计算机组成原理--第10章 输入输出接口
计算机组成原理 复习题及答案
第3章6、二进制左移一位，则数值_a____；二进制右移一位，则数值__b_____。
a)增大一倍b)减小一倍c)增大10倍b)减小10倍7、8位二进制无符号定点整数能表示的数值范围是d ，8位二进制补码定点整数能表示的数值范围是 a 。
a)-128~127 b) –127~127 c)0~127 d) 0~255 e) 0~2568、8位原码能表示的数据个数是 c ；8位补码能表示的数据个数是 d 。
a)127 b)128 c)255 d)256第4章1 DRAM地址分两次输入（行选通RAS、列选通CAS）的目的是_b________。
a)缩短读/写时间b)减少芯片引出端线数c)刷新第5章9 在指令系统中采用 b 寻址方式的指令其长度最短。
a)立即数b)寄存器c)直接d)变址10、一条指令字长16位，存储器按字节编址，在读取一条指令后，PC的值自动加__b____。
a)1 b)2 c)4 d)-111、某计算机存储器按字（16位）编址，每取出一条指令后PC值自动+1，说明其指令长度是___b_____。
a)1个字节b)2个字节c)4个字节第6章7、在取指令操作完成之后，PC中存放的是 c 。
a）当前指令的地址b）下一条实际执行的指令地址c）下一条顺序执行的指令地址PC+1d）对于微程序控制计算机，存放的是该条指令的微程序入口地址。
8、控制存储器用来存放__d_____。
a)机器指令和数据b)微程序和数据c)机器指令和微程序d)微程序第8章3、在大多数磁盘存储器中，以下正确的是_b__。
a)各个磁道的位密度相等b)内圈磁道的位密度较大c)外圈磁道的位密度较大c)磁盘读写信息的最小单位是字节4 大多数情况下，对于磁盘，以下叙述正确的是__d___。
a)依靠磁盘的旋转定位磁道b)依靠磁臂的移动定位扇区c)外圈磁道与内圈磁道的容量不同d)访问磁道的地址用盘面号、磁道号和扇区号来表示。
扇区是最小访问单元。
计算机组成原理输入输出接口
占用一个内存单元地址；
➢ 不设置专门的I/O指令；
➢优点：使用方便，降低CPU电路的复杂性；
➢缺点：减少了内存可用范围；难以区分访问内存和
I/O的指令，降低了程序的可读性和可维护性；
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6
8.1.2 输入/输出端口寻址 输入指令
指令格式: IN 累加器, PORT 功 能：把外设端口（PORT）的内容传送给累加器。
若为写操作，CPU在向外设送出数据的同时发出输出就绪信 号，用来通知外设已送来数据，外设接收数据后，向CPU发出 数据已收到状态信息。
⑤ 在一次数据传送结束后，与数据长度计数器值的比较来判 断数据是否传送完毕。若没有结束，则重复以上各步骤。
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12
教学进程
8.2.1 程序查询方式
CPU不断地询问外设是否准备好： 如果准备好，CPU执行IO操作；否则，CPU一直等待。 CPU大部分时间处于等待状态，利用率不高。
中断响应和处理过程
CPU在执行程 序中，被内部 或外部的事件 所打断，转去 执行一段预先 安排好的中断 服务程序；服 务结束后，又 返回原来的断 点，继续执行 原来的程序。
主程序 中断请求 断点
继续执行
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中断服务程序 对外设 进行处理
返回断点
流程
16
8.2.3 DMA方式的数据传输
基本思想
分别以端口地址标识。
➢数据的输入/输出是通过I/O端口实现的。
➢80x86系统通过I/O指令实现对I/O端口的读写。
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5
8.1.2 输入/输出端口寻址
I/O端口独立编址
➢内存储器和I/O端口各自有自己独立的地址空间； ➢访问I/O端口需要专门的I/O指令（如8086 CPU）
微机原理及接口技术概述
数据总线DB
控制总线CB
1.2.2 微型计算机的软件系统
操作系统 MS-DOS
汇编程序
