第10章 输入输出系统
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十章节输入输出系统
端口 接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器， 若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。
4. I/O设备数据传送控制方式
程序直接控制 (programed direct control)
程序中断传送 (program interrupt transfer)
直接存储器存取 (direct memory access, DMA)
1. 程序中断：计算机执行现行程序的过程中，出现某些
急需处理的异常情况和特殊请求，CPU暂时中止现行 程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理， 在处理完后，CPU将返回原来的程序继续执行。
中断的处理过程实际上是程序的切换过程 保护/ 恢复断点和保护现场等中断的辅助操作 中断系统是计算机实现中断功能的软、硬件总称。 程序中断与调用子程序的区别
二、 DMA控制器的基本组成
采用DMA控制方式的外围设备与系统总线之间的 接口电路
包括多个设备寄存器、中断控制和DMA控制逻辑 等。
设备寄存器
DMA控制器中主要的寄存器有：
(1) 主存地址寄存器(MAR) 其初始值为主存缓冲区的首地址，在传送前由程序送入。
(2) 外围设备地址寄存器(ADR) 存放I/O设备的设备码或表示设备信息存储区的寻址信息。
3. 直接存储器存取方式
DMA的不足： 对外围设备的管理和某些操作仍然需要cpu承担 大中型计算机系统中，系统所配的外设种类多，数 量大，对外设的管理和控制任务重。 多个DMA同时使用时，容易引起共享主存冲突。
4. I/O通道控制方式
通道—从属于cpu的一个专用I/O处理器
能独立地执行用通道命令编写的I/O控制程序， 产生相应的控制信号，继而完成I/O过程。 非独立处理器,需CPU协助完成任务。
4. I/O设备数据传送控制方式
程序直接控制 (programed direct control)
程序中断传送 (program interrupt transfer)
直接存储器存取 (direct memory access, DMA)
1. 程序中断：计算机执行现行程序的过程中，出现某些
急需处理的异常情况和特殊请求，CPU暂时中止现行 程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理， 在处理完后，CPU将返回原来的程序继续执行。
中断的处理过程实际上是程序的切换过程 保护/ 恢复断点和保护现场等中断的辅助操作 中断系统是计算机实现中断功能的软、硬件总称。 程序中断与调用子程序的区别
二、 DMA控制器的基本组成
采用DMA控制方式的外围设备与系统总线之间的 接口电路
包括多个设备寄存器、中断控制和DMA控制逻辑 等。
设备寄存器
DMA控制器中主要的寄存器有：
(1) 主存地址寄存器(MAR) 其初始值为主存缓冲区的首地址，在传送前由程序送入。
(2) 外围设备地址寄存器(ADR) 存放I/O设备的设备码或表示设备信息存储区的寻址信息。
3. 直接存储器存取方式
DMA的不足： 对外围设备的管理和某些操作仍然需要cpu承担 大中型计算机系统中，系统所配的外设种类多，数 量大，对外设的管理和控制任务重。 多个DMA同时使用时，容易引起共享主存冲突。
4. I/O通道控制方式
通道—从属于cpu的一个专用I/O处理器
能独立地执行用通道命令编写的I/O控制程序， 产生相应的控制信号，继而完成I/O过程。 非独立处理器,需CPU协助完成任务。
十章节输入输出系统-PPT精选文档
提高了CPU的工作效率,硬件复杂。
现代计算机组织向功能分布方向发展
图10.1 具有CH的系统结构
4. I/O通道控制方式
通道的缺点
要在cpu的I/O指令控制下工作。
某些操作仍然必须由cpu来完成
码制转换、数据检错纠错
5. 外围处理机方式
基本独立于主机工作,结构接近一般处理机
甚至是一般小型通用计算机或微机。
1. 程序直接控制方式
完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。 通常在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其他指 令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。
程序查询方式--检测“完成”状态标志。
控制和硬件实现方式简单 外设和主机及各外设之间不能同时工作， 系统效率很低,多用于单片机.
