【正文】 計(jì)算機(jī)組成原理 第２版 高 等 教 育 出 版 社 高等教育電子音像出版社 第 １ 章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 第 ３ 章 系統(tǒng)總線 第 ４ 章 存儲(chǔ)器 第 ５ 章 輸入輸出系統(tǒng) 第 ６ 章 計(jì)算機(jī)的運(yùn)算方法 第 ７ 章 指令系統(tǒng) 第 ８ 章 CPU 的結(jié)構(gòu)和功能 第 ９ 章 控制單元的功能 第 10章 控制單元的設(shè)計(jì) 第 ２ 章 計(jì)算機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用 第 ５ 章 輸入輸出系統(tǒng) DMA方式 程序中斷方式 程序查詢(xún)方式 I/O接口 外部設(shè)備 概述 概 述 一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況 1. 早期 分散連接 CPU 和 I/O設(shè)備 串行 工作 程序查詢(xún)方式 2. 接口模塊和 DMA 階段 總線連接 CPU 和 I/O設(shè)備 并行 工作 3. 具有通道結(jié)構(gòu)的階段 4. 具有 I/O 處理機(jī)的階段 中斷方式 DMA 方式 二、輸入輸出系統(tǒng)的組成 1. I/O 軟件 (1) I/O 指令 (2) 通道指令 CPU 指令的一部分 通道自身的指令 指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令 如 IBM/370 通道指令為 64 位 2. I/O 硬件 設(shè)備 I/O 接口 設(shè)備 設(shè)備控制器 通道 操作碼 命令碼 設(shè)備碼 三、 I/O 設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式 1. I/O 設(shè)備編址方式 (1) 統(tǒng)一編址 (2) 不統(tǒng)一編址 用取數(shù)、存數(shù)指令 有專(zhuān)門(mén)的 I/O 指令 2. 設(shè)備選址 用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中 3. 傳送方式 (1) 串行 (2) 并行 數(shù)據(jù)字 命令字 命令字 0 1 1 0 1 0 0 0 起始位 終止位 ms 2 ms 4. 聯(lián)絡(luò)方式 (1) 立即響應(yīng) (2) 異步工作采用應(yīng)答信號(hào) “ Ready” “ Strobe” I/O 接 口 I/O 設(shè) 備 CPU (3) 同步工作采用同步時(shí)標(biāo) 并行 串行 起始位 終止位 5. I/O 設(shè)備與主機(jī)的連接方式 (1) 輻射式連接 (2) 總線連接 外設(shè) Ⅰ 外設(shè) Ⅱ 外設(shè) Ⅲ 主 機(jī) 不便于增刪設(shè)備 每臺(tái)設(shè)備都配有一套 控制線路和一組信號(hào)線 便于增刪設(shè)備 四、 I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式 1. 程序查詢(xún)方式 CPU 和 I/O 串行工作 踏步等待 CPU讀 I/O狀態(tài) 檢查狀態(tài) 未準(zhǔn)備就緒 出錯(cuò) 從 I/O接口中讀 一個(gè)字到 CPU 從 CPU向主存 寫(xiě)入一個(gè)字 CPU向 I/O發(fā) 讀指令 CPU讀 I/O狀態(tài) 檢查狀態(tài) 完成否 未準(zhǔn)備就緒 現(xiàn)行程序 是 出錯(cuò) 已準(zhǔn)備就緒 否 2. 程序中斷方式 I/O 工作 CPU 不查詢(xún) CPU 暫?，F(xiàn)行程序 自身準(zhǔn)備 與主機(jī)交換信息 CPU 和 I/O 并行工作 啟動(dòng) I/O設(shè)備 現(xiàn)行程序 … … 中斷服務(wù)程序 K K+1 … 沒(méi)有踏步等待現(xiàn)象 中斷現(xiàn)行程序 程序中斷方式流程 CPU 向 I/O 發(fā)讀指令 CPU 讀 I/O 狀態(tài) 檢查狀態(tài) 完成否？ CPU 做其他事情 I/O 設(shè)備工作 準(zhǔn)備就緒 CPU I/O 從 CPU 向主存寫(xiě)入一個(gè)字 CPU 主存 從 I/O 接口中讀一個(gè)字到 CPU I/O CPU 中斷請(qǐng)求 I/O CPU 出錯(cuò) 是 否 未錯(cuò) 3. DMA 方式 主存和 I/O 之間有一條直接數(shù)據(jù)通道 不中斷現(xiàn)行程序 周期挪用（周期竊?。? CPU 和 I/O 并行工作 存取周期結(jié)束 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 DMA請(qǐng)求 啟動(dòng) I/O I/O準(zhǔn)備 I/O準(zhǔn)備 一個(gè)存取周期 實(shí)現(xiàn) I/O與主存之間的傳送 三種方式的 CPU 工作效率比較 存取周期結(jié)束 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 DMA請(qǐng)求 啟動(dòng) I/O I/O準(zhǔn)備 I/O準(zhǔn)備 一個(gè)存取周期 實(shí)現(xiàn) I/O與主存 之間的傳送 CPU 執(zhí)行 現(xiàn)行程序 CPU查詢(xún)等待并傳輸 I/O數(shù)據(jù) CPU 執(zhí)行 現(xiàn)行程序 啟動(dòng) I/O I/O 準(zhǔn)備及傳送 指令執(zhí)行周期結(jié)束 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序 啟動(dòng) I/O 中斷請(qǐng)求 I/O準(zhǔn)備 I/O準(zhǔn)備 CPU 處理中斷服務(wù)程序 實(shí)現(xiàn) I/O 與主機(jī)之間的傳送 間 斷 啟動(dòng)準(zhǔn)備中斷請(qǐng)求啟動(dòng) I/O一個(gè)存取周期程序 查詢(xún) 方式 程序 中斷 方式 DMA 方式 間斷 I/O設(shè)備 一、概述 主機(jī) 設(shè)備 控制器 機(jī)、電 磁、光 部分 I/O 接 口 外部設(shè)備 外部設(shè)備大致分三類(lèi) 鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器 磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶 1. 人機(jī)交互設(shè)備 2. 計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)設(shè)備 3. 機(jī) 機(jī)通信設(shè)備 調(diào)制解調(diào)器等 二、輸入設(shè)備 1. 鍵盤(pán) 2. 鼠標(biāo) 3. 觸摸屏 按鍵 判斷哪個(gè)鍵按下 將此鍵翻譯成 ASCII 碼 （編碼鍵盤(pán)法） 機(jī)械式 金屬球 電位器 光電式 光電轉(zhuǎn)換器 三、輸出設(shè)備 1. 顯示器 (1) 字符顯示 (2) 圖形顯示 (3) 圖像顯示 字符發(fā)生器 主觀圖像 客觀圖像 2. 打印機(jī) (1) 擊打式 (2) 非擊打式 點(diǎn)陣式（逐字、逐行） 噴墨（逐字） 激光（逐頁(yè)） 四、其他 1. A/D、 D/A 2. 終端 3. 漢字處理 五、多媒體技術(shù) 完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤(pán)管理及通信控制 模擬 /數(shù)字（數(shù)字 /模擬）轉(zhuǎn)換器 漢字輸入、漢字存儲(chǔ)、漢字輸出 1. 什么是多媒體 2. 多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 由鍵盤(pán)和顯示器組成 I/O 接 口 一、概述 為什么要設(shè)置接口？ 1. 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇 2. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配 4. 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 5. 傳送控制命令 6. 反映設(shè)備的狀態(tài)（“忙”、“就緒”、“中斷請(qǐng)求”） 3. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串 并格式轉(zhuǎn)換 二、接口的功能和組成 (1) 設(shè)備選擇線 (2) 數(shù)據(jù)線 (3) 命令線 (4) 狀態(tài)線 I/O 接口 設(shè)備 I/O 接口 設(shè)備 數(shù)據(jù)線 命令線 狀態(tài)線 I/O總線 設(shè)備選擇線 1. 總線連接方式的 I/O 接口電路 2. 接口的功能和組成 功能 組成 選址功能 傳送命令的功能 傳送數(shù)據(jù)的功能 反映設(shè)備狀態(tài)的功能 設(shè)備選擇電路 命令寄存器、命令譯碼器 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記 完成觸發(fā)器 D 工作觸發(fā)器 B 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 INTR 屏蔽觸發(fā)器 MASK 3. I/O 接口的基本組成 命令寄存器 和命令譯碼器 設(shè)備選擇 電路 設(shè)備狀態(tài) 標(biāo)記 數(shù)據(jù)緩沖 寄存器 DBR 控制邏輯電路 I/O接口 外 部 設(shè) 備 數(shù)據(jù)線 命令 狀態(tài) 數(shù)據(jù)線 命令線 狀態(tài)線 CPU 地址線 三、接口類(lèi)型 并行接口 串行接口 可編程接口 不可編程接口 通用接口 專(zhuān)用接口 1. 