文本编辑程序
MASM和LINK
调试程序
DEBUG.EXE
1.3 IBM PC系列机系统
16位IBM PC系列机是32位微机的基础 8088CPU
IBM PC机 IBM PC/XT机 IBM PC/AT机
（1）数—用来直接表征量的多少，它们有大小之分，可进行各种数学 运算。 （2）码—用来指代某个事物或事物的状态属性。计算机对码主要是做 管理、编辑、判断、检索、转换、存储及传输等工作。
1.4.1 计算机中的数
在讨论计算机中的数时，需要说明几个基本概念:
(1)进位计数制---即采用进位的计数方法。采用这种计数方法后人们可以用有限的数 码符号来表示无穷大或无穷小的数。在计算机领域，常用的进位计数制有二进制、十进 制、八进制和十六进制（因本课程不使用八进制数据，故以下从略）。例如，二进制中 有两个数码符号，即0和1,执行逢2进1的运算规则；十进制中有10个数码符号0-9，执行 逢10进1的运算规则；十六进制中有16个数码符号0一9及A一F，执行逢16进1的运算规则。 注意，在十六进制中，数码A表示十进制的10，但决不能记作10，因为1和0是两个十六 进制符号。 (2)基数---某种进位计数制中所包含的数码个数就是该数制的基数（Base），如二进制 的基数为2，N进制的基数为N。基数体现了该数制中进位和借位的原则：当我们在某个 数位上计够一个基数时需要向前进1；反之，从前一位借1可在后一位上当一个完整的基 数来使用。 (3)权—也称权重（Weight），表示进位计数制中各数位的单位值（可形象地理解为每个 数位的单位“重量”）。权可以用基数幂的形式来表示，例如在十进制数1111.11中， 各个“1”具有不同的权重，从左到右分别为：103、102 、101、100、10-1和10-2。还可进 一步推广到N进制数(1111．11）N，从左到右各数位上的权重分别是：N3、N2、 N1、N0, N-1和N-2。
计算机组成原理
③全互锁方式
t2、t4均限定。
保证了数据传输的正确性。
3、常用的标准总线
（1）ISA总线
ISA为工业标准总线，是IBM公 司为其生产的PC系列微机制定的总线 标准。
ISA-8总线（即XT总线）属8位总 线，适用于CPU为8088的IBM/XT， 包括数据总线8位，地址线20位，可 接受6路中断请求，3路DMA请求。
ISA-16总线（即AT总线）属16 位总线，适用于CPU为80286的 IBM/AT，包括数据总线16位，地 址线24位，可接受16路中断请求， 7路DMA请求。 ISA总线的总线时钟频率为 8.33MHZ，最大传输率为5MB/S。
（2）EISA总线
EISA总线为扩充工业标准总线。
EISA总线为32位总线，与ISA总线兼 容，总线插槽分为两段，较浅的部分为原 ISA总线信号，较深的部分是EISA信号， 插槽上有一个卡口使ISA的板卡不能进入较 深的部分。 EISA总线在ISA总线的基础上增加了 数据宽度和地址空间，具有共享DMA，总 线传输方式增加了块DMA方式、淬发传输 方式，支持多个主模块，支持中断共享。
常见的双向异步通信方式有非互锁 方式、半互锁方式和全互锁方式三种。
①非互锁方式
请求信号与回答信号互不连锁。
t2与t4未作限定。
该方式可以判断数据是否正确地传 送到对方，但两次总线传输的延迟t3+t5 和请求信号的宽度t2、回答信号的宽度 t4之间的配合是一个难以处理的问题， 原因为：
A、如t2过窄，在远距离的两个部件通 信时会出现边缘畸变而产生错误。 B、如t2过宽，在近距离的两个部件通 信时会出现t2﹥t3+t5，导致请求信号与 下一次数据传输相重叠而产生错误。
①外设本身的工作已经完成 中断触发器发出中断请求
《计算机组成原理》教学大纲
《计算机组成原理》教学大纲一、课程概述《计算机组成原理》是计算机科学与技术、电子信息工程等专业的一门重要基础课。
本课程主要介绍计算机的基本组成和工作原理，使学生全面了解计算机硬件体系结构，包括计算机历史发展、指令系统、CPU设计、存储器层次结构、输入输出系统、总线结构等内容。
二、教学目标1.了解计算机硬件的组成和工作原理。
2.理解计算机的历史发展过程，掌握计算机的分类和体系结构。
3.掌握计算机指令系统的设计原则和常见指令的执行过程。
