《计算机组成原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第5章 输入输出系统

第五章输入输出系统 51概述 53接口 53系统总线 54直接程序传送方式接口 55中断方式与接口 56DMA方式接口

第五章 输入输出系统 5.6 DMA方式接口 5.5 中断方式与接口 5.4 直接程序传送方式接口 5.3 系统总线 5.1 概述 5.3 接口

计算机10系统结构图(光盘 磁带 磁盘 键盘 CRT 7 外存设备控制器 鼠标器 激光 总线 打印机 语音输入 「光笔」 输入设备控制器 CPU和主存 输出设备控制器 打印机 占 扫描仪 打印机 图像输入 彩色 设备 打印机 其他 上程控制器 音箱 过程控制1/0设备 计算机MO系统结构图

计算机I/O系统结构图

5.1概述 5.11输入输出系统的发展概况 5111初级阶段 M. M CPU 特点:(1)分散连接,线路复杂,故障率高 (2)cPU和O串行工作,程序查询方式 (3)cPU工作效率受影响

5.1 概 述 5.1.1 输入输出系统的发展概况 5.1.1.1 初级阶段 M.M CPU I/O I/O 特点： （1）分散连接，线路复杂，故障率高。 （2）CPU和I/O串行工作，程序查询方式 （3）CPU工作效率受影响

5112总线接口阶段 总线 主机 接口 接口 设备1 设备n 特点:1)总线连接,故障率低 2)cPU和Jo并行工作,分时占用总线:中断 3)传输不受cPU的限制:DMA

5.1.1.2 总线接口阶段 主 机 接 口 接 口 设 备 1 … … 设 备n 总线 特点：1）总线连接，故障率低 2）CPU和I/O并行工作，分时占用总线：中断 3）传输不受CPU的限制：DMA

5113具有通道结构的阶段 CPU M. M 通o 道 特点:1)通道可以看作是一个O处理器,有专用通道指令。 2)WO通道受CPU控制:启动、停止 5114具有I/O处理机的阶段 JO处理机又称外围处理机(PPU),基本独立于主机工作。 它即可以完成o控制,还可以完成码制转换、数据校验等功能。 使ⅣO系统对主机来说独立性更高

5.1.1.3 具有通道结构的阶段 CPU M.M 通 道 I/O 特点： 1）通道可以看作是一个I/O处理器，有专用通道指令。 2） I/O通道受CPU控制：启动、停止 5.1.1.4 具有 I/O 处理机的阶段 I/O 处理机又称外围处理机（PPU），基本独立于主机工作。 它即可以完成I/O控制，还可以完成码制转换、数据校验等功能。 使I/O系统对主机来说独立性更高

5.1.2输入输出系统的组成 Jo系统——计算机系统中完成输入/输出功能的子系统,由 JO软件和o硬件两部分联合组成。 51.21o硬件 由计算机系统中所有ⅣO设备及其接口电路组成,是Jo系统 的基础。 5122o软件: 通常指用O指令编制的、对O接口及设备进行管理和访问 的程序,常称为Jo驱动程序。只有在O驱动程序的作用下, JO硬件才能发挥相应的作用。 51.23O编址方式: cPU访问MO设备是通过给每台MO设备分配一个唯一的编号 来识别的,称为JO地址

5.1.2 输入输出系统的组成 I/O系统——计算机系统中完成输入/输出功能的子系统，由 I/O软件和I/O硬件两部分联合组成。 5.1.2.1 I/O硬件： 由计算机系统中所有I/O设备及其接口电路组成，是I/O系统 的基础。 5.1.2.2 I/O软件： 通常指用I/O指令编制的、对I/O接口及设备进行管理和访问 的程序，常称为I/O驱动程序。只有在I/O驱动程序的作用下， I/O硬件才能发挥相应的作用。 5.1.2.3 I/O编址方式： CPU访问I/O设备是通过给每台I/O设备分配一个唯一的编号 来识别的，称为I/O地址

常用的MO编址方式有两种: 1)Wo与内存统一编址: O地址采用与主存单元地址完全一样的格式,这 样MO设备就和主存占用了同一个地址空间。此时cPU 可像访问主存一样访问WO设备,不需要安排专门的Jo 指令。 2)Wo独立编址: 机器为JO设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地 址编码,称为设备码(号)。此时WO地址空间与主存地址空间 是两个独立的空间,cPU需要通过专门的O指令来访问MO地址 空间。 由于机器所带的MO设备的数量比主存单元少得多,因此o 地址空间比主存空间小得多

常用的I/O编址方式有两种： 2）I/O独立编址： 机器为I/O设备专门安排一套完全不同于主存地址格式的地 址编码，称为设备码（号）。此时I/O地址空间与主存地址空间 是两个独立的空间，CPU需要通过专门的I/O指令来访问I/O地址 空间。 由于机器所带的I/O设备的数量比主存单元少得多，因此I/O 地址空间比主存空间小得多。 1）I/O与内存统一编址： I/O地址采用与主存单元地址完全一样的格式，这 样I/O设备就和主存占用了同一个地址空间。此时CPU 可像访问主存一样访问I/O设备，不需要安排专门的I/O 指令

5.1.2.41/0指令 机器指令系统中完成JO操作的一类指令,它具有一般指令 的基本特征,又有其特殊性。通常指令系统中对JO指令的安排 采用两种方式: 1)隐式ⅣO指令: 在ⅣO设备与主存统一编址的机器中,所有具有访存功能的 指令都可以访问Mo,因此不设置专门的o指令,即在指令系 统一览表里查不到明显具有o功能的指令,称为O隐指令。 2)显式Jo指令: 在ⅣO独立编址的机器中,需要专门设置ⅣO指令,只有通过 o指令才能对O设备进行操作。在这类机器的指令系统一览 表中可明显看到Mo类指令。如n、OUT指令等

机器指令系统中完成I/O操作的一类指令，它具有一般指令 的基本特征，又有其特殊性。通常指令系统中对I/O指令的安排 采用两种方式： 1）隐式I/O指令： 在I/O设备与主存统一编址的机器中，所有具有访存功能的 指令都可以访问I/O，因此不设置专门的I/O指令，即在指令系 统一览表里查不到明显具有I/O功能的指令，称为I/O隐指令。 2）显式I/O指令： 在I/O独立编址的机器中，需要专门设置I/O指令，只有通过 I/O指令才能对I/O设备进行操作。在这类机器的指令系统一览 表中可明显看到I/O类指令。如In、OUT指令等。 5.1.2.4 I/O指令：

I/○指令的一般格式: 操作码命令码 设备码 操作码:给出ⅣO指令标志; 命令码:进一步指出O操作类型; 常见的ⅣO操作有:输入、输出、状态测试等。 设备码:给出ⅣO设备的编号

I/O指令的一般格式： 操作码 命令码 设备码 操作码：给出I/O指令标志； 命令码：进一步指出I/O操作类型； 常见的I/O操作有：输入、输出、状态测试等。 设备码：给出I/O设备的编号

5.1.2.51/0寻址过程 由JO指令给出要访问的ⅣO地址,通过地址 总线发往ⅣO接口,接口中的设备选择电路进行识 别,如地址符合即选中,CPU可对所选O进行读 写等操作

由I/O指令给出要访问的I/O地址，通过地址 总线发往I/O接口，接口中的设备选择电路进行识 别，如地址符合即选中，CPU可对所选I/O进行读 写等操作。 5.1.2.5 I/O寻址过程