等。等。 3、觸摸屏、觸摸屏 觸摸屏是一種對物體的接觸或靠近能產生觸摸屏是一種對物體的接觸或靠近能產生反映的定位設備。它一般是透明的，可安反映的定位設備。它一般是透明的，可安裝在任何一種顯示器屏幕的表面。使用時，裝在任何一種顯示器屏幕的表面。使用時，顯示器屏幕上根據實際應用的需要顯示出顯示器屏幕上根據實際應用的需要顯示出用戶所需控制的項目或查詢的內容標題供用戶所需控制的項目或查詢的內容標題供用戶選擇。

25、用戶只要用手指或其他東西點用戶選擇。用戶只要用手指或其他東西點一下所選擇的項目，即可由觸摸屏將此信一下所選擇的項目，即可由觸摸屏將此信息送到計算機中。息送到計算機中。 實際上觸摸屏只是負責定位，用戶通過實際上觸摸屏只是負責定位，用戶通過與觸摸屏的直接接觸，向計算機輸入的與觸摸屏的直接接觸，向計算機輸入的是接觸點的坐標位置，以后的工作（選是接觸點的坐標位置，以后的工作（選擇項的判斷、后繼的操作處理）要由程擇項的判斷、后繼的操作處理）要由程序去執(zhí)行。序去執(zhí)行。 按觸摸原理的不同，觸摸屏大致可分為按觸摸原理的不同，觸摸屏大致可分為五類：電阻式、電容式、表面超聲波式、五類：電阻式、電容式、表面超聲波式

26、、掃描紅外線式和壓感式。掃描紅外線式和壓感式。 10.2.2 輸出設備輸出設備1、顯示設備、顯示設備（1）顯示設備簡介）顯示設備簡介 顯示設備種類繁多，按顯示設備所用的顯示設備種類繁多，按顯示設備所用的顯示器件分類，有陰極射線管（顯示器件分類，有陰極射線管（cathode ray tube，簡稱，簡稱CRT）顯示器，液晶顯）顯示器，液晶顯示器（示器（liquid crystal display，簡稱，簡稱LCD），等離子顯示器等。），等離子顯示器等。 按所顯示的信息內容分類，有字符顯示按所顯示的信息內容分類，有字符顯示器，圖形顯示器和圖象顯示器三類。按器，圖形顯示器和圖象顯示器三類。按顯示設備

27、的功能分類，有普通顯示器和顯示設備的功能分類，有普通顯示器和顯示終端兩類。顯示終端兩類。 顯示器和終端是兩個不同的概念。顯示顯示器和終端是兩個不同的概念。顯示器的功能簡單，它只能用于接收視頻信器的功能簡單，它只能用于接收視頻信號，顯示器的控制邏輯和存儲邏輯都在號，顯示器的控制邏輯和存儲邏輯都在主機接口板中，目前使用的個人計算機主機接口板中，目前使用的個人計算機系統(tǒng)就是這種結構。這種顯示器也稱作系統(tǒng)就是這種結構。這種顯示器也稱作監(jiān)視器（監(jiān)視器（monitor）。）。 終端是由顯示器和鍵盤組成的一套獨立終端是由顯示器和鍵盤組成的一套獨立完整的輸入完整的輸入/輸出設備，它可以通過標準輸出設備，它可以

28、通過標準通信接口接到遠離主機的地方使用。終通信接口接到遠離主機的地方使用。終端的結構比顯示器的結構復雜得多，它端的結構比顯示器的結構復雜得多，它能夠完成顯示控制與存儲，鍵盤管理以能夠完成顯示控制與存儲，鍵盤管理以及通信控制等功能。及通信控制等功能。 液晶顯示器（液晶顯示器（LCD）是最近使用最為廣）是最近使用最為廣泛的顯示器，液晶是液態(tài)晶體的簡稱，泛的顯示器，液晶是液態(tài)晶體的簡稱，它是一種有機化合物，在一定范圍內，它是一種有機化合物，在一定范圍內，既具有液體的流動性，又具有分子排列既具有液體的流動性，又具有分子排列有序的晶體特性。液晶分子是棒狀結構，有序的晶體特性。液晶分子是棒狀結構，具有明顯

