《计算机组成原理》电子课件第5章 输入输出设备与输入输出

1、计算机组成原理电子课件 第5章输入输出设备与 输入输出系统 重庆电大网址： Http:/,输入设备,输出设备,入出接口和总线,外存设备,主存储器,高速缓存,控 制 器,运 算 器,第4章,第5章,第3章,第2章,计算机硬件系统,第五章内容辅导 第五两章的教学内容占全部 教学内容的 20% 。 涉及概念性的知识比较多， 原理性的内容一般理解即可； 实用性的知识较多，有些线 路或设备组成实例，勿背。,第五章内容概要 直控 中断 DMA， 总线 接口 与设备 主总 局部 慢扩展，周期 方式 等待催 识别 缓冲 和状态，控制 中断 等相随 一般组成 和 原理，显示 键盘 打印机,第 五 章,输入 /

2、输出系统 和 输入 / 输出设备 1. 输入 / 输出设备概述 2. 常用 输入设备组成与运行原理 : 终端 键盘 鼠标 3. 常用 输出设备组成与运行原理 : 终端 显示器 打印机（针式 喷墨式 激光）,4. 输入 / 输出系统概述 5. 计算机的总线：总线构成 总线周期 运行方式 等待状态 6. 接口电路：接口电路的功能、 一般组成，串行口实例 7. 常用的输入/输出方式 8. 中断 和 DMA的 处理过程,输入/输出子系统,总线： 连接计算机各功能部件的 逻辑电路和连线，包括管理 信息传输规则的电路被称为 总线。,几个概念及术语,三种总线： 数据总线：传输数据，速度与位数 地址总线：传输

3、地址，位数 控制总线：指明总线周期的类型和 一次入/出操作完成的时刻等信息,几个概念及术语,总线周期的类型: 内存读 内存写 外设读 外设写 中断 和 DMA,几个概念及术语,总线周期：正 常 总 线 周 期： 一次地址时间和 一次数据时间 BURST总线周期： 一次地址时间和多次数据时间,总线的等待状态： 增加的数据时间被称为总线的等待状态。 影响系统的运行效率。,单总线和多总线结构,早期的计算机，如 DEC 公司的 PDP-11 只使用一组总线，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。,CPU,主存,输入 设备,输出 设备,总线,多( 2 或

4、3 )总线结构,当前计算机通常采用多总线结构,CPU,主存,扩展总线 控制线路,I/O设备1,I/O设备2,处理机总线,32MHz,4B8B,ISA / EISA,8.33MHz 1 , 2 , 4 B,二总线结构,. . . . .,多( 2 或 3 )总线结构,-,CPU,主存,PCI桥,I/O设备1,I/O设备2,处理机总线,66MHz,4B8B,ISA / EISA,8.33MHz 1 , 2 , 4 B,三总线结构,. . . . .,PCI BUS,33MHz 4B,扩展总线 控制线路,I/O设备3,I/O设备4,接快速设备,接慢速设备,通用可编程接口电路,通 用 : 能有多种用法

5、与入/出功能 可编程: 能通过指令指定接口的功能 和运行控制参数等,通用可编程接口电路,接口内的组成部分: 设备识别线路 数据缓冲寄存器（输入/输出） 控制寄存器 状态寄存器,通用可编程接口电路,中断电路 (中断触发器,中断屏蔽触发器 等) 电平转换及串行/并行转换电路等,常用的输入/输出方式,程序直接控制方式(状态循环 查询) 简单，CPU效率低，CPU、外 设串行 程序中断传送方式 CPU利用效率略高，CPU、外 设并行,常用的输入/输出方式,直接内存访问方式 (DMA) 外设直接访问内存， CPU利 用率更高 I / O 通道控制方式 外围处理机方式,有关中断的概念与术语,中断源及分类:

6、 内/外中断 软件中断 中断优先级 中断请求 中断响应 禁止(开/关)中断 中断屏蔽 中断嵌套,有关中断的概念与术语,中段处理过程: 关中断 保存断点和现场 判中断源并转入中断服务程序 开中断 执行中断服务程序 关中断 恢复现场和断点 开中断 返回断点,DMA 的概念与处理,DMA 是在高速外设和 主存储器之间自动成批 传送信息、以尽量减少 CPU 干预的入/出方式.,DMA 卡上应包括 通用接口卡的全部组成部分, 并多出如下内容: 主存地址寄存器，传送字数计数器 DMA 控制逻辑 : DMA 请求 DMA响应 DMA工作方式 DMA优先级及排队逻辑 等,一次完整的 DMA 传送过程,DMA

7、预处理 CPU 向 DMA 送命令, 如 DMA 方式， 主存地址，传送的字数等， 之后 CPU 执行原来的程序,DMA 控制在 I/O 设备与主 存间交换数据 准备一个数据, 向CPU发 DMA请求,取得总线控制权， 进行数据传送，修改卡上 主存地址，,修改字数计数器内且 检查其值是否为零, 不为零则继续传送， 若已为零，则向 CPU 发中断请求.,第五章作业 第五章习题中的 第2题， 第 4题，第 9题， 第14题，第15题，第19题 第27题，第29题。 （8个作业题均必做）,附：使用串行接口的教学实验 (1) 教学实验计算机介绍 教学计算机上有串行接口， 8位并行与主机交换信息， 串行地和PC仿真终端通信， 用IN、OUT指令完成入出， 采用状态查询方式工作。,（2）教学实验内容 在教学计算机已有监控程序， 串行口能正常运行，串行口的 端口地址:00(数据),01(状态)， 参照教材上已有的I/