第10讲——第5章 输入输出系统(5.1-5.2)

1、第第10讲讲第第5章章 输入输出系统（输入输出系统（5.1-5.2）主讲人：李淑芝主讲人：李淑芝5.6 DMA方式方式5.5 程序中断方式程序中断方式5.4 程序查询方式程序查询方式5.3 I/O接口接口5.2 外部设备外部设备5.1 概述概述本课本课学习学习l教学目标：教学目标：了解输入输出系统的发展了解输入输出系统的发展和组成，掌握和组成，掌握I/O设备与主机的联系设备与主机的联系方式与信息传送控制方式；了解常见方式与信息传送控制方式；了解常见I/O设备的组成和工作原理。设备的组成和工作原理。l重点：重点：I/O设备与主机的联系方式与设备与主机的联系方式与信息传送控制方式。信息传送控制方式

2、。l难点：难点：选择采用中断方式或选择采用中断方式或DMA方方式的理由。式的理由。l计算机中的数据怎么样才能计算机中的数据怎么样才能“永久性永久性”保存呢？保存呢？ l数据是如何输入到存储器？又是怎样数据是如何输入到存储器？又是怎样从存储器输出的？从存储器输出的？ 5.1.1 输入输出系统的发展概况输入输出系统的发展概况（1）早期）早期分散连接分散连接CPU 和和 I/O 串行串行 工作工作程序查询方式程序查询方式（2）接口模块和）接口模块和 DMA 阶段阶段总线连接总线连接CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作（3）具有通道结构的阶段）具有通道结构的阶段（4）具有）具有 I/O 处理机的阶

3、段处理机的阶段中断方式中断方式DMA 方式方式I/O设备与主存交换信息通过设备与主存交换信息通过CPU5.1.2 输入输出系统的组成输入输出系统的组成（1）I/O 软件软件l 通道指令通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出数组的首地址、传送字数、操作命令指出数组的首地址、传送字数、操作命令如如 IBM/370 通道指令为通道指令为 64 位位（2）I/O 硬件硬件设备设备I/O 接口接口设备设备设备控制器设备控制器通道通道操作码操作码命令码命令码设备码设备码5.1.3 I/O 与主机的联系方式与主机的联系方式（1）I/O 编址方式编址方式l 统一编址统一编址l

4、 不统一编址不统一编址用取数、存数指令用取数、存数指令有专门的有专门的 I/O 指令指令（2）设备选址）设备选址l 用设备选择电路识别是否被选中用设备选择电路识别是否被选中（3）传送方式）传送方式l 串行串行l 并行并行（4）联络方式）联络方式l 立即响应立即响应l 异步工作采用应答信号异步工作采用应答信号 “Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 设设 备备CPU并行并行5.1.3 I/O 与主机的联系方式与主机的联系方式数据字数据字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起始位起始位终止位终止位9.09ms2 9.09msl 同步工作采用同步时标同步工作采用同步

5、时标串行串行起始位起始位终止位终止位9.09ms2 9.09ms（4）联络方式）联络方式l 异步工作采用应答信号异步工作采用应答信号 5.1.3 I/O 与主机的联系方式与主机的联系方式（5）I/O 与主机的连接方式与主机的连接方式l 辐射式连接辐射式连接l 总线连接总线连接 外设外设 外设外设 外设外设 主主机机不便于增删设备不便于增删设备每台设备都配有一套每台设备都配有一套控制线路和一组信号线控制线路和一组信号线便于增删设备便于增删设备5.1.3 I/O 与主机的联系方式与主机的联系方式5.1.4 信息传送控制信息传送控制（1）程序查询方式）程序查询方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工