29、的光學各向異性，它本身不發(fā)具有明顯的光學各向異性，它本身不發(fā)光，但能夠調制外照光實現(xiàn)信息顯示，光，但能夠調制外照光實現(xiàn)信息顯示，因此使用時需要背光源。因此使用時需要背光源。（2）顯示技術中的有關術語）顯示技術中的有關術語 圖形：圖形（圖形：圖形（graphics）最初指沒有亮）最初指沒有亮暗層次變化的線條圖，它只用線條的有暗層次變化的線條圖，它只用線條的有無來表示形狀。無來表示形狀。 圖像：圖像（圖像：圖像（image）最初指具有亮暗）最初指具有亮暗層次的圖。層次的圖。 分辨率（分辨率（resolution）指的是顯示設備）指的是顯示設備所能表示的像素個數。像素越密，分辨所能表示的像素個數。像

30、素越密，分辨率越高，圖像越清晰。對于率越高，圖像越清晰。對于CRT顯示器，顯示器，分辨率取決于熒光粉的粒度、屏的尺寸分辨率取決于熒光粉的粒度、屏的尺寸和電子束的聚焦能力。和電子束的聚焦能力。 例如：例如：12英寸彩色英寸彩色CRT的分辨率為的分辨率為640480個像素，因為對角線為個像素，因為對角線為12英英寸寸=30.48cm，長和寬分別為，長和寬分別為24.384cm和和18.288cm。每個像素的。每個像素的間距為間距為0.31mm，水平方向的，水平方向的640個像個像素占顯示長度為素占顯示長度為198.4mm。它的顯示。它的顯示比例為比例為4：3（640：480）。）。 灰度級（灰度級

31、（gray level）指的是所顯示像）指的是所顯示像素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表素點的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同?；叶燃壴蕉啵瑘D像層現(xiàn)為顏色的不同?；叶燃壴蕉?，圖像層次越清楚逼真?；叶燃壢Q于每個像素次越清楚逼真?；叶燃壢Q于每個像素對應刷新存儲器單元的位數和顯示器本對應刷新存儲器單元的位數和顯示器本身的性能。身的性能。 如果用如果用4位表示一個像素，則只有位表示一個像素，則只有16級灰級灰度或顏色，如果用度或顏色，如果用8位表示一個像素，則位表示一個像素，則有有256級灰度或顏色。級灰度或顏色。 分辨率和灰度級是顯示器的兩個重要技術分辨率和灰度級是顯示器的兩個重要技術

32、指標，它們決定了顯示器所能顯示的質量。指標，它們決定了顯示器所能顯示的質量。 對對CRT器件來說，還有刷新（器件來說，還有刷新（refresh）的）的概念。每秒刷新的次數稱刷新頻率或掃描概念。每秒刷新的次數稱刷新頻率或掃描頻率。結合人的視覺生理，刷新頻率應大頻率。結合人的視覺生理，刷新頻率應大于于30次次/秒，人眼才不會感到明顯的閃爍。秒，人眼才不會感到明顯的閃爍。 為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把圖為了不斷提供刷新圖像的信號，必須把圖像存儲起來，存儲屏幕圖像信息的存儲器像存儲起來，存儲屏幕圖像信息的存儲器叫叫“幀存儲器幀存儲器”或或“視頻存儲器視頻存儲器”（VRAM）。幀存儲器的容量由圖像

33、分辨率）。幀存儲器的容量由圖像分辨率和灰度級決定。和灰度級決定。 分辨率越高，灰度級越大，幀存儲器需分辨率越高，灰度級越大，幀存儲器需求的容量越大。如分辨率為求的容量越大。如分辨率為10241024，256級灰度的圖像，存級灰度的圖像，存儲容量為儲容量為102410248bit=1MB。幀。幀存儲器的存取周期必須滿足刷新頻率的存儲器的存取周期必須滿足刷新頻率的要求。容量和存取周期是幀存儲器的兩要求。容量和存取周期是幀存儲器的兩個重要技術指標。個重要技術指標。2、打印設備、打印設備 打印設備可將計算機運行結果打印輸出打印設備可將計算機運行結果打印輸出記錄在紙上，并能長期保存。人們將一記錄在紙上，

