学生第章输入输出系统.ppt
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输入输出系统输入输出系统第第8章章8.1输入输出(输入输出(IO)系统概述)系统概述8.1.1输入输出设备的编址输入输出设备的编址8.1.2IO设备数据传送控制方式设备数据传送控制方式8.2程序中断输人输出方式程序中断输人输出方式8.2.1中断的作用、产生和响应中断的作用、产生和响应8.2.2中断处理中断处理8.3DMA输人输出方式输人输出方式8.3.1DMA三种工作方式三种工作方式8.3.2DMA的数据传送过程的数据传送过程教教教教学学学学要要要要求求求求v掌握几种数据传送方式的工作过程掌握几种数据传送方式的工作过程v掌握中断的概念和中断原理掌握中断的概念和中断原理v了解了解DMA的特点和工作原理的特点和工作原理为什么要用接口电路?
为什么要用接口电路?
为什么要用接口电路?
为什么要用接口电路?
u微机的外部设备多种多样微机的外部设备多种多样u外部提供或产生的信号形式多样外部提供或产生的信号形式多样u工作速度方面彼此差别很大工作速度方面彼此差别很大u传输信息的方式不同传输信息的方式不同u接收及传送数据的工作原理不同接收及传送数据的工作原理不同u它们不能与它们不能与CPUCPU直接相连,必须经过中间电路再与系统相连直接相连,必须经过中间电路再与系统相连u这部分电路被称为这部分电路被称为I/OI/O接口电路,通过接口电路对输入接口电路,通过接口电路对输入/输输出过程起一个缓冲和联络的作用。
出过程起一个缓冲和联络的作用。
接口电路的功能:
完成相应的信息变换、速度匹配、数据接口电路的功能:
完成相应的信息变换、速度匹配、数据缓冲等功能。
缓冲等功能。
8.18.1输入输出(输入输出(IIOO)系统概述系统概述接口与主机接口与主机,外设间的连接外设间的连接系统接口系统接口接口接口设备接口设备接口主机主机地址信息地址信息外设识别外设识别设设备备控控制制器器外设外设数据数据(并并)数据数据/命令命令/状态状态数据数据(并并/串串)控制联络信息控制联络信息控制电路控制电路控制联络控制联络数据信息数据信息:
输入数据输入数据,输出数据等输出数据等控制信息控制信息:
CPU:
CPU对外设的控制信息或管理命令对外设的控制信息或管理命令状态信息状态信息:
标志外设的工作状态标志外设的工作状态,例设备准备好例设备准备好,设备忙设备忙/空闲空闲联络信息联络信息:
主机和外设间工作的时间配合信息主机和外设间工作的时间配合信息,例读例读/写命令写命令外设识别信息外设识别信息:
I/O:
I/O寻址信息寻址信息接口功能接口功能寻址能力:
寻址能力:
对送来的片选信号进行识别。
对送来的片选信号进行识别。
输入输入/输出功能:
输出功能:
根据读根据读/写信号决定当前进行的是写信号决定当前进行的是输入操作还是输出操作。
输入操作还是输出操作。
数据转换功能:
数据转换功能:
并行数据向串行数据的转换或串行并行数据向串行数据的转换或串行数据向并行数据的转换。
数据向并行数据的转换。
联络功能:
联络功能:
就绪信号,忙信号等。
就绪信号,忙信号等。
中断管理:
中断管理:
发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发出中斯请求信号、接收中断响应信号、发送中断类型码的功能。
并具有优先级管理功能。
发送中断类型码的功能。
并具有优先级管理功能。
复位:
复位:
接收复位信号,从而使接口本身以及所连的接收复位信号,从而使接口本身以及所连的外设进行重新启动。
外设进行重新启动。
可编程:
可编程:
用软件来决定其工作方式,用软件来设置用软件来决定其工作方式,用软件来设置有关的控制信号。
有关的控制信号。
错误检测:
错误检测:
一类是传输错误。
另一类是覆盖错误。
一类是传输错误。
另一类是覆盖错误。
8.18.1输入输出(输入输出(IIOO)系统概述系统概述输入输出系统输入输出系统输入输出系统输入输出系统:
输入输出系统包括外部设备输入输出系统包括外部设备(输入输出设备和辅助存储器输入输出设备和辅助存储器)及其与主机及其与主机(CPU和存储器和存储器)之间的控制部件之间的控制部件.控制部件称之为控制部件称之为设备控制器设备控制器,或设备适配器或设备适配器,或接口或接口.输入输出地址输入输出地址输入输出地址输入输出地址:
为了便于对为了便于对IO设备进行寻址和选择,必须给众多的设备进行寻址和选择,必须给众多的IO设备进行编址。
由于每个设备进行编址。
由于每个IO设备占有多个设备占有多个IO端口。
端口。
CPU通过访问通过访问IO端口和外设打交道,就如同访问存储器中的数端口和外设打交道,就如同访问存储器中的数据一样。
据一样。
设备号或设备代码设备号或设备代码:
每一台外设被规定的地址码。
每一台外设被规定的地址码。
IO端口寻址方法端口寻址方法:
CPU访问访问IO设备的方法。
设备的方法。
8.1.18.1.1输入输出设备的编址输入输出设备的编址IIOO端口寻址方法端口寻址方法(1111)专门的专门的专门的专门的IIIIOOOO指令指令指令指令例例如如,指指令令:
ININ完完成成输输入入,指指令令OUTOUT完完成成输输出出操操作作。
指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。
指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。
由由相相应应的的控控制制信信号号(如如MMIO#IO#)来来区区分分CPUCPU执执行行的的是是什么指令。
什么指令。
(2222)利用访问存储器指令完成)利用访问存储器指令完成)利用访问存储器指令完成)利用访问存储器指令完成IIIIOOOO功能功能功能功能从从主主存存的的地地址址空空间间中中分分出出一一部部分分地地址址码码作作为为IIOO的的设设备备代代码码,当当访访问问到到这这些些地地址址时时,表表示示被被访访的的不不是是主主存存储储器,而是器,而是IIOO设备端口。
设备端口。
这这时时I/OI/O空空间间和和存存储储器器空空间间是是合合在在一一起起的的,即即I/OI/O设设备备和和存储单元是统一编址的存储单元是统一编址的.接口和端口的概念接口和端口的概念接口和端口的概念接口和端口的概念:
端口是指接口电路中可以被端口是指接口电路中可以被CPUCPU直接访问的寄存器直接访问的寄存器.接口是若干端口加上相应的控制逻辑电路接口是若干端口加上相应的控制逻辑电路.接口部件的接口部件的接口部件的接口部件的I/OI/OI/OI/O端口端口端口端口数据端口、数据端口、控制端口、控制端口、状态端口状态端口CPUCPU和和外外设设进进行行数数据据传传输输时时,各各类类信信息息在在接接口口中中进进入入不不同同的的寄寄存存器器,一一般般称称这这些些寄寄存存器器为为I/OI/O端端口口,每每个个端端口口有有一一个个端端口口地址地址。
用用于于对对来来自自CPUCPU和和内内存存的的数数据据或或者者送送往往CPUCPU和和内内存存的的数数据据起起缓冲作用的,这些端口叫缓冲作用的,这些端口叫数据端口数据端口。
用用来来存存放放外外部部设设备备或或者者接接口口部部件件本本身身的的状状态态,称称为为状状态态端端口口。
用用来来存存放放CPUCPU发发出出的的命命令令,以以便便控控制制接接口口和和设设备备的的动动作作,这这类端口叫类端口叫控制端口控制端口。
输入输出接口类型有:
输入输出接口类型有:
输入输出接口类型有:
输入输出接口类型有:
(11)按数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口)按数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口u并并行行接接口口:
设设备备和和接接口口是是将将一一个个字字节节(或或字字)的的所所有有位同时传送。
位同时传送。
u串行接口串行接口设备和接口间的数据是一位一位串行传送的设备和接口间的数据是一位一位串行传送的;接口和主机之间是按字节或字并行传送接口和主机之间是按字节或字并行传送;接口要完成数据格式的串接口要完成数据格式的串并变换。
并变换。
(22)按照数据传送的控制方式可分成:
)按照数据传送的控制方式可分成:
程序控制输入输出接口、程序控制输入输出接口、程序中断输入输出接口、程序中断输入输出接口、直接存储器存取(直接存储器存取(DMADMA)接口等接口等8.1.28.1.2IIOO设备数据传送控制方式设备数据传送控制方式IIIIOOOO设备数据传送控制方式分为设备数据传送控制方式分为设备数据传送控制方式分为设备数据传送控制方式分为:
u无条件传送方式无条件传送方式u程序查询传送方式程序查询传送方式u程序中断传送方式程序中断传送方式u直接存储器存取方式直接存储器存取方式uI/OI/O通道控制方式通道控制方式u外围处理机方式外围处理机方式1.1.程序直接控制方式程序直接控制方式也叫程序查询方式。
也叫程序查询方式。
CPUCPU不断地询问外设是否准备好:
不断地询问外设是否准备好:
如果准备好,如果准备好,CPUCPU执行执行IOIO操作;否则,操作;否则,CPUCPU一直等待。
一直等待。
CPUCPU大部分时间处于等待状态,利用率不高。
大部分时间处于等待状态,利用率不高。
查询环节查询环节n寻址状态口寻址状态口n读取状态寄存器的标志位读取状态寄存器的标志位n若不就绪就继续查询,直至就绪若不就绪就继续查询,直至就绪传送环节传送环节n寻址数据口寻址数据口n通过输入指令从数据端口读入数据通过输入指令从数据端口读入数据n通过输出指令向数据端口输出数据通过输出指令向数据端口输出数据输入状态输入状态就绪?
就绪?
数据交换数据交换YN2.2.程序中断控制方式程序中断控制方式CPUCPU不去查询外设,当外设准备好后,发出中断不去查询外设,当外设准备好后,发出中断请求,中断请求,中断CPUCPU的程序执行,转去执行中断处理程的程序执行,转去执行中断处理程序,执行序,执行I/OI/O操作,完毕后,恢复原来的程序。
操作,完毕后,恢复原来的程序。
1.1.为什么要采用中断传送方式为什么要采用中断传送方式从程序查询方式的传输过程可以看出,它的优从程序查询方式的传输过程可以看出,它的优点是硬件开销小,使用起来比较简单。
但在此方式点是硬件开销小,使用起来比较简单。
但在此方式下,下,CPUCPU要不断地查询外设的状态,当外设未准备要不断地查询外设的状态,当外设未准备好时,好时,CPUCPU就只能循环等待,不能执行其它程序,就只能循环等待,不能执行其它程序,这样就浪费了这样就浪费了CPUCPU的大量时间,降低了主机的利用的大量时间,降低了主机的利用率。
率。
中断方式中断方式断点断点主程序主程序中断服务程序中断服务程序中断请求中断请求对外设对外设进行处理进行处理继续执行继续执行返回断点返回断点CPU在执行程序中,被内部或外部的事件所打断,转在执行程序中,被内部或外部的事件所打断,转去执行一段预先安排好的中断服务程序;服务结束后,去执行一段预先安排好的中断服务程序;服务结束后,又返回原来的断点,继续执行原来的程序。
又返回原来的断点,继续执行原来的程序。
中断传送是一种效率更高的程序传送方式中断传送是一种效率更高的程序传送方式进行传送的进行传送的中断服务程序是预先设计好的中断服务程序是预先设计好的中断请求是外设随机向中断请求是外设随机向CPUCPU提出的提出的CPUCPU对请求的检测是有规律的对请求的检测是有规律的:
一般是在每条指令:
一般是在每条指令的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚的最后一个时钟周期采样中断请求输入引脚中断还有着非常广泛的应用中断还有着非常广泛的应用DMADMA传送方式的提出传送方式的提出利用中断进行信息传送,可以大大提高利用中断进行信息传送,可以大大提高CPUCPU的利用的利用率,但是其传送过程必须由率,但是其传送过程必须由CPUCPU进行监控。
进行监控。
每次中断,每次中断,CPUCPU都必须进行断点及现场信息的保护都必须进行断点及现场信息的保护和恢复操作,这些都是一些额外的操作,会占用和恢复操作,这些都是一些额外的操作,会占用一定的一定的CPUCPU时间。
时间。
如果需要在内存的不同区域之间,或者在内存与如果需要在内存的不同区域之间,或者在内存与外设端口之间进行大量信息外设端口之间进行大
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- 学生 输入输出 系统