4.熟悉CPU的基本组成和工作原理，能够设计简单的CPU。
5.理解存储器层次结构的原理，熟悉常见的存储器技术。
6.了解输入输出系统的原理和常见的接口技术。
7.掌握计算机总线的分类和工作原理。
三、课程具体内容及教学安排1.计算机硬件体系结构（2周）-计算机硬件的分类和功能-冯·诺依曼计算机体系结构-CISC和RISC指令集架构2.指令系统设计与实现（3周）-指令系统的基本要求-ISA的设计原则-MIPS指令系统设计与实现3.CPU设计与实现（4周）-CPU的基本结构和功能-数据通路和控制器的设计与实现-单周期CPU与多周期CPU的设计比较4.存储器层次结构（3周）-存储器的分类和特点-存储器的层次结构和映射方式- Cache的设计原理和优化策略5.输入输出系统（2周）-输入输出设备的分类和特点-输入输出接口的工作原理与设计-DMA和中断的处理机制6.总线结构（2周）-总线的分类和特点-总线的时序与仲裁机制-PCI和PCIe总线的基本原理四、教学方法1.理论授课：介绍计算机的基本原理和概念。
2.实践操作：通过实验课程，让学生动手操作实际的计算机硬件和软件，加深对计算机组成原理的理解。
3.讨论与研讨：组织学生进行小组讨论和报告汇报，共同探讨计算机组成原理的相关问题。
4.相关案例分析：通过实际案例分析计算机组成原理在实际应用中的作用和影响。
五、教材和参考书教材：参考书：1. 《计算机组成与设计：硬件/软件接口》（原书第4版）（Patterson和Hennessy编著）2. 《计算机组成与体系结构》（英文版）（David A. Patterson和John L. Hennessy编著）3.《计算机组成原理及其实践》（胡伟编著）六、评分方式1.平时成绩：包括出勤情况、作业完成情况和课堂表现等。
计算机组成原理输入输出系统
2007.7.2
计算机组成原理
23
预置传送参数 启动外设
取外设状态
外设准备
N
就绪?
Y
传送一次数据
修改传送参数 Y
N
传送完
否?
结束
图8-5 程序查询方式流程
2007.7.2
计算机组成原理
24
8.2.2 中断方式
在程序查询方式使CPU循环等待，造成了CPU 资源的浪费。中断传送方式很好地解决了这个问题， 在外设没有做好数据传送准备时，CPU可以运行与 传送数据无关的其他指令，外设做好传送准备后， 主动向CPU提出申请，若CPU响应这一申请，则暂 停正在运行的程序，转去执行数据输入/输出操作的 指令，数据传送完毕后返回，CPU继续执行原来运 行的程序，这样使得外设与CPU可以并行工作，提 高了系统的效率。如今，中断已经是现代计算机普 遍采用的—项技术。
07.7.2
计算机组成原理
20
程序查询方式的工作过程大致为：
(1)预置传送参数。在传送数据之前，由CPU 执行一段初始化程序，预置传送参数。传送参数包 括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。
(2)向外设接口发出命令字。当CPU选中某台 外设时，执行输出指令向外设接口发出命令字启动 外设，为接收数据或发送数据做应有的操作准备。
计算机组成原理基础知识-输入输出系统
计算机组成原理基础知识-输⼊输出系统四.输⼊输出系统--输⼊输出系统由I/O软件和I/O硬件两部分组成--I/O设备 输⼊设备：完成输⼊程序、数据、命令等功能：键盘、⿏标、触摸屏、其他 输出设备：显⽰设备、打印设备 其他I/O设备：终端设备、A/D与D/A转换器、汉字处理设备等--I/O接⼝ 接⼝可以看做是两个系统或两个部件的交接部分 接⼝的功能：选址功能、传送命令的的功能、传送数据的功能、反应I/O设备状态的功能 接⼝类型：按不同⽅式分类有以下⼏种： 按数据传送⽅式分类：有并⾏接⼝和串⾏接⼝ 按功能选择的灵活性分类：有可编程接⼝和不可编程接⼝ 按通⽤性分类：有通⽤接⼝和专⽤接⼝ 按数据传送的控制⽅式分类：有程序型接⼝和DMA型接⼝--I/O设备与主机交换信息（信息传送）的控制⽅式 共五种：程序查询⽅式、程序中断⽅式、直接存储器存取⽅式（DMA）、I/O通道⽅式、I/O处理机⽅式（此处只了解前三种） -程序查询⽅式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从⽽控制I/O设备与主机交换信息 -程序中断⽅式：计算机在执⾏程序的过程中、当出现异常情况或特殊请求时，计算机停⽌现⾏程序的运⾏，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后在返回到现⾏程序的中断处，继续执⾏原程序，这就是中断。