34、并能長期保存。人們將一切可以產生永久性記錄的設備統(tǒng)稱為硬切可以產生永久性記錄的設備統(tǒng)稱為硬拷貝設備。如打印機、繪圖儀等?？截愒O備。如打印機、繪圖儀等。 計算機的打印設備種類繁多，性能各異，計算機的打印設備種類繁多，性能各異，結構上的差別也很大。按印字原理分類，結構上的差別也很大。按印字原理分類，分為擊打式和非擊打式兩大類。按工作分為擊打式和非擊打式兩大類。按工作方式劃分，可分為串行打印機和行式打方式劃分，可分為串行打印機和行式打印機兩種。所謂串行打印機，是逐字打印機兩種。所謂串行打印機，是逐字打印的。行式打印機一次就可以輸出一行。印的。行式打印機一次就可以輸出一行。10.3 I/O接口接口10

35、.3.1 概述概述10.3.2 接口的功能和基本結構接口的功能和基本結構10.3.3 接口類型接口類型10.3.4 I/O端口及其編址端口及其編址10.3.1 概述概述 接口可以看作是兩個系統(tǒng)或兩個部件之接口可以看作是兩個系統(tǒng)或兩個部件之間的交接部分，間的交接部分，I/O接口通常是指主機接口通常是指主機與外部設備之間設置的一個硬件電路及與外部設備之間設置的一個硬件電路及其相應的控制軟件。不同的設備都有其其相應的控制軟件。不同的設備都有其相應的設備控制器，而它們往往都是通相應的設備控制器，而它們往往都是通過過I/O接口與主機取得聯(lián)系的。主機與接口與主機取得聯(lián)系的。主機與外設之間設置接口的原因有：

36、外設之間設置接口的原因有：（1）一臺機器通常配有多臺外設，它們）一臺機器通常配有多臺外設，它們各自有其設備號（地址），通過接口可各自有其設備號（地址），通過接口可實現(xiàn)設備的選擇。實現(xiàn)設備的選擇。（2）CPU的速度很高，而外設的速度要的速度很高，而外設的速度要低得多，并且不同的外設速度差異也較低得多，并且不同的外設速度差異也較大，通過接口可以實現(xiàn)數據緩沖，達到大，通過接口可以實現(xiàn)數據緩沖，達到速度匹配。速度匹配。（3）CPU系統(tǒng)總線上傳送的是并行數據，系統(tǒng)總線上傳送的是并行數據，而各種外設使用的信息格式各不相同。而各種外設使用的信息格式各不相同。有些設備上用的是模擬量，而有些是數有些設備上用的是

37、模擬量，而有些是數字量或開關量，還有些設備采用串行方字量或開關量，還有些設備采用串行方式傳送數據，通過接口可實現(xiàn)信息格式式傳送數據，通過接口可實現(xiàn)信息格式的轉換。的轉換。（4）CPU所使用的信號都是所使用的信號都是TTL電平，電平，而外設大多是復雜的機電設備，必須有而外設大多是復雜的機電設備，必須有自己的電源系統(tǒng)和信號電平，通過接口自己的電源系統(tǒng)和信號電平，通過接口可實現(xiàn)電平轉換?？蓪崿F(xiàn)電平轉換。（5）CPU啟動外部設備工作，要向外設啟動外部設備工作，要向外設發(fā)各種控制信號，外部設備也要將其工發(fā)各種控制信號，外部設備也要將其工作狀態(tài)及時向作狀態(tài)及時向CPU報告，通過接口可以報告，通過接口可以傳