6、作踏步等待踏步等待CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态未准备就绪未准备就绪出错出错从从I/O接口中读接口中读 一个字到一个字到CPU从从CPU向主存向主存 写入一个字写入一个字CPU向向I/O发发 读指令读指令CPU读读I/O状态状态检查状态检查状态 完成否完成否未准备就绪未准备就绪现行程序现行程序是是出错出错已准备就绪已准备就绪否否现行程序现行程序解解： CPU每秒对鼠标进行每秒对鼠标进行30次查询，所需的时钟周期数次查询，所需的时钟周期数为：为：100 30 = 3000 对于硬盘，每对于硬盘，每 32位被位被CPU查询一次，故每秒查询：查询一次，故每秒查询： 2MB / 4B=512

7、K次，则每秒查询的时钟周期数为：次，则每秒查询的时钟周期数为： CPU时钟频率为时钟频率为50 MHz，即每秒，即每秒50 106个时钟周期，个时钟周期，故对鼠标的查询占用故对鼠标的查询占用CPU的时间比率为：的时间比率为：3000 / (50 106) 100%=0.006%，故对鼠标的查询基本不影响，故对鼠标的查询基本不影响CPU性能。性能。1005121024=52.4106，故对硬盘的查询占用，故对硬盘的查询占用CPU的时的时间比为：间比为：(52.4106) / (50106) 100%=105%，CPU将全将全部时间用于对硬盘的查询也不够，故其不用程序查询方式。部时间用于对硬盘的查

8、询也不够，故其不用程序查询方式。（2）程序中断方式）程序中断方式I/O 工作工作CPU 不查询不查询CPU 暂停现行程序暂停现行程序自身准备自身准备与主机交换信息与主机交换信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 启动启动 I/O现行程序现行程序 中断服务程序中断服务程序KK+1没有踏步等待现象没有踏步等待现象中断现行程序中断现行程序5.1.4 信息传送控制信息传送控制u程序中断方式流程程序中断方式流程CPU 向向 I/O 发读指令发读指令CPU 读读 I/O 状态状态检查状态检查状态完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 设备工作设备工作准备就绪准备就绪CPU I/O从从 CP

9、U 向主存写入一个字向主存写入一个字CPU 主存主存从从 I/O 接口中读一个字到接口中读一个字到CPUI/O CPU中断请求中断请求I/O CPU出错出错是是否否未错未错（3）DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之间有一条直接数据通道之间有一条直接数据通道不中断现行程序不中断现行程序周期挪用（周期窃取）周期挪用（周期窃取）CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存的传送与主存的传送5.1.4 信息传送控制信息

10、传送控制三种方式的三种方式的 CPU 工作效率比较工作效率比较存取周期结束存取周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序DMA请求请求启动启动I/OI/O准备准备I/O准备准备一个存取周期一个存取周期实现实现I/O与主存与主存之间的传送之间的传送CPU 执行执行现行程序现行程序CPU查询等待并传输查询等待并传输I/O数据数据CPU 执行执行现行程序现行程序启动启动I/OI/O 准备及传送准备及传送指令执行周期结束指令执行周期结束CPU 执行现行程序执行现行程序CPU 执行现行程序执行现行程序启动启动I/O中断请求中断请求I/O准备准备I/O准备准备CPU 处理中断

11、服务程序处理中断服务程序实现实现 I/O 与主机之间的传送与主机之间的传送间间断断启动启动I/O启动启动I/OI/O准备准备中断请求中断请求启动启动I/OI/O准备准备一个存取周期一个存取周期DMA请求请求程序程序查询查询方式方式程序程序中断中断方式方式DMA 方式方式I/O 准备及传送准备及传送5.2.1 概述概述外部设备大致分三类：外部设备大致分三类：键盘键盘 鼠标鼠标 打印机打印机 显示器显示器 磁盘磁盘 光盘光盘 磁带磁带5.2.2 输入设备输入设备（1）键盘）键盘（2）鼠标）鼠标（3）触摸屏）触摸屏按键按键判断哪个键按下判断哪个键按下将此键翻译成将此键翻译成 ASCII 码码 （编码