若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。
4. I/O设备数据传送控制方式
程序直接控制 (programed direct control) 程序中断传送 (program interrupt transfer) 直接存储器存取 (direct memory access, DMA) I/O通道控制 (I/O channel control) 外围处理机 (peripheral processor unit, PPU)
3. 有关中断的产生和响应的概念
(1) 中断源
引起中断的事件，即发出中断请求的来源，称为中断源。
⑶实现数据缓冲
解决主机同外围设备之间的速度匹配。 在传送过程中，先将数据送入数据缓冲寄存器， 然后再送到目的设备(输出)或主机(输入)。
⑷数据格式的变换
按照数据传送的宽度--并行和串行接口。 接口要完成数据格式的串—并变换 并行接口- 设备和接口将一个字节/字所有位同时传送。 串行接口- 设备和接口间的数据是按位串行传送的， 而接口和主机之间是按字节或字并行传送。
现代计算机组织向功能分布方向发展
图10.1 具有CH的系统结构
4. I/O通道控制方式
通道的缺点
要在cpu的I/O指令控制下工作。
某些操作仍然必须由cpu来完成
码制转换、数据检错纠错
5. 外围处理机方式
基本独立于主机工作,结构接近一般处理机
甚至是一般小型通用计算机或微机。
1. 程序直接控制方式
完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。 通常在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其他指 令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。
程序查询方式--检测“完成”状态标志。
控制和硬件实现方式简单 外设和主机及各外设之间不能同时工作， 系统效率很低,多用于单片机.
若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。
4. I/O设备数据传送控制方式
程序直接控制 (programed direct control) 程序中断传送 (program interrupt transfer) 直接存储器存取 (direct memory access, DMA) I/O通道控制 (I/O channel control) 外围处理机 (peripheral processor unit, PPU)
3. 有关中断的产生和响应的概念
(1) 中断源
引起中断的事件，即发出中断请求的来源，称为中断源。
⑶实现数据缓冲
解决主机同外围设备之间的速度匹配。 在传送过程中，先将数据送入数据缓冲寄存器， 然后再送到目的设备(输出)或主机(输入)。
⑷数据格式的变换
按照数据传送的宽度--并行和串行接口。 接口要完成数据格式的串—并变换 并行接口- 设备和接口将一个字节/字所有位同时传送。 串行接口- 设备和接口间的数据是按位串行传送的， 而接口和主机之间是按字节或字并行传送。
第10章-输出、输入与用户界面设计-new
应当遵循自然的步骤顺序例如如果适当的话名字安排在姓的前面反馈应对每一个用户行动提供发馈例如确定一个记录已经被添加而不是简单地在屏幕中给出另一个空表关闭对话应当被合理成组有一个开始中间和结束例如显示屏序列的最后应当指出已经没有更多的显示屏错误处理应检测所有错误以及应当给出如何继续的报告和建议例如建议为何发生此类错误以及用户如何操作来纠正错误
14
便于填写。原始单据的设计要保证填写得迅速、正确、全面、简易和节约 。具体地说应做到：填写量小，版面排列简明、易懂。 数据排列一般是从上到下、从左到右。 便于归档。单据大小要标准化、预留装订位置，标明传票的流动路径。 单据的格式应能保证输入精度。 为了容易填写，尽量使用选择式，或者表格式。 类型相同的数据尽量排在一起，如数字项目排在一起，文字项目排在一起 。 不往计算机输入的数据经改集中排在原始凭证最上端或者最下端。
信息系统的输出用于向系统用户呈现信息，用户所需要的各种管理业务 和经营决策等方面的信息都是由系统的输出部分完成的。同时，输出是 信息系统中最可见的部分，用户往往通过输出来了解系统的面貌，因此 ，输出通常是作为管理层和用户最终评估系统价值的基础。 信息系统输出设计的目的是使系统能够正确及时地输出用户需要的各种 有用信息，保证系统输出的信息能够方便地为用户所使用，能够为用户 的管理活动提供有效的信息服务。信息能否满足用户需要，直接关系到 系统的使用效果和系统的成功与否。 系统输出分为中间输出和最终输出两类。中间输出是指子系统对主系统 或另一个子系统之间的数据传送，而最终输出则是指通过终端设备（如 显示器屏幕、打印机等）向管理者输出的一类信息。
15
