计算机组成原理第七章输入输出系统[一]技术总结.ppt

第七章 输入 输出系统;输入输出(I/O)系统是计算机系统中控制与实现主机与外界交换数据的软、硬件系统. 它包括输入输出设备、输入输出接口(接口控制器)及相关控制软件,其中I/O接口是用来连接主机与I/O设备的,三者的关系如下:; ;;;;;2.寻址 CPU欲访问的设备号通过地址线送至所有设备的接口,每个接口均具有选址功能,只有当地址线上的设备号与本接口的设备号一致时,相应的设备才能通过命令线、状态线和 数据线与主机交换信息.;3.传送主机指令 只有被选中设备接口中的“控制端口”才能接受和识别主机传送来的命令,并将命令传送到设备.;4.传送数据及缓冲 (1) 接口中必须有数据通路,完成数据传送; (2) 接口应具有对数据信息传送速度的缓冲作用,即能将数据暂存在“数据端口”中,以实现速度上的匹配. ;5. 反映设备工作状态 接口设置一些反映设备工作状态的触发器,以便能随时采集并保存设备的工作状态(如“忙”、“就绪”、”、“错误”、“中断请求”等),以备主机查询. ;;I/O端口;例：I/O的编址方式采用统一编址时,存储单元和I/O设备是靠( )加以区分. A. 不同的地址线 B.不同的地址码 C. 不同的控制线 例： I/O采用统一编址时,进行输入输出操作的指令是( ). A. 控制指令 B.访存指令 C. 输入输出指令 例： I/O采用不统一编址时, 进行输入输出操作的指令是( ). A. 控制指令 B.访存指令 C. 输入输出指令 ;;第七章 输入 输出系统;7.2.1程序查询方式(程序直接控制方式(Program Direct Control，PDC) )流程 由CPU执行一段输入输出程序来控制实现主机与外设之间的数据传送.一旦某外设被选中并启动之后,主机将查询这个外设的某些状态位,看其是否准备就绪?若外设未准备就绪,主机将再次查询;若准备就绪,则执行一次I/O操作. 单个设备的查询流程见下图. ; ; (4) 数据输入输出要经过CPU控制,CPU与设备、设备与设备均不能实现并行工作; (5) 用于连接低速外设.;7.2.2 程序查询方式的接口电路; 当地址线上的设备号与本设备号相符时,SEL有效,可以接收命令;数据端口用于存放 欲传送的数据;D是完成触发器,B是 工作触发器. 以输入设备 为例,接口工作如下: ① CPU通过I/O指令启动输入设备时,指令的设备码字段通过地址线 送至 设备 选择电路; ② 若该接口地址码与地址线上的地址码吻合,其输出SEL有效; ③ I/O指令的启动命令经过“与非”门将B置“1”,将D置“0”； ④ 由B触发器启动设备 工作; ; ⑤ 输入设备将数据送至 数据端口; ⑥ 由设备发设备工作结束信号,置D为“1”;B为“0”,表示外设准备就绪; ⑦ D触发器以“准备就绪”状态通知CPU,表示“数据缓冲满”； ⑧ CPU执行输入指令,将数据端口中的数据送至CPU的通用寄存器，再存入主存单元.;例:在程序查询的I/O系统中,有三个不同的外设.假定一个查询操作需要50个时钟周期,CPU的时钟频率为10MHz.求CPU在以下三种情况下为I/O查询所花费的时间比率(百分比),假定必须进行足够的查询以免丢失数据并假定不考虑各设备的相互等待即分别计算. (1)对终端每秒进行30次查询. 解: 每秒花在终端查询上的时钟周期数为 30 ×50=1500； 根据CPU的时钟频率为10MHz,即每秒10×106个时钟周期,占用CPU时间比率为 1500/10M=0.015%;结论—— 终端查询基本不影响CPU性能. (2)CPU向打印机的数据传输按字节进行,即每1个字节被CPU查询一次,数据传输率为10KB/s. 解： 每秒查询次数为10KB/1B=10K次； 查询所需时钟数为 10K × 50=500K;占用CPU的时间比率为 500K/10M=500 × 1000/107=5% 结论—— 打印机的查询开销大于终端,尚可承受. (3)硬盘传输数据以字节为单位,即每1个字节被CPU查询一次传输率为200KB/s. 解: 每秒查询次数为200K； 查询所用时钟周期数为 200K × 50=10000K次 ;占用CPU的时间比率为 10000 × 1000/107=100% 结论—— CPU需要将全部时间用于对硬盘查询才能满足硬盘传输的要求,即程序查询方式只适合与低速外设.;第七章 输入 输出系统; 7.3 程序中断方式;;主程序;例：设某外设向CPU传送信息