計(jì)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(jī)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(xiàng)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(jī)內(nèi)； 如何將計(jì)算結(jié)果輸出給用戶； 如何實(shí)現(xiàn)輸入/輸出系統(tǒng)與主機(jī)協(xié)調(diào)工作等。 2、硬件 計(jì)算機(jī)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(jìn)行地址譯碼，以實(shí)現(xiàn)CPU與某一指定設(shè)備間的信息交換； 對(duì)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(jìn)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(shí)序控制，以滿足各種外設(shè)在時(shí)序控制方面的要求等。,主機(jī)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(jì)算機(jī)的輸入數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)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(duì)外設(shè)的控制信息或管理命令，如外設(shè)的啟動(dòng)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(lái)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(shí)可通過對(duì)它的查詢來(lái)決定下一步的操作。 聯(lián)絡(luò)信息：這是主機(jī)和外設(shè)間工作的時(shí)間配合信息，它與主機(jī)和外設(shè)間的信息交換方式密切

3、相關(guān)。外設(shè)識(shí)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(jìn)行信息交換的惟一的設(shè)備。 外設(shè)識(shí)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(jìn)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(jī) 3、按是否需要統(tǒng)一的控制時(shí)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(jī)與外設(shè)間的連接方式,1、星型連接方式 各設(shè)備與主機(jī)的連接接口邏輯設(shè)計(jì)在主機(jī)內(nèi)。,2、總線型連接方式 主機(jī)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(lái)管理I/O操作。,4、輸入輸出處理機(jī)（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(dú)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(jī)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(wú)須查詢接口狀態(tài) 優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)，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(diǎn)：代價(jià)低，CPU利用率低 應(yīng)用：調(diào)試維護(hù)過程或其他簡(jiǎn)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(qǐng)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(diǎn)：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(shí)時(shí)處理 系統(tǒng)調(diào)度：多道程序/頁(yè)面調(diào)度 人機(jī)對(duì)話 其它高級(jí)處理方式：多機(jī)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(lái)自CPU外部（外設(shè)等） 內(nèi)部中斷（源）：來(lái)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(qǐng)求，保證CPU在執(zhí)行 重要程序段時(shí)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(duì) 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(jí)：中斷請(qǐng)求的重要性 中斷嵌套：在低級(jí)中斷處理中響應(yīng)高級(jí)中斷請(qǐng)求,二、 程序中斷方式,兩級(jí)中斷嵌套示意,中斷的基本過程 （1）中斷請(qǐng)求 外設(shè)等中斷源向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求（通過接口） （2）中斷判優(yōu) 當(dāng)多個(gè)中斷請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，決定先響應(yīng)哪個(gè)請(qǐng)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(jìn)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(diǎn)等,二、 程序中斷方式,三、直接存儲(chǔ)器存?。―MA）方式,基本思想： DMA控制器：DMA請(qǐng)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(diǎn)：代價(jià)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(qǐng)求 向CPU請(qǐng)求DMA操作 （3） DMA響應(yīng) CPU在總線周期結(jié)束后查詢DMA請(qǐng)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(qǐng)求到CPU，CPU收回總線控制權(quán),三、直接存儲(chǔ)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(gè)設(shè)備控 制器；執(zhí)行通道程序。 CPU：?jiǎn)?dòng)通道 優(yōu)缺點(diǎn)：代價(jià)高（和中斷和DMA方式比） 傳輸功能強(qiáng)（和DMA方式比） 主要應(yīng)用：中大型計(jì)算機(jī),通道的分類 （1） 選擇通道 每次只選擇一個(gè)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