上海财经大学信息管理与工程学院
第10章 输出、输入与用户界面设计
14
便于填写。原始单据的设计要保证填写得迅速、正确、全面、简易和节约 。具体地说应做到：填写量小，版面排列简明、易懂。 数据排列一般是从上到下、从左到右。 便于归档。单据大小要标准化、预留装订位置，标明传票的流动路径。 单据的格式应能保证输入精度。 为了容易填写，尽量使用选择式，或者表格式。 类型相同的数据尽量排在一起，如数字项目排在一起，文字项目排在一起 。 不往计算机输入的数据经改集中排在原始凭证最上端或者最下端。
信息系统的输出用于向系统用户呈现信息，用户所需要的各种管理业务 和经营决策等方面的信息都是由系统的输出部分完成的。同时，输出是 信息系统中最可见的部分，用户往往通过输出来了解系统的面貌，因此 ，输出通常是作为管理层和用户最终评估系统价值的基础。 信息系统输出设计的目的是使系统能够正确及时地输出用户需要的各种 有用信息，保证系统输出的信息能够方便地为用户所使用，能够为用户 的管理活动提供有效的信息服务。信息能否满足用户需要，直接关系到 系统的使用效果和系统的成功与否。 系统输出分为中间输出和最终输出两类。中间输出是指子系统对主系统 或另一个子系统之间的数据传送，而最终输出则是指通过终端设备（如 显示器屏幕、打印机等）向管理者输出的一类信息。
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上海财经大学信息管理与工程学院
第10章 输出、输入与用户界面设计
《输入输出系统》课件
4 HDMI接口
HDMI接口是高清多媒体接口，用于连接显示 器、电视和其他多媒体设备。
输入输出流
1
标准输入输出流
标准输入输出流是计算机与外部世界进行基本信息交流的通道。它包括键盘输入 和屏幕输出。
2
文件输入输出流
文件输入输出流用于将数据存储到文件中或从文件中读取数据，常用于数据持久 化和数据共享。
数码相机
数码相机用于拍摄照片和录制视频，将现实世 界的图像转化为数字数据，方便存储和处理。
输出设备
显示器
显示器是最常见的输 出设备，用于显示计 算机处理后的图像、 文字和视频。
打印机
打印机将计算机中的 文档转化为纸质输出， 方便用户在无互联网 环境下查阅和分享信 息。
投影仪
投影仪可将计算机中 的图像或视频投射到 大屏幕上，方便大型 演示、教学和娱乐活 动。
喇叭
喇叭用于播放计算机 中的音频内容，为用 户提供更好的听觉体 验。
输入输出接口
1 并口接口
并口接口是传输并行数据的接口，常用于连 接打印机、扫描仪等设备。
2 串口接口
串口接口是传输串行数据的接口，常用于连 接鼠标、键盘等设备，也可连接外部设备。
3 USB接口
USB接口是通用串行总线接口，可连接各种 设备，如存储设备、音频设备和外围设备。
发展趋势
随着科技的不断进步，输入输出 系统将更加智能、便捷和高效， 给人们的生活带来更多的便利和 乐趣。
总结
通过本《输入输出系统》PPT课件，您了解了计算机的输入输出系统的定义、组成部分、各个设备和接口的分 类和作用，以及输入输出流和应用。 期望这些知识能帮助您更好地理解计算机系统，并在实际应用中发挥更大的作用。
输入输出系统由输入设备和输出设备构成，它们共同协作，使计算机能够与 人类进行信息交流，完成各种任务。
C语言第10章对文件的输入输出 ppt课件
程序中的输入输出都是通过操作系统进行 的 ➢“流”是一个传输通道，数据可以从运行 环境流入程序中，或从程序流至运行环境
PPT课件
11
10.1.1 什么是文件
➢从C程序的观点来看，无论程序一次读写 一个字符，或一行文字，或一个指定的数 据区，作为输入输出的各种文件或设备都 是统一以逻辑数据流的方式出现的。Ｃ语 言把文件看作是一个字符（或字节）的序 列。一个输入输出流就是一个字符流或字 节(内容为二进制数据)流。
PPT课件
20
10.1.3 文件的分类
ASCII形式
00110001 00110000 00110000 00110000 00110000
（1） （0） （0） （0） （0）
二进制形式
00000000 00000000 00100111 00010000
（10000）
PPT课件
21
10.1.4 文件缓冲区
的temp子目录下面
PPT课件
15
10.1.2 文件名
➢文件路径表示文文件件在名外部存储设备中的位 置。如：
D: \CC\temp\file1.dat 表示file1.dat文件存放在D盘中的CC目录下
的temp子目录下面
PPT课件
16
10.1.2 文件名
➢文件路径表示文命 识件名 符在规 的外则 命部遵 名存循 规储标 则设备中的位 置。如：
➢“文件”指存储在外部介质上数据的集合
一批数据是以文件的形式存放在外部介质上的 操作系统是以文件为单位对数据进行管理 想找存放在外部介质上的数据，先按文件名找
到所指定的文件，然后再从该文件读数据 要向外部介质上存储数据也必须先建立一个文