38、送這些控制命令及狀態(tài)信息。傳送這些控制命令及狀態(tài)信息。10.3.2 接口的功能和基本結構接口的功能和基本結構1、接口的功能、接口的功能 I/O接口的主要功能包括以下幾種：接口的主要功能包括以下幾種：、控制和定時。控制和定時。、處理器通信。、處理器通信。、設、設備通信。備通信。、數據緩沖。、數據緩沖。、檢錯。、檢錯。 在任何一段時間內，處理器根據程序對在任何一段時間內，處理器根據程序對I/O的要求，以非預期的方式與一個或的要求，以非預期的方式與一個或幾個外設進行通信。內部資源，如主存幾個外設進行通信。內部資源，如主存和系統(tǒng)總線等，必須被包含數據輸入輸和系統(tǒng)總線等，必須被包含數據輸入輸出的一系列功

39、能操作所共享。因此，出的一系列功能操作所共享。因此，I/O接口的功能包含控制和定時的要求，接口的功能包含控制和定時的要求，用以協(xié)調內部資源和外設間的信息流動。用以協(xié)調內部資源和外設間的信息流動。 I/O接口必須有能力從事與處理器和與外接口必須有能力從事與處理器和與外設間的通信，處理器通信包括：設間的通信，處理器通信包括：（1）命令譯碼：）命令譯碼： （2）數據：）數據： （3）狀態(tài)報告：）狀態(tài)報告： （4）地址識別：）地址識別： 另一方面，另一方面，I/O接口的基本功能是數據緩接口的基本功能是數據緩沖。由于傳入和傳出主存或處理器的傳送沖。由于傳入和傳出主存或處理器的傳送速度很高，而許多外設速度

40、較低，所以來速度很高，而許多外設速度較低，所以來自主存的數據通常以高速發(fā)送到自主存的數據通常以高速發(fā)送到I/O接口，接口，數據保存在數據保存在I/O接口的緩沖器中，然后以接口的緩沖器中，然后以外設的數據傳送速度發(fā)送到外設。當反方外設的數據傳送速度發(fā)送到外設。當反方向傳送時，由于數據被緩沖，內存能以高向傳送時，由于數據被緩沖，內存能以高速操作。因此，速操作。因此，I/O接口必須既能以設備，接口必須既能以設備，又能以存儲器速度傳送。又能以存儲器速度傳送。 I/O接口經常負責檢錯，隨后將差錯信息接口經常負責檢錯，隨后將差錯信息報告給處理器。一類差錯是設備機構和電報告給處理器。一類差錯是設備機構和電路

41、故障。另一類差錯是在信息從設備到路故障。另一類差錯是在信息從設備到I/O接口傳送時，數據位發(fā)生變化。對于接口傳送時，數據位發(fā)生變化。對于傳輸中的差錯，經常用一些校驗碼進行檢傳輸中的差錯，經常用一些校驗碼進行檢測。測。2、接口的基本結構、接口的基本結構 從從I/O接口的內部結構看，在大多數接口的內部結構看，在大多數I/O接口中都包含有一些數據寄存器、地址寄接口中都包含有一些數據寄存器、地址寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器和相應的存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器和相應的控制電路。而且，為了控制的靈活性和適控制電路。而且，為了控制的靈活性和適應性，很多應性，很多I/O接口中的寄存器往往是可接口中的寄存器往

42、往是可編程的，即可以對編程的，即可以對I/O接口的功能、工作接口的功能、工作方式、操作方式、數據格式等進行預設置，方式、操作方式、數據格式等進行預設置，以滿足應用場合的要求。以滿足應用場合的要求。 圖圖10-4 接口的組成結構及連接圖接口的組成結構及連接圖（1）數據寄存器）數據寄存器（2）狀態(tài)寄存器）狀態(tài)寄存器（3）控制寄存器）控制寄存器（4）地址寄存器）地址寄存器10.3.3 接口類型接口類型 輸入輸出接口的分類可以從不同的角度來輸入輸出接口的分類可以從不同的角度來考慮?？紤]。、按數據傳送方式分類、按數據傳送方式分類 有串行接口和并行接口。這里所說的數據有串行接口和并行接口。這里所說的數據傳