把实现中断所需的软硬件技术统称为中断技术 中断服务程序流程：保护现场、中断服务、恢复现场、中断返回 -DMA：直接存储器存取⽅式 在DMA⽅式中，主存与I/O设备之间有⼀条数据通路。
主存与I/O设备交换信息时，⽆需调⽤中断服务程序 通常DMA与主存交换数据时采⽤如下三种⽅式 停⽌CPU访存、周期挪⽤（或周期窃取）、DMA与CPU交替访问。
计算机组成原理目录
计算机组成原理目录目录如下：第1篇概论第1章计算机系统概论1.1 计算机系统简介1.1.1 计算机的软硬件概念1.1.2 计算机系统的层次结构1.1.3 计算机组成和计算机体系结构1.2 计算机的基本组成1.2.1 冯·诺依曼计算机的特点1.2.2 计算机的硬件框图1.2.3 计算机的工作步骤1.3 计算机硬件的主要技术指标1.3.1 机器字长1.3.2 存储容量1.3.3 运算速度1.4 本书结构思考题与习题第2章计算机的发展及应用2.1 计算机的发展史2.1.1 计算机的产生和发展2.1.2 微型计算机的出现和发展2.1.3 软件技术的兴起和发展2.2 计算机的应用2.2.1 科学计算和数据处理2.2.2 工业控制和实时控制2.2.3 网络技术的应用2.2.4 虚拟现实2.2.5 办公自动化和管理信息系统2.2.6 CAD/CAM/CIMS2.2.7 多媒体技术2.2.8 人工智能2.3 计算机的展望思考题与习题第2篇计算机系统的硬件结构第3章系统总线3.1 总线的基本概念3.2 总线的分类3.2.1 片内总线3.2.2 系统总线3.2.3 通信总线3.3 总线特性及性能指标3.3.1 总线特性3.3.2 总线性能指标3.3.3 总线标准3.4 总线结构3.4.1 单总线结构3.4.2 多总线结构3.4.3 总线结构举例3.5 总线控制3.5.1 总线判优控制3.5.2 总线通信控制思考题与习题第4章存储器4.1 概述4.1.2 存储器的层次结构4.2 主存储器4.2.1 概述4.2.2 半导体存储芯片简介4.2.3 随机存取存储器4.2.4 只读存储器4.2.5 存储器与CPU的连接4.2.6 存储器的校验4.2.7 提高访存速度的措施4.3 高速缓冲存储器4.3.1 概述4.3.2 Cache—主存地址映射4.3.3 替换策略4.4.1 概述4.4.2 磁记录原理和记录方式4.4.3 硬磁盘存储器4.4.4 软磁盘存储器4.4.5 磁带存储器4.4.6 循环冗余校验码4.4.7 光盘存储器思考题与习题附录4A 相联存储器第5章输入输出系统5.1 概述5.1.1 输入输出系统的发展概况5.1.2 输入输出系统的组成5.1.3 I/O设备与主机的联系方式5.1.4 I/O设备与主机信息传送的控制方式5.2 I/O设备5.2.1 概述5.2.2 输入设备5.2.3 输出设备5.2.4 其他I/O设备5.2.5 多媒体技术5.3 I/O接口5.3.1 概述5.3.2 接口的功能和组成5.3.3 接口类型5.4 程序查询方式5.4.1 程序查询流程5.4.2 程序查询方式的接口电路5.5 程序中断方式5.5.1 中断的概念5.5.2 I/O中断的产生5.5.3 程序中断方式的接口电路5.5.4 I/O中断处理过程5.5.5 中断服务程序的流程5.6 DMA方式5.6.1 DMA方式的特点5.6.2 DMA接口的功能和组成5.6.3 DMA的工作过程5.6.4 DMA接口的类型思考题与习题附录5A ASCⅡ码附录5B BCD码附录5C 奇偶校检码第3篇中央处理器第6章计算机的运算方法6.1 无符号数和有符号数6.1.1 无符号数6.1.2 有符号数6.2 数的定点表示和浮点表示6.2.1 定点表示6.2.2 浮点表示6.2.3 定点数和浮点数的比较6.2.4 举例6.2.5 IEEE754标准6.3 定点运算6.3.1 移位运算6.3.2 加法与减法运算6.3.3 乘法运算6.3.4 除法运算6.4 浮点四则运算6.4.1 浮点加减运算6.4.2 