件（以文件名作为标志），才能向它输出数据
PPT课件
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10.1.1 什么是文件
➢从C程序的观点来看，无论程序一次读写 一个字符，或一行文字，或一个指定的数 据区，作为输入输出的各种文件或设备都 是统一以逻辑数据流的方式出现的。Ｃ语 言把文件看作是一个字符（或字节）的序 列。一个输入输出流就是一个字符流或字 节(内容为二进制数据)流。
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10.1.3 文件的分类
ASCII形式
00110001 00110000 00110000 00110000 00110000
（1） （0） （0） （0） （0）
二进制形式
00000000 00000000 00100111 00010000
（10000）
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10.1.4 文件缓冲区
的temp子目录下面
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10.1.2 文件名
➢文件路径表示文文件件在名外部存储设备中的位 置。如：
D: \CC\temp\file1.dat 表示file1.dat文件存放在D盘中的CC目录下
的temp子目录下面
PPT课件
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10.1.2 文件名
➢文件路径表示文命 识件名 符在规 的外则 命部遵 名存循 规储标 则设备中的位 置。如：
➢“文件”指存储在外部介质上数据的集合
一批数据是以文件的形式存放在外部介质上的 操作系统是以文件为单位对数据进行管理 想找存放在外部介质上的数据，先按文件名找
到所指定的文件，然后再从该文件读数据 要向外部介质上存储数据也必须先建立一个文
件（以文件名作为标志），才能向它输出数据
输入输出系统
菊花链逻辑电路
三态门
DB
E
中断确认
&
=1
INTAin INTR
中 外设接口 断 向 量 码
菊花链 逻辑电路
IREQ
≥1
INTAout
50
中断响应
向中断源发出INTA中断响应信号； 保护断点。包括FLAGS、 CS和IP 获得中断服务程序入口地址
固定入口法 中断向量法
51
中断处理
中断服务子程序的特点： 为“远过程” 用IRET指令返回
34
DMA的三种传送方式
连续传送（块传送）： DMAC在申请到总线后，将一块数据传送完后才释放 总线，而不管中间DREQ是否有效。
单次传送（每次传送一个字节）： 每个DMA周期只传送一个字节就立即释放总线。
按需传送（猝发传送）： 只要I/O接口的数据缓冲可用，就可进行传送。此时 I/O接口需要有一定大小的FIFO缓冲区。
24
查询工作方式
优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性
差，速度较慢
单一外设时 的工作流程
25
防止死循环
超时?
N
读入并测试外设状态
N
复位计时器
READY?
Y
与外设进 行数据交换
Y
超时错
N
传送完？
Y
26
查询工作方式例
➢ 外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为 状态标志（=1忙，=0准备好）
17
I/O地址的译码
某外设接口有4个端口，地址为2F0H— —2F3H，试将其与系统连接。
18
四、输入输出数据的传送方式
并行 —— 一个数据单位同时传送 串行 —— 数据按位传送
输入输出系统PPT课件
能够应用于端口 的指令较少
00000H
FFFFFH 0000H
2021/3/7
FFFFH
CHENLI
内存 地址
I/O 地址
13
端口的独立编址
MEMR、MEMW
8 0
A19-A0
存储器
8
6 总
IOR、IOW 、BHE
线
输入/输出
A15-A0
2021/3/7
CHENLI
14Байду номын сангаас
8086的I/O端口编址
2021/3/7
CHENLI
15
三、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址
参加译码的信号：
IOR，IOW，A15 ～ A0
OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
2021/3/7
CHENLI
16
I/O地址的译码
当接口只有一个端口时，16位地址信号 一般应全部参与译码，译码输出直接选择 该端口；当接口具有多个端口时，则16 位地址线的高位参与译码（决定接口的基 地址），而低位则用于确定要访问哪一个 端口。
