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文檔簡(jiǎn)介
《計(jì)算機(jī)組成原理》
第10講
第5章輸入輸出系統(tǒng)(5.1-5.2)主講人:李淑芝第5章輸入輸出系統(tǒng)5.6DMA方式5.5程序中斷方式5.4程序查詢(xún)方式5.3I/O接口5.2外部設(shè)備5.1概述本課學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo):了解輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展和組成,掌握I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式與信息傳送控制方式;了解常見(jiàn)I/O設(shè)備的組成和工作原理。重點(diǎn):I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式與信息傳送控制方式。難點(diǎn):選擇采用中斷方式或DMA方式的理由。教學(xué)要求復(fù)習(xí)舊課計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)怎么樣才能“永久性”保存呢?
引入新課數(shù)據(jù)是如何輸入到存儲(chǔ)器?又是怎樣從存儲(chǔ)器輸出的?
5.1概述5.1.1
輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況(1)早期分散連接CPU和I/O串行工作程序查詢(xún)方式(2)接口模塊和DMA階段總線(xiàn)連接CPU和I/O并行工作(3)具有通道結(jié)構(gòu)的階段(4)具有I/O處理機(jī)的階段中斷方式DMA方式I/O設(shè)備與主存交換信息通過(guò)CPU5.1.2
輸入輸出系統(tǒng)的組成(1)I/O軟件I/O指令通道指令CPU指令的一部分通道自身的指令指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令如IBM/370通道指令為64位(2)I/O硬件設(shè)備I/O接口設(shè)備設(shè)備控制器通道操作碼命令碼設(shè)備碼5.1概述5.1.3
I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式(1)I/O編址方式統(tǒng)一編址不統(tǒng)一編址用取數(shù)、存數(shù)指令有專(zhuān)門(mén)的I/O指令(2)設(shè)備選址用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中(3)傳送方式串行并行5.1概述(4)聯(lián)絡(luò)方式立即響應(yīng)異步工作采用應(yīng)答信號(hào)
“Ready”“Strobe”I/O接口I/O設(shè)備CPU并行5.1.3
I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式5.1概述數(shù)據(jù)字命令字命令字01101000起始位終止位9.09ms2×
9.09ms同步工作采用同步時(shí)標(biāo)串行起始位終止位9.09ms2×
9.09ms(4)聯(lián)絡(luò)方式異步工作采用應(yīng)答信號(hào)
5.1.3
I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式5.1概述(5)I/O與主機(jī)的連接方式輻射式連接總線(xiàn)連接外設(shè)Ⅰ外設(shè)Ⅱ外設(shè)Ⅲ主機(jī)不便于增刪設(shè)備每臺(tái)設(shè)備都配有一套控制線(xiàn)路和一組信號(hào)線(xiàn)便于增刪設(shè)備5.1.3
I/O與主機(jī)的聯(lián)系方式5.1概述5.1.4信息傳送控制(1)程序查詢(xún)方式CPU和I/O串行工作踏步等待CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)未準(zhǔn)備就緒出錯(cuò)從I/O接口中讀一個(gè)字到CPU從CPU向主存寫(xiě)入一個(gè)字CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否未準(zhǔn)備就緒現(xiàn)行程序是出錯(cuò)已準(zhǔn)備就緒否5.1概述現(xiàn)行程序解:①CPU每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢(xún),所需的時(shí)鐘周期數(shù)為:100×30
=3000②對(duì)于硬盤(pán),每32位被CPU查詢(xún)一次,故每秒查詢(xún):2MB/4B=512K次,則每秒查詢(xún)的時(shí)鐘周期數(shù)為:例5.1
在程序查詢(xún)方式的輸入輸出系統(tǒng)中,假設(shè)不考慮處理時(shí)間,每一次查詢(xún)操作需要100個(gè)時(shí)鐘周期,CPU的時(shí)鐘頻率為50MHz?,F(xiàn)有鼠標(biāo)和硬盤(pán)兩個(gè)設(shè)備,且CPU必須每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢(xún),硬盤(pán)以32位字長(zhǎng)為單位傳輸數(shù)據(jù),即每32位被CPU查詢(xún)一次,傳輸率為2MBps。求CPU對(duì)這兩個(gè)設(shè)備查詢(xún)所花費(fèi)的時(shí)間比率,可得出什么結(jié)論?CPU時(shí)鐘頻率為50MHz,即每秒50×106個(gè)時(shí)鐘周期,故對(duì)鼠標(biāo)的查詢(xún)占用CPU的時(shí)間比率為:[3000/(50×106)]×100%=0.006%,故對(duì)鼠標(biāo)的查詢(xún)基本不影響CPU性能。100×512×1024=52.4×106,故對(duì)硬盤(pán)的查詢(xún)占用CPU的時(shí)間比為:[(52.4×106)/(50×106)×100%=105%,CPU將全部時(shí)間用于對(duì)硬盤(pán)的查詢(xún)也不夠,故其不用程序查詢(xún)方式。(2)程序中斷方式I/O工作CPU不查詢(xún)CPU暫停現(xiàn)行程序自身準(zhǔn)備與主機(jī)交換信息CPU和I/O并行工作