12、键盘法）（编码键盘法）（1）人机交互设备）人机交互设备（2）计算机信息驻留设备）计算机信息驻留设备（3）机）机 机通信设备机通信设备调制解调器等调制解调器等机械式、光电式机械式、光电式（1）显示器）显示器l 字符显示字符显示l 图形显示图形显示l 图像显示图像显示字符发生器字符发生器主观图像主观图像客观图像客观图像（2）打印机）打印机l 击打式击打式l 非击打式非击打式点阵式（逐字、逐行）点阵式（逐字、逐行）喷墨（逐字）喷墨（逐字）激光（逐页）激光（逐页）5.2.3 输出设备输出设备问题问题1 1：什么是显：什么是显示存储器（刷新存示存储器（刷新存储器）？其容量与储器）？其容量与什么因素有关？

13、什么因素有关？ 假定一台计算机的显示存储器用假定一台计算机的显示存储器用DRAM 芯片芯片实现，若要求显示分辨率为实现，若要求显示分辨率为1600*1200，颜，颜色深度为色深度为24 位，帧频为位，帧频为85Hz，显示总带宽的，显示总带宽的50% 用来刷新屏幕，则需要的显存总带宽至用来刷新屏幕，则需要的显存总带宽至少约为：少约为：A245 MbpsB979 MbpsC1958 MbpsD7834Mbpsl答案：答案：D5.2.4 其他其他（1）A/D、D/A（2）终端）终端（3）汉字处理）汉字处理5.2.5 多媒体技术多媒体技术完成显示控制与存储完成显示控制与存储 键盘管理及通信控制键盘管理

14、及通信控制模拟模拟/数字（数字数字（数字/模拟）转换器模拟）转换器汉字输入、汉字存储、汉字输出汉字输入、汉字存储、汉字输出（1）什么是多媒体）什么是多媒体（2）多媒体计算机的关键技术）多媒体计算机的关键技术由键盘和显示器组成由键盘和显示器组成问题问题2 2：汉字处理：汉字处理设备工作原理？设备工作原理？ 问题问题3 3：多媒体计：多媒体计算机涉及哪些关键算机涉及哪些关键技术技术 ？ 1.下述下述I/O控制方式中，主要由程序实现的是控制方式中，主要由程序实现的是 _。 A. PPU（外围处理机）方式（外围处理机）方式 B. 中断方式中断方式 C. DMA方式方式 D. 通道方式通道方式 答案：答

15、案：B2. 当采用当采用_对设备进行编址情况下，不对设备进行编址情况下，不 需要专门的需要专门的I/O指令组。指令组。 A.统一编址法统一编址法 B.单独编址法单独编址法 C.两者都是两者都是 D.两者都不是两者都不是 答案：答案：A3. 下面叙述中，下面叙述中，_是正确的。是正确的。 A.总线一定要和接口相连总线一定要和接口相连 B.接口一定要和总线相连接口一定要和总线相连 C.通道可以替代接口通道可以替代接口 D.总线始终由总线始终由CPU控制和管理控制和管理 答案：答案：B4. 在微型机系统中在微型机系统中,外围设备通过外围设备通过_与主与主 板的系统总线相连接。板的系统总线相连接。 A. 适配器适配器 B. 设备控制器设备控制器 C. 计数器计数器 D. 寄存器寄存器 答案：答案：A5. 带有处理器的设备一般称为带有处理器的设备一般称为_设备。设备。 A. 智能化智能化 B. 交互式交互式 C. 远程通信远程通信 D. 过程控制过程控制 答案：答案：A6. 计算机的外围设备是指计算机的外围设备是指_。 A输入输入/输出设备输出设备 B外存储器外存储器 C远程通信设备远程通信设备 D除了除了CPU和内存以外的其它设备和内存以外的其它设备 答案：答案：D7. CRT的颜色数为的颜色数为256色，则刷新存储器每色，则刷新存储器每 个单元的字长是个单元的字长是