路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。
2021/3/7
CHENLI
6
I/O接口要解决的问题
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
2021/3/7
2021/3/7
CHENLI
3
一、输入输出系统
将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统
输入输出接口 输入输出设备 输入输出软件
00000H
FFFFFH 0000H
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FFFFH
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内存 地址
I/O 地址
13
端口的独立编址
MEMR、MEMW
8 0
A19-A0
存储器
8
6 总
IOR、IOW 、BHE
线
输入/输出
A15-A0
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14Байду номын сангаас
8086的I/O端口编址
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三、I/O地址的译码
目的： 确定端口的地址
参加译码的信号：
IOR，IOW，A15 ～ A0
OUT指令将使总线的IOW信号有效 IN指令将使总线的IOR信号有效
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I/O地址的译码
当接口只有一个端口时，16位地址信号 一般应全部参与译码，译码输出直接选择 该端口；当接口具有多个端口时，则16 位地址线的高位参与译码（决定接口的基 地址），而低位则用于确定要访问哪一个 端口。
路的总称。 实现外设与主机之间的信息交换。
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I/O接口要解决的问题
速度匹配(Buffer) 信号的驱动能力(电平转换器、驱动器) 信号形式和电平的匹配(A/D、D/A) 信息格式(字节流、块、数据包、帧) 时序匹配(定时关系) 总线隔离(三态门)
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CHENLI
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一、输入输出系统
将CPU及主存以外的部分叫做输入输出系统
输入输出接口 输入输出设备 输入输出软件
《输入输出系统 》课件
详细描述
物联网技术将使家居用品和设备实现互联互 通，用户可以通过手机、平板等设备远程控 制家中的电器、照明、安全系统等。智能家 居系统可以根据用户的生活习惯和需求自动 调节室内温度、湿度、照明等，提高居住的
舒适度和能源利用效率。
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
随着传感器技术、微处理器技术和人机交 互技术的发展，可穿戴设备的功能将越来 越强大，能够监测用户的健康状况、提供 运动数据、甚至实现远程控制。它们将不 仅仅是一种时尚配件，而是成为人们生活 中不可或缺的一部分。
虚拟现实与增强现实技术
总结词
虚拟现实与增强现实技术是未来输入输出系 统的另一重要趋势，它们将为用户提供更加 沉浸式的体验和更加真实的交互方式。
常见的音频接口包括3.5mm接口、RCA接口、光纤 接口等，不同的接口有不同的传输质量和效果。
音频质量
音频采样率、比特率、声道数等都会影响音频质量 。
投影仪
投影仪类型
LCD投影仪、DLP投影仪、3LCD投影仪等，每种 投影仪都有其独特的特点和应用场景。
投影画面尺寸
投影画面尺寸可以根据实际需要调整，但也会受 到投影仪性能的限制。
喷墨打印机、激光打印机、热升华打印机等，每种打 印机都有其适用的打印需求和场景。
打印介质
纸张、照片纸、光面纸等，不同的打印介质会影响打 印质量和效果。
打印质量
分辨率、颜色鲜艳度、墨水质量等都会影响打印质量 。
音响设备
音响类型
立体声、环绕声、家庭影院等，不同的音响类型有 不同的音效表现和适用场景。
音频接口
详细描述
虚拟现实技术通过创建虚拟的环境，使用户 仿佛置身于一个全新的世界中。增强现实技 术则通过将虚拟元素与现实世界相结合，增 强用户的感知和认知。这些技术将广泛应用 于游戏、教育、医疗等领域，为用户带来更 加丰富和深入的体验。
第10章 输入输出系统
Cache CPU
CPU －主存总线
总线适配器
总线适配器
主存
AGP总线 I/O 控制器
PCI总线
总线适配器
I/O 控制器
图形输出
网络
I/O 总线
I/O 控制器