43、送方式指的是外設和接口一側的傳送方傳送方式指的是外設和接口一側的傳送方式，而在主機和接口一側，數據總是并行式，而在主機和接口一側，數據總是并行傳送的。傳送的。 、按功能選擇的靈活性分類：有可編程、按功能選擇的靈活性分類：有可編程接口和不可編程接口。接口和不可編程接口。 、按通用性分類：有通用接口和專用接、按通用性分類：有通用接口和專用接口。口。 、按數據傳送的控制方式分類：有程序、按數據傳送的控制方式分類：有程序控制式接口和控制式接口和DMA式接口。式接口。、按輸入輸出的信號分類：有數字接口、按輸入輸出的信號分類：有數字接口和模擬接口。和模擬接口。 10.3.4 I/O端口及其編址端口及其編址

44、 CPU與外設通信時，傳送的信息主要包括與外設通信時，傳送的信息主要包括數據信息、狀態(tài)信息和控制信息。在接口數據信息、狀態(tài)信息和控制信息。在接口電路里，這些信息分別進入不同的寄存器，電路里，這些信息分別進入不同的寄存器，通常將接口電路中的這些寄存器稱為通常將接口電路中的這些寄存器稱為I/O端口（端口（port）。在一般的接口電路中都要）。在一般的接口電路中都要設置以下幾種端口：數據端口、狀態(tài)端口設置以下幾種端口：數據端口、狀態(tài)端口和命令端口。和命令端口。 CPU對對I/O端口的訪問采用的是與訪存類端口的訪問采用的是與訪存類似的按地址訪問方式，即為每一個似的按地址訪問方式，即為每一個I/O端端口

45、分配一個地址，又稱為口分配一個地址，又稱為I/O地址或地址或I/O端口號，端口號，CPU通過給出通過給出I/O端口地址訪問端口地址訪問相應的相應的I/O端口，也即訪問相應的設備。端口，也即訪問相應的設備。 CPU對對I/O端口的編址方式主要有兩種：端口的編址方式主要有兩種：一是單獨編址方式，二是統(tǒng)一編址方式。一是單獨編址方式，二是統(tǒng)一編址方式。 （1）單獨編址方式）單獨編址方式 單獨編址方式是指系統(tǒng)使用一個不同于主單獨編址方式是指系統(tǒng)使用一個不同于主存地址空間之外的單獨的一個地址空間，存地址空間之外的單獨的一個地址空間，為外圍設備及接口中的所有為外圍設備及接口中的所有I/O端口分配端口分配I/

46、O地址。在這種方式下，地址。在這種方式下，CPU指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)中有專門的用于與設備進行數據傳輸的輸中有專門的用于與設備進行數據傳輸的輸入入/輸出指令，對設備的訪問必須使用這輸出指令，對設備的訪問必須使用這些專用指令進行。些專用指令進行。 單獨編址方式的優(yōu)點：一是單獨編址方式的優(yōu)點：一是I/O端口的地端口的地址沒有占用主存的地址空間；二是址沒有占用主存的地址空間；二是I/O端端口的地址碼較短，地址譯碼器設計及實現(xiàn)口的地址碼較短，地址譯碼器設計及實現(xiàn)簡單，譯碼時間也較短。其缺點是：只能簡單，譯碼時間也較短。其缺點是：只能使用專用輸入使用專用輸入/輸出指令訪問輸出指令訪問I/O設備，設備，對對I/

47、O設備操作的程序設計靈活性較差。設備操作的程序設計靈活性較差。（2）統(tǒng)一編址方式）統(tǒng)一編址方式 統(tǒng)一編址方式是指統(tǒng)一編址方式是指I/O端口與主存單元使端口與主存單元使用同一個地址空間進行統(tǒng)一編址。在這種用同一個地址空間進行統(tǒng)一編址。在這種方式下，方式下，CPU指令系統(tǒng)中無需設置專門的指令系統(tǒng)中無需設置專門的與設備進行數據傳輸的輸入與設備進行數據傳輸的輸入/輸出指令，輸出指令，I/O端口被當成主存單元同樣對待，對主端口被當成主存單元同樣對待，對主存單元進行訪問和操作的指令同樣可以用存單元進行訪問和操作的指令同樣可以用于對于對I/O端口的訪問和操作。端口的訪問和操作。 統(tǒng)一編址的優(yōu)點：可以使用訪存

