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计算机组成与结构
(第8章)
2009年11月
第8章输入/输出系统
输入/输出系统概述
输入设备
显示设备和打印设备
程序中断输入输出方式
DMA输入输出方式
通道控制方式和外围处理机方式
总线结构
外设接口
输入/输出系统概述
1. 输入输出系统概念(P294,P326)
中央处理器(CPU)和主存储器(MM)构成计算机的主体,称为主机。主机以外的大部分硬设备都称为外部设备或外围设备,简称外设。它包括常用的输入输出设备,外存储器,脱机输入输出设备等。
输入输出系统包括外部设备(输入输出设备和辅助存储器)及其与主机(CPU和存储器)之间的控制部件。后者称之为设备控制器,诸如磁盘控制器、打印机控制器等,有时也称为设备适配器或接口,其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。
2. 外部设备概述
3. 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能
为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择,必须给众多的I/O设备进行编址,也就是给每一台设备规定一些地址码,称为设备号或设备代码。
随着CPU对I/O设备下达命令方式的不同而有以下两种寻址方法:
(1)专设I/O指令,例如,指令IN完成输入,指令OUT完成输出操作。指令的地址码字段指出输入输出设备的设备代码。
(2)利用访存(取数/存数)指令完成I/O功能,使用这种方法时,从主存的地址空间中分出一部分地址码作为I/O的设备代码,当访问到这些地址时,表示被访的不是主存储器,而是I/O设备寄存器(例如,设备数据缓冲寄存器或设备状态寄存器等)。
IBMPC等系列机设置有专门的I/O指令,设备的编址可达512个,部分设备的地址码如表10。1所示。
从表中可见,每一台设备占用了若干个地址码,分别表示相应的设备控制器中的寄存器地址。
设备控制器(I/O接口)的基本功能是:
(1)实现主机和外围设备之间的数据传送控制。其中包括同步控制、设备选择和中断控制等。DMA设备还应具有直接访问存储器功能,并给出存储器地址。CPU发I/O数据传送命令时,必须指明设备地址码,经各设备接口译码后,让选中设备参加数据传送。
(2)实现数据缓冲,以达到主机同外围设备之间的速度匹配。在接口电路中,一般设置一个或几个数据缓冲寄存器。在传送过程中,先将数据送入数据缓冲寄存器,然后再送到目的设备(输出)或主机(输入)。
(3)接受主机的命令,提供设备接口的状态,并按照主机的命令控制设备。
输入输出接口类型有:
(1)按照数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口。在并行接口中,设备和接口是将一个字节(或字)的所有位同时传送。在串行接口中,设备和接口间的数据是一位一位串行传送的,而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一并变换。
(2)按照数据传送的控制方式可分成程序控制输入输出接口,程序中断输入输出接口和直接存储器存取(DMA)接口等。