I/O 控制器
磁盘 磁盘
CD
I/O系统概述
2. 通道连接方式
➢ 从IBM360系列机开始，普遍采用了通道处理机技术 ，由一种称为通道的专用硬件来专门负责整个计算 机系统的输入/输出工作。
➢ 提供外设和接口的状态
➢ 实现主机对外设的通信和控制功能
3. I/O接口的组成 I/O接口的基本组成如图所示 。
数据线：传送数据的一组连线，一般是双向的； 地址线：传送设备地址，它通常是一组单向线； 命令线：传送CPU向设备发出的命令，也是一组单向
线； 状态线：将外设和接口的状态向CPU报告，也是一组
➢ 在一定程度上实现CPU与外设之间的并行工作， 而且能实现多台外设之间的并行工作。
▲
16/104
I/O系统概述
3. DMA方式 ➢ 直接存储器访问DMA（Direct Memory Access） ➢ 在外设和主存之间开辟一条直接的数据通路，在 DMA控制器的控制下，外设能直接与主存进行 数据交换，而不必经过CPU。 ➢ DMA方式下，数据的传送速度很高。但需要更 多的硬件。
线都直接送给CPU。
优点：响应速度快。 缺点：这种模式只适合于CPU具有足够多中断请求
线的情况。而且中断源难以扩充。
➢ 各中断源的请求信号通过三态门电路汇集到一根 公共的中断请求线
▲
33/104
中断系统
➢ 在CPU外部设置一个中断控制电路，由它负责把 所有中断源发出的中断请求汇集起来，通过或门 向CPU请求中断。
第10章输入输出系统
第10章输入输出系统计算机输入输出系统（I/O系统）的功能是完成计算机系统与外部世界的联系。
它与计算机主机的速度、处理能力、实用性、兼容性等各项性能都有十分密切的关系。
目前，输入输出设备种类日益增多，I/O系统就越来越显得重要。
为了提高主机的工作效率，组织合理的I/O系统、配备先进的I/O技术及接口部件是充分发挥计算机系统性能必不可少的条件。
本章着重介绍I/O系统的组成，主机和外围设备之间的五种数据传送方式——程序查询方式、中断方式、DMA方式、通道方式和I/O处理机方式。
10.1 I/O系统概述10.1.1 I/O系统的功能与组成⒈I/O系统的基本功能①为信息的传输操作选择设备；②在选定的输入输出设备和计算机主机（CPU或存）之间交换信息。
⒉I/O系统的组成由I/O系统要实现的功能，I/O系统也包括了硬件及其相应的软件。
各种外围设备不能与计算机主机直接联系，必须通过I/O系统联接。
⒉ I/O系统的组成I/O系统的硬件组成，由图可以看出，由4部分组成：外围设备、设备控制器、I/O接口和CPU。
①外围设备：包括利用光、电、磁、机械等原理制成的各种设备，将信息转换为二进制数码的表示形式。
②设备控制器：其功能是将外围设备生成的各种形式的二进制数码转换成电路的信号，并根据输入信号的要求，对设备的运行进行控制。
设备控制器属于外围设备的一个组成部分，是该外围设备与计算机连接的界面。
③输入/输出接口：用来完成外围设备与CPU交换信息时在速度、代码形式上的相互匹配。
在CPU中，数据的传送速度是纳秒级的，而外围设备的速度则是毫秒级的，最快是微秒级的，两者相差悬殊。
CPU中的二进制数据是并行传输的，并且有标准的电位要求，而外围设备因其种类的不同，其数据的传输方式有串行的，有并行的，还有串并行的。
接口部件的功能就是进行外设与CPU之间的信息转换，使其形式上能互相适应，速度上能互相匹配。
同时能根据CPU的控制要求，对I/O系统的工作进行控制与检测。
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第10章 10章
输入输出系统
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第10章 10章
输入输出系统
计算机输入输出系统(I/O系统) 计算机输入输出系统(I/O系统)的功能是完成 系统 计算机系统与外部世界的联系. 计算机系统与外部世界的联系.它与计算机主机 的速度,处理能力,实用性, 的速度,处理能力,实用性,兼容性等各项性能 都有十分密切的关系. 都有十分密切的关系. 目前,输入输出设备种类日益增多,I/O系统就 目前,输入输出设备种类日益增多,I/O系统就 越来越显得重要. 越来越显得重要. 为了提高主机的工作效率,组织合理的I/O系统, I/O系统 为了提高主机的工作效率,组织合理的I/O系统, 配备先进的I/O I/O技术及接口部件是充分发挥计算机 配备先进的I/O技术及接口部件是充分发挥计算机 系统性能必不可少的条件. 系统性能必不可少的条件. 本章着重介绍I/O系统的组成, I/O系统的组成 本章着重介绍I/O系统的组成,主机和外围设备 之间的五种数据传送方式——程序查询方式,中 程序查询方式, 之间的五种数据传送方式 程序查询方式 断方式,DMA方式 通道方式和I/O处理机方式. 方式, I/O处理机方式 断方式,DMA方式,通道方式和I/O处理机方式.