48、指令訪問統(tǒng)一編址的優(yōu)點：可以使用訪存指令訪問I/O，對，對I/O設備操作的程序設計靈活性設備操作的程序設計靈活性較好。其缺點是：較好。其缺點是：I/O端口的地址占用了端口的地址占用了主存的部分地址空間，對主存的部分地址空間，對I/O端口訪問的端口訪問的地址譯碼更復雜。地址譯碼更復雜。10.4 程序查詢方式程序查詢方式10.4.1 程序查詢流程程序查詢流程10.4.2 程序查詢方式的接口電路程序查詢方式的接口電路 程序查詢方式中，數據在程序查詢方式中，數據在CPU和和I/O模塊模塊之間交換，之間交換，CPU執(zhí)行一個能直接控制執(zhí)行一個能直接控制I/O操作的程序，這個程序包括檢測設備的操作的程序，這

49、個程序包括檢測設備的狀態(tài)，發(fā)送讀寫命令和數據傳送。當狀態(tài)，發(fā)送讀寫命令和數據傳送。當CPU發(fā)送一個命令到發(fā)送一個命令到I/O模塊時，模塊時，CPU必必須處于等待狀態(tài)直到須處于等待狀態(tài)直到I/O操作完成。如操作完成。如果果CPU的速度快于的速度快于I/O模塊，則模塊，則CPU必須必須等待。等待。10.4.1 程序查詢流程程序查詢流程 圖圖10-5（a）為單個設備的程序查詢圖。）為單個設備的程序查詢圖。從圖中可以看出，程序查詢方式的關鍵從圖中可以看出，程序查詢方式的關鍵在于不斷查詢在于不斷查詢I/O設備是否準備就緒，設備是否準備就緒，如果準備就緒才發(fā)送讀如果準備就緒才發(fā)送讀/寫命令開始數據寫命令開

50、始數據交換。如果有多個交換。如果有多個I/O設備時，設備時，CPU則則按照各個設備在系統(tǒng)中的優(yōu)先級別逐級按照各個設備在系統(tǒng)中的優(yōu)先級別逐級進行查詢。其查詢圖如圖進行查詢。其查詢圖如圖10-5（b）。）。 圖圖10-5 設備的程序查詢圖設備的程序查詢圖 完成這種查詢通常需要執(zhí)行三條指令：完成這種查詢通常需要執(zhí)行三條指令：測試指令：查詢設備是否準備就緒。測試指令：查詢設備是否準備就緒。傳送指令：設備準備就緒時，執(zhí)行傳送指傳送指令：設備準備就緒時，執(zhí)行傳送指令開始傳送數據。令開始傳送數據。轉移指令：如果設備沒有準備好，則執(zhí)行轉移指令：如果設備沒有準備好，則執(zhí)行轉移指令，轉移到繼續(xù)測試設備狀態(tài)處。轉移

51、指令，轉移到繼續(xù)測試設備狀態(tài)處。 程序查詢方式的工作過程為：程序查詢方式的工作過程為：（1）預置傳送參數：在傳送數據之前，）預置傳送參數：在傳送數據之前，由由CPU執(zhí)行一段初始化程序，預置傳送執(zhí)行一段初始化程序，預置傳送參數，傳送參數有存取數據的主存緩沖參數，傳送參數有存取數據的主存緩沖區(qū)首地址和傳送數據的設備地址等。區(qū)首地址和傳送數據的設備地址等。（2）向外設接口發(fā)出命令字：當）向外設接口發(fā)出命令字：當CPU選選中一臺外設之后，執(zhí)行輸出指令向外設中一臺外設之后，執(zhí)行輸出指令向外設接口發(fā)出命令字，啟動外設，為接收數接口發(fā)出命令字，啟動外設，為接收數據或者發(fā)送數據做好準備。據或者發(fā)送數據做好準備