浮点乘除法运算6.4.3 浮点运算所需的硬件配置6.5 算术逻辑单元6.5.1 ALU电路6.5.2 快速进位链思考题与习题附录6A 各种进位制6A.1 各种进位制的对应关系6A.2 各种进位制的转换附录6B 阵列乘法器和阵列除法器附录6C 74181逻辑电路第7章指令系统7.1 机器指令7.1.1 指令的一般格式7.1.2 指令字长7.2 操作数类型和操作类型7.2.1 操作数类型7.2.2 数据在存储器中的存放方式7.2.3 操作类型7.3 寻址方式7.3.1 指令寻址7.3.2 数据寻址7.4 指令格式举例7.4.1 设计指令格式应考虑的各种因素7.4.2 指令格式举例7.4.3 指令格式设计举例7.5 RISC技术7.5.1 RISC的产生和发展7.5.2 RISC的主要特征7.5.3 RISC和CISC的比较思考题与习题第8章 CPU的结构和功能8.1 CPU的结构8.1.1 CPU的功能8.1.2 CPU结构框图8.1.3 CPU的寄存器8.1.4 控制单元和中断系统8.2 指令周期8.2.1 指令周期的基本概念8.2.2 指令周期的数据流8.3 指令流水8.3.1 指令流水原理8.3.2 影响流水线性能的因素8.3.3 流水线性能8.3.4 流水线中的多发技术8.3.5 流水线结构8.4 中断系统8.4.1 概述8.4.2 中断请求标记和中断判优逻辑8.4.3 中断服务程序入口地址的寻找8.4.4 中断响应8.4.5 保护现场和恢复现场8.4.6 中断屏蔽技术思考题与习题第4篇控制单元第9章控制单元的功能9.1 微操作命令的分析9.1.1 取指周期9.1.2 间址周期9.1.3 执行周期9.1.4 中断周期9.2 控制单元的功能9.2.1 控制单元的外特性9.2.2 控制信号举例9.2.3 多级时序系统9.2.4 控制方式9.2.5 多级时序系统实例分析思考题与习题第10章控制单元的设计10.1 组合逻辑设计10.1.1 组合逻辑控制单元框图10.1.2 微操作的节拍安排10.1.3 组合逻辑设计步骤10.2 微程序设计10.2.1 微程序设计思想的产生10.2.2 微程序控制单元框图及工作原理10.2.3 微指令的编码方式10.2.4 微指令序列地址的形成10.2.5 微指令格式10.2.6 静态微程序设计和动态微程序程序设计10.2.7 毫微程序设计10.2.8 串行微程序控制和并行微程序控制10.2.9 微程序设计举例思考题与习题附录10A PC整机介绍10A.1 主板10A.1.1 主板的主要组成部件10A.1.2 CPU芯片及插座(插槽)10A.1.3 内存条插槽10A.1.4 扩展插10A.1.5 配套芯片和器件10A.1.6 主板结构的改进10A.2 芯片组10A.2.1 芯片组的功能10A.2.2 芯片组的组成《计算机组成原理》是2008年1月1日高等教育出版社出版的图书，作者是唐朔飞。
计算机组成原理——输入输出
口
备
串行
命令字
“Strobe”
数据字
命令字
0110 1 000
起
终
始
止
9.09ms 位
位
(3) 同步工作采用同步时标
2× 9.09ms
计算机组成原理与结构
5. I/O 与主机的连接方式
(1) 辐射式连接
外设 Ⅰ 每台设备都配有一套
主
外设 Ⅱ 控制线路和一组信号线
机
外设 Ⅲ 不便于增删设备
(2) 总线连接
周期挪用（周期窃取）
CPU 和 I/O 并行工作
一个存取周期
CPU 执行现行程序 存取周期结束
启动I/O
DMA请求 I/O准备
CPU 执行现行程序 I/O准备
实现I/O与主存之间的传送
计算机组成原理与结构
程序 查询 方式
CPU 执行 现行程序
启动I/O
CPU查询等待并传输I/O数据 I/O 准备及传送
外 部 设 备
计算机组成原理与结构
三、接口类型
1. 按数据 传送方式 分类
并行接口
Intel 8255
串行接口
Intel 8251
2. 按功能 选择的灵活性 分类
可编程接口 Intel 8255、 Intel 8251
不可编程接口 Intel 8212
3. 按 通用性 分类
通用接口
Intel 8255、 Intel 8251
计算机组成原理与结构
一、输入输出系统的发展概况
1. 早期
分散连接
CPU 和 I/O 串行 工作 程序查询方式