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10.1.3
输入输出数据传送控制方式
显然,若主机和外围设备能同时工作, 显然,若主机和外围设备能同时工作,整个计算 机系统的工作效率就会明显提高.这就引入了中断 中断的 机系统的工作效率就会明显提高.这就引入了中断的 概念,即当外围设备需要CPU为其服务时,才向CPU CPU为其服务时 CPU请 概念,即当外围设备需要CPU为其服务时,才向CPU请 求服务,CPU暂停当前的工作 转而为外围设备服务. 暂停当前的工作, 求服务,CPU暂停当前的工作,转而为外围设备服务. CPU为外围设备的服务结束后 继续原来的工作. 为外围设备的服务结束后, 当CPU为外围设备的服务结束后,继续原来的工作.但 中断的辅助操作很多,特别是外围设备较多时, 是,中断的辅助操作很多,特别是外围设备较多时, 中断过于频繁,将使CPU应接不暇, CPU应接不暇 中断过于频繁,将使CPU应接不暇,整机的性能会受到 很大的影响. 很大的影响. 一般情况下,主机要处理外围设备的信息, 一般情况下,主机要处理外围设备的信息,首先 要将外围设备中信息传送到主存中. 要将外围设备中信息传送到主存中.若外围设备和主 存之间的信息传送不必通过CPU而直接进行,就成了直 CPU而直接进行 存之间的信息传送不必通过CPU而直接进行,就成了直 接存储器传送(DMA)方式. DMA方式中 CPU把部分 方式中, 接存储器传送(DMA)方式.在DMA方式中,CPU把部分 输入输出的控制权交给了设备控制器, 输入输出的控制权交给了设备控制器,在外围设备与 主存之间传送信息期间,CPU不必访问主存 因此, 不必访问主存, 主存之间传送信息期间,CPU不必访问主存,因此,信 息传送率较高. 息传送率较高. 下一页 上一页
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10.1.2
输入输出设备的寻址方式
CPU对输入输出设备的访问,采用按地 CPU对输入输出设备的访问, 对输入输出设备的访问 址访问的形式,即先送地址码, 址访问的形式,即先送地址码,以确定访 问的具体是什么设备,然后进行信息交换. 问的具体是什么设备,然后进行信息交换. 因此,对各种外围设备需要进行编址, 因此,对各种外围设备需要进行编址,即 给每一台设备规定一些地址码, 给每一台设备规定一些地址码,这些地址 码也称为设备号或设备代码.目前有两种 码也称为设备号或设备代码. 编址方式:独立编址和存储器统一编址. 编址方式:独立编址和存储器统一编址.
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目
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5
录
I/O系统概述 I/O系统概述 程序查询输入输出方式 程序中断输入输出方式 DMA方式 DMA方式 通道方式
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10.1
I/O系统概述 I/O系统概述
10. I/O系统的功能与组成 10.1.1 I/O系统的功能与组成 10. 10.1.2 输入输出设备的寻址方式 10. 10.1.3 输入输出数据传送控制方式
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
接口部件是计算机系统的重要组成部分, 接口部件是计算机系统的重要组成部分,不同 的输入输出方式,不同的系统结构形式, 的输入输出方式,不同的系统结构形式,都影 响接口部件的组成.而接口部件的质量好坏, 响接口部件的组成.而接口部件的质量好坏, 也将直接影响计算机系统的性能. 也将直接影响计算机系统的性能. ④CPU:计算机系统的CPU除了正常的工作外, CPU:计算机系统的CPU除了正常的工作外, CPU除了正常的工作外 I/O系统中执行输入输出指令 对整个I/O 系统中执行输入输出指令, I/O系 在I/O系统中执行输入输出指令,对整个I/O系 统进行启动,检测和控制. 统进行启动,检测和控制.
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
I/O系统的硬件组成,由图可以看出, I/O系统的硬件组成,由图可以看出, 系统的硬件组成 部分组成:外围设备,设备控制器, 由4部分组成:外围设备,设备控制器, I/O接口和CPU. 接口和CPU I/O接口和CPU.
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
③输入/输出接口:用来完成外围设备与CPU交换信 输入/输出接口:用来完成外围设备与CPU交换信 CPU 息时在速度,代码形式上的相互匹配. CPU中 息时在速度,代码形式上的相互匹配.在CPU中,数据 的传送速度是纳秒级的, 的传送速度是纳秒级的,而外围设备的速度则是毫秒 级的,最快是微秒级的,两者相差悬殊.CPU中的二进 级的,最快是微秒级的,两者相差悬殊.CPU中的二进 制数据是并行传输的,并且有标准的电位要求, 制数据是并行传输的,并且有标准的电位要求,而外 围设备因其种类的不同,其数据的传输方式有串行的, 围设备因其种类的不同,其数据的传输方式有串行的, 有并行的,还有串并行的. 有并行的,还有串并行的.接口部件的功能就是进行 外设与CPU之间的信息转换,使其形式上能互相适应, CPU之间的信息转换 外设与CPU之间的信息转换,使其形式上能互相适应, 速度上能互相匹配.同时能根据CPU的控制要求, CPU的控制要求 速度上能互相匹配.同时能根据CPU的控制要求,对 I/O系统的工作进行控制与检测 系统的工作进行控制与检测. I/O系统的工作进行控制与检测.
