输入输出系统.pptx

第1页/共69页输入输出系统第2页/共69页本章主要内容计算机输入输出系统概述计算机总线的功能与组成计算机输入输出接口概述常用的输入输出方式概述P266第3页/共69页计算机输入输出系统概述输入输出系统的作用连通计算机的各个功能部件和设备，并在它们之间实现数据交换输入输出系统的组成硬件部分主要由计算机总线和输入输出接口两部分组成，软件方面需要操作系统的支持系统复杂多变的原因太多的CPU系列和型号：运行速度、处理功能、接口逻辑各不相同；更多的外围设备：运行原理、提供的功能、读写速度、接口逻辑千差万别不同的用户、不同的应用场合提出众多不同的使用要求，无法使用一种方式、一套方法全面解决问题P266第4页/共69页计算机输入输出系统概述解决问题的途径建立公用的交换信息的通路，提供各部件协调使用通路的规则，这个通路就是计算机总线在众多不同的CPU和各种不同的外围设备之间设置功能电路，解决二者之间的连接、沟通、匹配、缓冲等，这个功能电路就是设备接口卡（输入输出接口）支持多个I/O设备并发执行输入输出操作，降低输入输出操作对CPU干预的需求，采用多种不同的输入输出方式，例如中断方式、DMA方式等P267第5页/共69页计算机原理及系统结构 第四十四讲主讲教师：赵宏伟　学时：64第6页/共69页第11章输入输出系统第7页/共69页本章主要内容计算机输入输出系统概述计算机总线的功能与组成计算机输入输出接口概述常用的输入输出方式概述第8页/共69页事务协议时序和信号规范一组导线电气信号规范接口的物理/机械特性计算机总线概述总线是计算机各个部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。第9页/共69页计算机总线概述在任何时刻，只可以有一个部件向总线上发送信息，但却可以有一个或多个部件同时接收信息。控制向总线发送信息通常用带有高阻态输出的选通门实现。总线低高高ABCP268第10页/共69页地址总线 ABCPUI/O接口输出设备I/O接口存储器输入设备数据总线 DB控制总线 CB计算机总线概述承担不同功能的三种总线数据总线：传输数据信息，频率与宽度正比于吞吐量地址总线：传输地址信息，宽度决定了内存寻址空间控制总线：给出总线周期类型、I/O操作完成时刻、DMA周期、中断等有关的控制信号等第11页/共69页计算机总线概述总线周期以及相关概念总线周期：通过总线完成一次内存读写操作或者完成一次I/O设备读写操作所需的时间，一般由地址时间和数据时间两个时间段组成地址时间：CPU向内存或IO设备送出地址信息到地址总线 数据时间：CPU完成数据读写 周期类型：一般分为内存读周期、内存写周期、 I/O读周期、 I/O写周期四种类型总线的等待状态：由于被读写的部件或设备速度慢，一次数据时间内不能完成读写操作，就要增加一个或多个数据时间继续完成读写操作，在这增加的数据时间里，称总线处于等待状态。它影响系统的运行效率，降低系统的性能。第12页/共69页地址线地址数据线数据寻址信息传送总线占用期间单周期数据传输方式地址线无效地址...数据线数据1数据2数据3数据n寻址信息传送总线占用期间 猝发数据传输方式计算机总线概述正常总线周期：每次数据传输都由一次地址时间和一次数据时间组成。（单周期数据传输方式）Burst总线周期：数据传输由一次地址时间和多次数据时间组成，即给出一次地址信息，连续传送多个数据。（猝发数据传输方式）第13页/共69页计算机总线的结构单总线结构：早期的计算机，如美国 DEC 公司PDP-11 机只使用一组总线，所有的部件和设备都接在这唯一的总线上，包括数据总线，地址总线，控制总线，其优点是结构简单，成本低廉，缺点是运行效率低。总线输出设备输入设备CPU主存P269第14页/共69页计算机总线的结构总线性能（数据输入/输出的吞吐量）对计算机系统总体性能有重大的影响，提高总线性能，一是尽量提高CPU总线本身的速度，二是从总线结构多提供几组总线（铁路可以修复线，公路可以有多条，计算机当然也可以提供几组总线）。多总线结构双总线：是指是指在计算机中配置两组总线，即在处理机总线上通过一块扩展总线的控制线路，提供出另外一组总线，称为输入/输出总线，比较常用的有工业标准总线（ISA）和扩展的工业标准总线（EISA），主要用于连接一般的输入/输出设备。三总线：是指在计算机中配置3组总线，即在处理机总线上通过一块被称为PCI桥的控制线路，提供出一组高性能的局部总线，称为PCI总线，而把原来的ISA总线和EISA总线从处理机总线上断开，并通过IO控制线路连接到这里的PCI总线上。把一些慢速的输入/输出设备接到EISA（ISA）总线上。第15页/共69页计算机总线的结构几种常用的标准总线ISA（Industrial Standard