52、。（3）從外設接口取回狀態(tài)字：）從外設接口取回狀態(tài)字：CPU執(zhí)行輸執(zhí)行輸入指令，從外設接口中取回狀態(tài)字并進入指令，從外設接口中取回狀態(tài)字并進行測試，判斷數據傳送是否可以進行。行測試，判斷數據傳送是否可以進行。（4）查詢外設標志：）查詢外設標志：CPU不斷查詢狀態(tài)標不斷查詢狀態(tài)標志，如果外設未準備就緒，則志，如果外設未準備就緒，則CPU繼續(xù)繼續(xù)等待，直到這個外設準備就緒，并且發(fā)等待，直到這個外設準備就緒，并且發(fā)出出“外設準備就緒外設準備就緒”信號為止。信號為止。（5）傳送數據：只有在外設準備好的情）傳送數據：只有在外設準備好的情況下，主機和外設之間才能開始數據傳況下，主機和外設之間才能開始數據傳

53、送。輸入時，送。輸入時，CPU執(zhí)行輸入指令，從外執(zhí)行輸入指令，從外設接口的數據緩沖寄存器中接收數據；設接口的數據緩沖寄存器中接收數據；輸出時，輸出時，CPU執(zhí)行輸出指令，將數據寫執(zhí)行輸出指令，將數據寫入外設接口的數據緩沖寄存器中。入外設接口的數據緩沖寄存器中。（6）修改傳送參數：在每次數據傳送之）修改傳送參數：在每次數據傳送之后必須要修改傳送參數，其中修改的內后必須要修改傳送參數，其中修改的內容有：主存緩沖存儲區(qū)的地址加容有：主存緩沖存儲區(qū)的地址加1，傳，傳送個數計數器減送個數計數器減1。 （7）結束）結束I/O傳送，繼續(xù)執(zhí)行其他程序。傳送，繼續(xù)執(zhí)行其他程序。假如傳送個數計數器的值不為假如傳送

54、個數計數器的值不為0，則轉到，則轉到第三步繼續(xù)傳送，直到計數器的值為第三步繼續(xù)傳送，直到計數器的值為0，則表示傳送結束。則表示傳送結束。 程序查詢流程圖如圖程序查詢流程圖如圖10-6所示，其中真正所示，其中真正傳送數據的操作由輸入或輸出指令完成。傳送數據的操作由輸入或輸出指令完成。圖圖10-6 程序查詢流程圖程序查詢流程圖10.4.2 程序查詢方式的接口電路程序查詢方式的接口電路 程序查詢方式的接口電路的組成如圖程序查詢方式的接口電路的組成如圖10-7所示。所示。 圖中的數據緩沖寄存器用來存放將要傳圖中的數據緩沖寄存器用來存放將要傳送的數據。送的數據。D、B為兩個反映設備工作狀為兩個反映設備工

55、作狀態(tài)的標記觸發(fā)器，態(tài)的標記觸發(fā)器，B為工作觸發(fā)器，為工作觸發(fā)器，D為為完成觸發(fā)器。其表示的狀態(tài)為：完成觸發(fā)器。其表示的狀態(tài)為：圖圖10-7 程序查詢接口電路程序查詢接口電路 D=0，B=0，I/O設備處于暫停狀態(tài)。設備處于暫停狀態(tài)。 D=1，B=0，I/O設備已經準備就緒。設備已經準備就緒。 D=0，B=1，I/O設備正處于準備狀態(tài)。設備正處于準備狀態(tài)。 其中的設備選擇電路用來識別本設備的其中的設備選擇電路用來識別本設備的地址，當地址線上的設備號和本設備號地址，當地址線上的設備號和本設備號相符時，則相符時，則SEL有效，可以開始接收命有效，可以開始接收命令。令。 以輸入設備為例，接口的工作過

56、程具體為：以輸入設備為例，接口的工作過程具體為：（1）CPU發(fā)出啟動外設的命令，將工作觸發(fā)出啟動外設的命令，將工作觸發(fā)器發(fā)器B置為置為“1”態(tài)，完成觸發(fā)器態(tài)，完成觸發(fā)器D置為置為“0”狀態(tài)。狀態(tài)。（2）啟動外設進入工作狀態(tài)，輸入設備將）啟動外設進入工作狀態(tài)，輸入設備將數據送入數據緩沖器，數據送入數據緩沖器，CPU同時開始檢測同時開始檢測D觸發(fā)器狀態(tài)，看是否外設準備完成。觸發(fā)器狀態(tài)，看是否外設準備完成。（3）外設將數據傳送結束后向接口發(fā)送）外設將數據傳送結束后向接口發(fā)送“設備工作結束設備工作結束”信號，同時將信號，同時將D置為置為“1”，B置為置為“0”。（4）CPU檢測到檢測到D觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)?/p>