啟動(dòng)I/O現(xiàn)行程序
………中斷服務(wù)程序KK+1…沒(méi)有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序5.1.4信息傳送控制5.1概述程序中斷方式流程CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否?CPU做其他事情I/O設(shè)備工作準(zhǔn)備就緒CPUI/O從CPU向主存寫(xiě)入一個(gè)字CPU主存從I/O接口中讀一個(gè)字到CPUI/OCPU中斷請(qǐng)求I/OCPU出錯(cuò)是否未錯(cuò)(3)DMA方式主存和I/O之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序周期挪用(周期竊?。〤PU和I/O并行工作存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)I/O與主存的傳送5.1.4信息傳送控制三種方式的CPU工作效率比較存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)I/O與主存之間的傳送CPU
執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU查詢(xún)等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)CPU
執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)I/O中斷請(qǐng)求I/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備CPU處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)I/O與主機(jī)之間的傳送間斷啟動(dòng)I/O啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期DMA請(qǐng)求程序查詢(xún)方式程序中斷方式DMA方式I/O準(zhǔn)備及傳送5.2外部設(shè)備5.2.1概述外部設(shè)備大致分三類(lèi):鍵盤(pán)鼠標(biāo)打印機(jī)顯示器磁盤(pán)光盤(pán)磁帶5.2.2輸入設(shè)備(1)鍵盤(pán)(2)鼠標(biāo)(3)觸摸屏按鍵判斷哪個(gè)鍵按下將此鍵翻譯成ASCII碼(編碼鍵盤(pán)法)(1)人機(jī)交互設(shè)備(2)計(jì)算機(jī)信息駐留設(shè)備(3)機(jī)—機(jī)通信設(shè)備調(diào)制解調(diào)器等機(jī)械式、光電式(1)顯示器字符顯示圖形顯示圖像顯示字符發(fā)生器主觀圖像客觀圖像(2)打印機(jī)擊打式非擊打式點(diǎn)陣式(逐字、逐行)噴墨(逐字)激光(逐頁(yè))5.2外部設(shè)備5.2.3輸出設(shè)備問(wèn)題1:什么是顯示存儲(chǔ)器(刷新存儲(chǔ)器)?其容量與什么因素有關(guān)?全國(guó)碩士研究生入學(xué)考試題:假定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的顯示存儲(chǔ)器用DRAM芯片實(shí)現(xiàn),若要求顯示分辨率為1600*1200,顏色深度為24位,幀頻為85Hz,顯示總帶寬的50%用來(lái)刷新屏幕,則需要的顯存總帶寬至少約為:A.245MbpsB.979MbpsC.1958MbpsD.7834Mbps答案:D5.2.4其他(1)A/D、D/A(2)終端(3)漢字處理5.2.5多媒體技術(shù)完成顯示控制與存儲(chǔ)鍵盤(pán)管理及通信控制模擬/數(shù)字(數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器漢字輸入、漢字存儲(chǔ)、漢字輸出(1)什么是多媒體(2)多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)由鍵盤(pán)和顯示器組成5.2外部設(shè)備問(wèn)題2:漢字處理設(shè)備工作原理?問(wèn)題3:多媒體計(jì)算機(jī)涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)?課堂練習(xí)題:1.下述I/O控制方式中,主要由程序?qū)崿F(xiàn)的是
______。A.PPU(外圍處理機(jī))方式B.中斷方式C.DMA方式D.通道方式答案:B2.當(dāng)采用______對(duì)設(shè)備進(jìn)行編址情況下,不需要專(zhuān)門(mén)的I/O指令組。A.統(tǒng)一編址法B.單獨(dú)編址法C.兩者都是D.兩者都不是答案:A3.下面敘述中,______是正確的。A.總線(xiàn)一定要和接口相連B.接口一定要和總線(xiàn)相連C.通道可以替代接口D.總線(xiàn)始終由CPU控制和管理答案:B課堂練習(xí)題:4.在微型機(jī)系統(tǒng)中,外圍設(shè)備通過(guò)______與主板的系統(tǒng)總線(xiàn)相連接。A.適配器B.設(shè)備控制器C.計(jì)數(shù)器D.寄存器答案:A5.帶有處理器的設(shè)備一般稱(chēng)為_(kāi)_____設(shè)備。A.智能化B.交互式C.遠(yuǎn)程通信D.過(guò)程控制答案:A課堂練習(xí)題:6.計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備是指______。A.輸入/輸出設(shè)備B.外存儲(chǔ)器C.遠(yuǎn)程通信設(shè)備D.除了CPU和內(nèi)存以外的其它設(shè)備答案:D7.CRT的顏色數(shù)為256色,則刷新存儲(chǔ)器每個(gè)單元的字長(zhǎng)是______。A.256位B.16位C.8位D.7位答案:C課堂練習(xí)題:8.某刷新存儲(chǔ)器所需的帶寬為160MB/S。實(shí)際工作時(shí),顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%用于刷新屏幕,保留50%帶寬用于其他非刷新功能。問(wèn)刷存總帶寬應(yīng)為多少?為達(dá)到這樣的刷存帶寬,應(yīng)采
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