10 第十章 输入输出系统.ppt

第10章输入、输出(I/O)系统
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输入输出(I/O)系统概述

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。本章主要介绍设备控制器的工作原理及其与主机之间传送数据的协议,即系统总线。
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功能
接口是计算机与I/O设备或其他系统之间所设置的逻辑控制部件,也称I/O控制器。
接口的引入:
外设类型不同:
机械、电子、机电、电磁
传送信息类型:
数字量、模拟量
传送速度
传送方式:
串行、并行
编码方式:
能实现数据缓冲和数据锁存
能完成信息格式和电平的转换
能进行地址译码和设备选择
能保证数据传送的定时与协调
功能:
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外围设备接口的结构
接口地址
地址
译码
器
数据寄存器
命令寄存器
RD
WE
地址
有效
总线
数据线
地址线
外设接口
外设控制信号
外设数据
外设状态
状态寄存器
I/O接口
功能演示
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CPU和外设之间通常传递的信息:数据、状态、控制
组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接口和接口与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线
CPU
控制电路
DR
SR
CR
I/O
设备
地址
数据
IO/M
RD
WR
数据
状态
控制
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2. I/O接口分类
结构方式
并行和串行
收发配合方式
同步和异步
数据传送配合方式
程序传送、中断传送、DMA、通道、IO处理器
电路规模
简单接口、可编程接口、外设接口适配器
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3. 输入输出接口的编址方式
在接口电路中通常都具有多个可由CPU进行读写操作的寄存器,每个寄存器也叫做“端口”。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设备的端口进行编址,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) 存储器、I/O接口统一编址
将接口电路中的端口地址与存储单元统一编址
优:访存指令可访问端口,这样寻址类型多,编程较方便。缺:占用存储器空间;速度慢。
(2) I/O端口独立编址
给I/O接口中的各端口提供与存储器空间完全分开、完全独立的I/O地址空间。
优:专门的I/O指令,与访存分开;指令执行快;不占内存地址空间。缺:需专用指令、寻址方式少。
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IBM PC等系列机设置有专门的I/O指令(IN和OUT),设备的编址可达512个,部分设备的地址码如表 。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。
I/O设备
占用地址数
地址码(16进制)
硬盘控制器
软盘控制器
彩色图形显示器
异步通信控制器
16
8
16
8
320----32FH
3F0----3F7H
3D0----3DFH
3F8----3FFH
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主机与外设间 数据传送控制方式
一、程序直接控制(program direct control ) 传递方式
二、程序中断传送(program interrupt transfer)方式
三、直接存储器存取(direct memory access) 方式——DMA
四、I/O通道控制(I/O channel control)方式
五、外围处理机(peripheral processor unit)方式
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信号传输过程
状态寄存器
数据寄存器
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控制
器
ALU
数据寄存器
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地址寄存器
设备驱动电路
数据寄存器
地址译码器
设备接口
CPU
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