2. 接口模块和 DMA 阶段
总线连接 CPU 和 I/O 并行 工作
计算机组成原理名词解释
主机：CPU、存储器和输入输出接口合起来构成计算机的主机。
CPU：中央处理器，是计算机的核心部件，由运算器和控制器构成。
运算器：计算机中完成运算功能的部件，则ALU 和寄存器构成。
外围设备：计算机的输入输出设备，包括输入设备、输出设备和外存储设备。
数据：编码形式的各种信息，在计算机中作为程序的操作对象。
指令：构成计算机软件的基本元素，表示成二进制数编码的操作命令。
透明：在计算机中，从某个角度看不到的特性称该特性是透明的。
位：计算机中的一个二进制的数据代码（0或1），是数据的最小表示单位。
字：数据运算和存储单位，其位数取决于计算机。
字节：衡量数据量以及存储器容量的基本单位，1字节等于8位二进制信息。
字长：一个数据字包含的位数，一般为8位、16位、32位和64位等。
地址：给主存储器不同的存储位置指定的一个二进制编号。
存储器：计算机中存储程序和数据的部件，分为内存和外存两种。
存储器的访问：对存储器中数据的读操作和写操作。
总线：计算机中连接功能单元的公共线路，是一束信号线的集合。
硬件：由物理元器件构成的系统，计算机硬件是一个能够执行指令的设备。
软件：由程序构成的系统，分为系统软件和应用软件两种。
兼容：计算机部件的通用性。
操作系统：主要的系统软件，控制其他程序的运行，管理系统资源并且为用户提供操作界面。
汇编程序：将汇编语言程序翻译成机器语言程序的计算机软件。
汇编语言：采用文字方式（助记符）表示的程序设计语言，其中大部分指令和机器语言中的指令一一对应。
编译程序：将高级语言的程序转换成机器语言程序的计算机软件。
解释程序：解释执行高级语言程序的计算机软件，，解释并执行源程序的语句。
系统软件：计算机系统的一部分，进行命令解释、操作管理、系统维护、网络通信、软件开发和输入输出管理的软件。
应用软件：完成应用功能的软件，专门为解决某个应用领域中的具体任务而编写。
指令流：在计算机的存储器与CPU之间形成的不断传递的指令序列。
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10.3 中断控制技术
10.3.1 中断的概念
一、基本概念 中断： CPU暂时中止当前程序运行，转而处理意
外出现的情况或有意安排的任务，在处理结束后 能自动恢复原程序的执行。
中断请求：当外设准备好后，向CPU发出要求传送 数据的信号，称为中断请求。
二、特点：数据传送速度快，是高速外设与主机之间 成批交换数据的有效方式。但有局限性，适合外设 不多的微小型计算机系统。
DMA传输示意图
10.2.4 输入输出处理机(IOP)方式
有单独的存储器和独立的运算部件，可访问 系统的内部存储器。
功能：除数据传输外，还应能处理传送过程中出 错及异常情况，数据格式翻译，数据块校验。
I/O 设备
一、组成
寄存器组、控制逻辑电路、主机与接口和接口与I/O设备之 间的信号联接线、地址线、数据线等信号线。
二、端口的概念
接口电路中具有不同地址，可以由CPU进行读/写操作的寄存 器。通常有数据端口、状态端口和控制端口。
（一）数据口
数据：外设输入给CPU或从CPU输出给外设的各种数据信息。 数据口用于完成输入与输出数据。
读外设状态
就绪？ Y
读/写
无条件传输方式
10
查询式输入的接口电路
RD
11
10.2.2 中断传送方式
中断——CPU暂时中止当前程序运行，转而处理意 外出现的情况或有意安排的任务，在处理结束后能 自动恢复原程序的执行。
优点：主机可以与一个或多个外设并行工作，提高 了CPU的效率。
缺点：执行中断服务程序时，保护断点等工作占用 时间，难以满足成批快速交换数据的要求。
1、一般的输入输出设备：键盘，打印机，鼠标等。 2、数据通道中断源：软盘，硬盘等。 3、实时时钟：用外部时钟定时发出中断信号，由CPU进行 处理。 4、故障源：电源掉电，内存出错，输入输出出错等。 5、测试程序设置的中断源：如单步运行和断点运行。
–内部中断:由机器内部产生的中断。
输入输出接口： 是计算机中协调、匹配外设与主机正常工作所
设置的逻辑部件，简称I/O口。
3
10.1.2 输入输出接口的基本结构
CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制
CPU
地址
数据
IO/M RD WR
都由数据 总线传送
数据 寄存器
控
DR
制 状态 电寄存器 SR
路
CR
控制 寄存器
数据 状态 控制
中断传输方式
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10.2.3 直接存储器访问——DMA方式
前两种方式以CPU为中心，占用CPU时间，DMA
方式以内存为中心，由专门的 DMA控制器向CPU请
求并接管总线的控制权，但需要利用系统的地址、
数据和控制总线。
一、 DMA方式的定义
直接存储器存取方式——DMA（Direct Memory Access）方式，是一种没有CPU参与的、在高速外 设与存储器之间直接进行数据传输的控制方式。
1、外设类型不同： 机械、电子、机电、电磁
2、传送信息类型： 数字量、模拟量
3、传送方式： 串行、并行
1、能进行地址译码和设 备选择; 2、能实现数据缓冲和数 据锁存;
3、能完成信息格式和电 平的转换;
4、传送速度、编码方式不同
4、能保证数据传送的定时 与协调。
二、概念
输入输出： CPU或主存与外设（I/O设备）交换信息的过程。
优点：访存指令可访问端口， 指令类型多；端口地址空间
优点：专门的I/O指令，与访
ห้องสมุดไป่ตู้
大。
存分开；执行速度快；不占
内存地址空间。
缺点：占用存储器空间；速 度慢。
缺点：端口地址范围小。
10.2 主机与外设间的信息传送方式
一、程序直接控制传递方式 二、程序中断控制方式 三、直接内存访问方式——DMA 四、输入、输出处理机方式
（二）状态口
状态：反映外设当前工作状态的信息。如输入设备是否准备好 （READY）；输出设备是否忙（BUSY）等。
状态（输入）口，用于使CPU了解外设状态。
（三）控制口
控制：CPU发出的对外设或接口的控制信息。如外设的启动或停止， 接口的工作模式设置等。
控制（输出）口，用于完成CPU的控制操作。
数据信息、控制信息和状态信息都由数据线传送，因此要通过不同的端 口来区分。
禁止中断：外设发出中断请求后，由于某种条件的 存在，CPU不能中止现行程序的执行，称为禁止 中断。
一般在CPU内部设有一个“中断允许”触发器，由软件控 制其状态。只有该触发器为“1”状态时，才允许CPU 响应中断——允许中断，否则禁止中断。
中断源：在机器中引起中断产生的事件或发生 中断请求的来源统称为中断源。
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10.1.4 输入输出接口的编址方式
在接口电路中通常都具有多个可由CPU进行读写 操作的寄存器——端口。不同计算机对端口的编 址方式不同。
1、存储器统一编址
2、I/O端口独立编址
将I/O接口中的端口地 给I/O接口中的各端口提
址与存储单元统一编 址。
供与存储器空间完全分
开、完全独立的I/O地址 空间。
第10章 计算机输入输出接口
本 章 要 点：
I/O接口的概念、功能、结构与编址方式； 主机与外设之间的数据传送方式； 中断的概念、中断响应的条件与过程、中 断系统的功能及中断处理方法； 总线标准及常见的微机总线。
10.1 输入输出接口的基本知识
10.1.1 输入输出接口的概念及功能
一、输入输出接口的引入 功能
10.1.3 I/O接口分类
1、传送方式
串行接口：接口与外设之间以
并行和串行
2、收发配合方式
同步和异步传送方式
串行方式传送数据，即每个字 或字节逐位依次传送。
并行接口：接口与外设之 间以并行方式传送数据，
3、协调配合方式
即各位数据同时传送。
程序传送、中断传送、DMA
4、电路规模
简单接口、可编程接口、外设接口适配器
10.2.1 程序直接控制传送方式
一、无条件传送方式
无需了解外设状态，但要求外设随 时处于准备好的状态。
二、有条件传送方式——查询式传送
外设工作情况无法预先知道或无 规律时一般采用。
适用于对主机速度要求不高，外
N
设数量不多的场合。
优点：
较好协调主机与外设之间的时间差异；
所用硬件少。
缺点：
主机与外设只能串行工作，CPU效率低； 主机一个时间段只能与一个外设进行通信。