按數(shù)據(jù) 傳送方式 分類(lèi) 2. 按功能 選擇的靈活性 分類(lèi) 3. 按 通用性 分類(lèi) 4. 按數(shù)據(jù)傳送的 控制方式 分類(lèi) 中斷接口 DMA 接口 Intel 8255 Intel 8251 Intel 825 Intel 8251 Intel 8212 Intel 825 Intel 8251 Intel 827 Intel 8275 Intel 8259 Intel 8257 程序查詢(xún)方式 一、程序查詢(xún)流程 檢查狀態(tài)標(biāo)記 1 設(shè)備 1 準(zhǔn)備就緒？ 檢查狀態(tài)標(biāo)記 N 設(shè)備 N 準(zhǔn)備就緒？ … 處理設(shè)備 1 是 否 否 處理設(shè)備 N 是 1. 查詢(xún)流程 檢查狀態(tài)標(biāo)記 交換數(shù)據(jù) 準(zhǔn)備就緒 ? 是 否 單個(gè)設(shè)備 多個(gè)設(shè)備 測(cè) 試 指 令 轉(zhuǎn) 移 指 令 傳 送 指 令 2. 程序流程 設(shè)置主存緩沖區(qū)首址 設(shè)置計(jì)數(shù)值 啟動(dòng)外設(shè) 傳送一個(gè)數(shù)據(jù) 修改主存地址 修改計(jì)數(shù)值 結(jié)束 I/O傳送 準(zhǔn)備好？ 傳送完？ 未完 是 完 否 保存 寄存器內(nèi)容 ② 設(shè)備選擇電路 DBR Q Q amp。 數(shù)據(jù)線 準(zhǔn)備就緒 啟動(dòng)命令 地址線 SEL 輸入數(shù)據(jù) 啟動(dòng)設(shè)備 設(shè)備工作 結(jié)束 ① ③ ④ ⑤ ⑥ D B 二、程序查詢(xún)方式的接口電路 ①②③⑤1 0 1 0④ 以輸入為例 ⑥ 程序中斷方式 一、中斷的概念 … K K+1 Q Q+1 … … 中斷服務(wù)程序 1 中斷服務(wù)程序 2 入口 1 入口 2 二、 I/O 中斷的產(chǎn)生 以打印機(jī)為例 發(fā)中斷請(qǐng)求 空閑 接收 數(shù)據(jù) 接收 數(shù)據(jù) 準(zhǔn)備 發(fā)中斷請(qǐng)求 打印 打印 打印機(jī) 執(zhí)行主程序 繼續(xù)執(zhí)行主程序 繼續(xù)執(zhí)行主程序 響應(yīng)中斷 中斷返回 響應(yīng)中斷 中斷返回 啟動(dòng) 打印機(jī) 傳送 數(shù)據(jù) 傳送 數(shù)據(jù) CPU CPU 與打印機(jī)并行工作 三、程序中斷方式的接口電路 1. 配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器 D Q amp。 1 INTR 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 INTR = 1 有請(qǐng)求 MASK 中斷屏蔽觸發(fā)器 MASK = 1 被屏蔽 來(lái)自 CPU 的 中斷查詢(xún)信號(hào) 受設(shè)備本身控制 INTR D MASK Q D 完成觸發(fā)器 中斷請(qǐng)求 2. 排隊(duì)器 排隊(duì) 在 CPU 內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器） 硬件 軟件 詳見(jiàn)第八章 INTP1180。 INTP2180。 INTP3180。 INTP4180。 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 1 amp。 1 amp。 1 amp。 1 amp。 設(shè)備 4 優(yōu)先級(jí)按 降序排列 INTRi = 1 有請(qǐng)求 即 INTRi = 0 1 INTP1 1 INTP2 1 INTP3 1 INTP4 amp。 amp。 amp。 amp。 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 INTR1 INTR2 INTR3 INTR4 1 amp。 1 amp。 1 amp。 1 amp。 INTP1180。 INTP2180。 INTP3180。 INTP4180。 2. 排隊(duì)器 排隊(duì) 在 CPU 內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器） 硬件 軟件 詳見(jiàn)第八章 3. 中斷向量地址形成部件 入口地址 … 向量地址 … 排隊(duì)器輸出 由軟件產(chǎn)生 硬件向量法 顯示器服務(wù)程序 打印機(jī)服務(wù)程序 JMP 400 JMP 300 JMP 200 … … … … 主存 12H 13H 14H 200 300 向量地址 入口地址 入口地址