计算机组成与结构课件9

计算机组成与结构

第9章

输入输出组织

9.1 I/O接口9.1.1 I/O接口的功能1.数据缓冲 2.错误或状态检测 3.控制和定时 4.数据格式转换 5.与主机和设备通信 I/O接口与主机进行通信：

地址译码—接收命令—发送状态、数据/接收数据I/O接口与设备进行通信：

命令译码—接收、发送数据—储存状态、数据

数据在主机和外设间的传送过程CPU 检查设备状态1a 1b 2a 2b

I/O接口 回送设备状态

向设备发送命令

对命令译码 对设备进行控制 从外设取数据 向外设发送数据

取数据/发送数据

3

9.1.2 I/O接口的结构主机侧 接 口 数据缓冲寄存器 数据线 状态寄存器 控制寄存器 地址线 控制线 地址译码与 I/O控制 驱动器 驱动器 驱动器 外设侧 数据线 状态信号 控制命令

9.1.3 I/O接口的分类1) 数据传送方式： 并行接口和串行接口 2) 功能选择的灵活性： 可编程接口和不可编程接口 3) 通用性： 通用接口和专用接口 4) 数据传送的控制方式： 程控式接口、中断式接口和DMA式接口。 5) 设备的连接方式： 点对点接口和多点接口。

9.2 I/O设备的寻址 9.2.1 操作系统在I/O中的作用四个层次： 用户层I/O软件(printf函数) 与设备无关的操作系统I/O软件(控制台I/O) 设备驱动程序(提供若干调用入口) I/O中断处理程序(用户不可见)

9.2.2 I/O端口的编址I/O端口—I/O接口中的各种寄存器 对I/O端口进行编址： 1)独立编址方式: 2)统一编址方式：也被称为“存储映射I/O方式”主存 CPU 总线MEMR MEMW FFFFH 00H 01H 0000H 0001H

CPU

总线 主存 --RD

0000H 0001H 0FFFH 1000H 10FFH 1100H

---

IO端口

WR

IOR IOW

--FFH

主存 --地址译码

FFFFH

IO端口

输入端口的构成送往CPU

三态门

输入端口选择信号 (来自地址译码电路)

锁存器

输入接口

输入设备数据线 输入选 通信号

输入设备

输出端口的构成来自CPU 选通 锁存器

输出接口输出端口选择信号 (来自地址译码电路)

选通信号

输出设备数据线

输出设备

9.3

I/O数据传送控制方式

9.3.1 I/O控制方式类型1.程序直接控制方式 2.程序中断控制方式

3.直接存储器存取方式(DMA方式)4.通道和I/O处理器方式

9.3.2

程序直接控制方式系统数据总线

1)无条件传送方式，也称同步传送方式

三态门 译 码 电 路 ≥1 ≥1

锁存器

RD

来自 输入设备

WR

送往 输出设备

9.3.2

程序直接控制方式

2)条件传送方式(异步传送方式、程序查询方式)数据到 输出完成 (来自输出设备) (送输出设备) U1 Q R C D 数据端口写 +5V U2 U3 D7 接系统数据总线 D0 BUSY 接输出设备数据线

G

74LS273

状态端口读

9.3.2 程序直接控制方式2)条件传送方式(异步传送方式、程序查询方式)D7 A5 A7 M

/IO A6 A4 A3 + A2 A1 A0 & 译码器 G1 Y0 G2a Y1 G2b R C B A D7~D0

Q D +5V

OE CLK

三态输出锁存器

输入完成 (选通)

来自 输入设备

无条件传送方式的特点：

9.3.2 程序直接控制方式

1。接口最简单、程序简单； 2。I/O由CPU发起，外设被动工作； 3。仅适合于简单外部设备(如开关，LED)。

条件传送方式的特点：1。接口电路简单，程序流程简单； 2。CPU与外部设备“串行工作”,CPU效率低

3。对外部设备的响应很快； 4。适合于小系统，CPU负担轻的情况； 5。有多个设备采用查询方式时，可以进行 “巡回检测”

9.4 程序中断方式9.4.1 中断的概念程序运行过程中，由于某个事件的发生，CPU停 止当前程序的执行，转而执行处理该事件的一段 程序。这段程序执行完成后，CPU继续执行被暂 停(中断)的程序。

使用中断的益处：

CPU与外设“并行”工作，CPU的效率得到提高； CPU可以同时控制多台外设工作； CPU可以及时处理各种异常事件；

中断系统：处理中断所需的硬件、软件集合。