57、觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)?“準備準備就緒就緒”，知道數據緩沖器被輸入數據占，知道數據緩沖器被輸入數據占滿。滿。（5）CPU執(zhí)行輸入指令，將輸入數據送至執(zhí)行輸入指令，將輸入數據送至CPU通用寄存器，然后再存入主存的相關通用寄存器，然后再存入主存的相關存儲單元。存儲單元。10.5 程序中斷方式程序中斷方式10.5.1 中斷的基本概念中斷的基本概念10.5.2 中斷的響應、處理過程中斷的響應、處理過程10.5.3 多重中斷處理多重中斷處理10.5.4 程序中斷方式的接口電路程序中斷方式的接口電路10.5.5 中斷控制器舉例中斷控制器舉例10.5.1 中斷的基本概念中斷的基本概念1、中斷的產生和作用、中斷的產生

58、和作用 程序查詢方式存在著下列明顯的缺點：（程序查詢方式存在著下列明顯的缺點：（1）在查詢過程中，在查詢過程中，CPU長期處于踏步等待狀態(tài)，長期處于踏步等待狀態(tài)，使系統(tǒng)效率大大降低。（使系統(tǒng)效率大大降低。（2）CPU在一段時在一段時間內只能和一臺外設交換信息，其他設備間內只能和一臺外設交換信息，其他設備不能同時工作。（不能同時工作。（3）不能發(fā)現(xiàn)和處理預先）不能發(fā)現(xiàn)和處理預先無法估計的錯誤和異常情況。無法估計的錯誤和異常情況。 為了提高輸入輸出能力和為了提高輸入輸出能力和CPU的效率，的效率，程序中斷方式被引進計算機系統(tǒng)。程序程序中斷方式被引進計算機系統(tǒng)。程序中斷方式的思想是：中斷方式的思想是

59、：CPU在程序中安排在程序中安排好在某一時刻啟動某一臺外設，然后好在某一時刻啟動某一臺外設，然后CPU繼續(xù)執(zhí)行原來程序，不需要像查詢繼續(xù)執(zhí)行原來程序，不需要像查詢方式那樣一直等待外設的準備就緒狀態(tài)。方式那樣一直等待外設的準備就緒狀態(tài)。一旦外設完成數據傳送的準備工作時，一旦外設完成數據傳送的準備工作時，便主動向便主動向CPU發(fā)出一個中斷請求，請求發(fā)出一個中斷請求，請求CPU為自己服務。為自己服務。 在可以響應中斷的條件下，在可以響應中斷的條件下，CPU暫時中暫時中止正在執(zhí)行的程序，轉去執(zhí)行中斷服務止正在執(zhí)行的程序，轉去執(zhí)行中斷服務程序為中斷請求者服務，在中斷服務程程序為中斷請求者服務，在中斷服務

60、程序中完成一次序中完成一次CPU與外設之間的數據傳與外設之間的數據傳送，傳送完成后，送，傳送完成后，CPU仍返回原來的程仍返回原來的程序，從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。圖序，從斷點處繼續(xù)執(zhí)行。圖10-8給出了給出了程序中斷方式的示意圖。程序中斷方式的示意圖。圖圖10-8 程序中斷方式示意圖程序中斷方式示意圖 從圖中可以看到，中斷方式在一定程度上從圖中可以看到，中斷方式在一定程度上實現(xiàn)了實現(xiàn)了CPU和外設的并行工作，使和外設的并行工作，使CPU的的效率得到充分的發(fā)揮。不僅如此，由于中效率得到充分的發(fā)揮。不僅如此，由于中斷的引入，還能使多個外設并行工作，斷的引入，還能使多個外設并行工作，CPU根據需要可以啟動