《计算机组成原理》 课件 第5章 输入输出系统.pptx

第5章输入输出系统;5.1.1输入/输出接口

常见的输入/输出(I/O)设备和计算机主机的相互连接方式是：先通过输入/输出(I/O)接口连接到计算机系统总线上，然后通过总线再与计算机的主机相连接。;1.输入/输出接口的功能

（1）速度匹配：通过接口可以解决主机和I/O设备之间连接时的速度差异问题。

（2）时序配合：通过接口电路可以实现I/O设备和主机不同时序的相互协同。

（3）信息转换：通过接口电路来解决信息转换的问题。

2.输入/输出接口的结构

;接口中主要部件作用如下：

（1）数据寄存器

数据寄存器起数据缓冲作用，作为输入时，它保存输入设备向CPU发送的数据（称为数据输入寄存器）；作为输出时，保存CPU准备向输出设备发送的数据（称为数据输出寄存器）。

（2）状态寄存器

状态寄存器反映I/O设备或接口电路的工作状态，便于CPU及时了解I/O设备的工作状态，能通过查询方式实现信息传递。

（3）控制寄存器

控制寄存器主要用于确定接口电路的工作方式。

（4）其他：接口电路中还有一些命令译码、端口地址译码等控制电路。;3.输入/输出端口的编址方式

（1）什么是端口

I/O接口中的数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器又称为端口。

一个接口可以有多个端口，如数据端口对应于数据寄存器，状态端口对应于状态寄存器，命令端口对应于控制寄存器。每个端口寄存器都有自己的地址，称为端口地址。

（2）端口的编址方式

I/O端口编址方式有统一编址方式和独立编址方式两种方式。

统一编址

所谓统一编址，是把I/O端口地址和主机中的主存储器（主存）的存储单元地址一起编址。

②独立编址

独立编址又称为不统一编址。所谓独立编址是指：把I/O设备的端口地址和主存的存储单元地址分开单独进行编号，这样两个地址空间独立，互不影响。;5.1.2输入/输出系统的数据传送方式;2.查询传送方式

查询传送方式也称为条件传送方式。下图是采取查询方式的打印机硬件接口图。

;查询传送方式程序流程图。

;3.中断传送方式

为了提高CPU的利用率和进行实时数据处理，CPU常采用中断方式与外设交换数据。

什么是中断方式

中断是指CPU在执行自己的程序（称为主程序）时，被内部或外部的事件打断，转去执行一段事先安排好的为处理这一事件的中断服务程序，在中断服务程序结束后，又返回原来的断点继续执行原来的程序的过程。

采用中断的方式传送数据称为中断传送方式。

中断服务程序

中断服务程序要按照以下流程编写：保护现场→中断服务→恢复现场→中断返回。

;采用中断方式的打印机硬件接口图

在硬件设计上，所有的CPU都至少会有一个以上的外部中断请求引脚，用来接收外部中断请求，比如8086CPU的这个引脚用INTR来标记。

;中断方式的特点

优点：利用中断服务程序进行数据传送，可实现外设和CPU并行工作，提高了CPU的工作效率。

缺点：中断管理的硬件和软件实现过程十分复杂，在带来好处的同时，硬件和软件的设计难度更大。在大批量数据传送时，会造成数据传输效率的降低。

4.DMA传送方式

DMA（DirectMemoryAccess）传送方式，也称为直接存储器存取方式。

应用场合

DMA方式主要应用于某种特定类型的外设和内存进行数据传送，这种外设在一段时间内需要大批量和内存交换数据。比如：硬盘。

;DMA方式

DMA方式采取的是在主存和外设之间开辟一条专门的数据通道，这个数据通道在特殊的硬件电路——DMA控制器的控制下，直接进行数据传送而不必通过CPU，不需要使用I/O指令进行传送。

DMA方式的工作过程

DMA控制器首先要向CPU发出总线请求信号HRQ，要求CPU让出对总线的控制权。拿到总线控制权后，DMA控制器取代CPU，临时接管总线，控制外设和存储器之间直接进行高速数据传送，在结束高速数据传送前再不需要CPU干预。

外设和主存的大批量数据传送，实际上是一个大的数据块从一个外设搬入（读）主存或者从主存搬入（写）外设的过程。

;5.2输入输出设备

5.2.1输入设备

1.键盘

2.鼠标

3.扫描仪

4、数码影像设备

5.2.1输出设备

1.显示器

2.打印机

3.绘图仪