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下一页的数据传送方式主要围 绕着两个问题, 绕着两个问题,一是主机速度与外围设备速度 的匹配问题, 的匹配问题,二是如何提高整机系统的性能问 早期的输入输出系统是由程序控制的, 题.早期的输入输出系统是由程序控制的,即 外围设备的启动,停止等工作全部由CPU CPU执行 外围设备的启动,停止等工作全部由CPU执行 程序来实现控制.通常而言,外围设备的工作 程序来实现控制.通常而言, 速度比主机的工作速度要低得多,因此, 速度比主机的工作速度要低得多,因此,在外 围设备工作的时候,主机处于等待状态. 围设备工作的时候,主机处于等待状态.在这 种工作方式下,主机与外围设备不能同时工作, 种工作方式下,主机与外围设备不能同时工作, 整个计算机系统的工作效率较低. 整个计算机系统的工作效率较低.
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10.1.2
输入输出设备的寻址方式
⒉存储器统一编址 在存储器总的地址空间中分出一个区域, 在存储器总的地址空间中分出一个区域,作 I/O系统中的设备代码 当访问这些地址时, 系统中的设备代码, 为I/O系统中的设备代码,当访问这些地址时, 表示被访问的不是存储器,而是I/O I/O设备的设 表示被访问的不是存储器,而是I/O设备的设 备寄存器.例如,PDP-11系列机就是采用存储 备寄存器.例如,PDP-11系列机就是采用存储 器统一编址方式对外围设备进行寻址的. 器统一编址方式对外围设备进行寻址的.如 PDP-11/23计算机主存的地址空间为64KB, 计算机主存的地址空间为64KB PDP-11/23计算机主存的地址空间为64KB,最 高空间FE00H FFFFH这1024个地址就是输入输 FE00H～ 高空间FE00H～FFFFH这1024个地址就是输入输 出的端口地址.在这种情况下,CPU不设专门 出的端口地址.在这种情况下,CPU不设专门 的I/O指令,一般访问内存的指令都可以访问 I/O指令, 指令 外围设备. 外围设备.各种寻址方式及数据处理指令也都 可以被I/O端口使用. I/O端口使用 可以被I/O端口使用.使得输入输出过程的处 理更加灵活方便. 理更加灵活方便.
10.1.3
输入输出数据传送控制方式
若设备控制器能执行自己的指令, 若设备控制器能执行自己的指令,程序来完成输入 输出的功能,就形成了通道 I/O处理机工作方式. 通道或 处理机工作方式 输出的功能,就形成了通道或I/O处理机工作方式.一 个通道在执行输入输出过程的开始, CPU进入管理程 个通道在执行输入输出过程的开始,由CPU进入管理程 启动通道工作. 序,启动通道工作.以后的过程全部由通道按照通道 程序自行处理,CPU可同时继续进行原来的工作 可同时继续进行原来的工作, 程序自行处理,CPU可同时继续进行原来的工作,直至 整个输入输出过程结束才中断CPU作结束处理. CPU作结束处理 整个输入输出过程结束才中断CPU作结束处理.不论一 个输入输出过程交换多少信息,只需中断CPU两次, CPU两次 个输入输出过程交换多少信息,只需中断CPU两次,外 围设备,通道和CPU可以同时工作. CPU可以同时工作 围设备,通道和CPU可以同时工作.仅在硬件上的这些 措施还不一定能充分发挥作用, 措施还不一定能充分发挥作用,必须要求操作系统具 有管理多道程序运行的功能. 有管理多道程序运行的功能.现有的操作系统占有大 量的CPU时间, CPU时间 量的CPU时间,把操作系统中有关外围设备管理部分的 功能分散到输入输出通道中,就形成了I/O处理机. I/O处理机 功能分散到输入输出通道中,就形成了I/O处理机. 上一页
输入输出系统
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第10章 10章
输入输出系统
计算机输入输出系统(I/O系统) 计算机输入输出系统(I/O系统)的功能是完成 系统 计算机系统与外部世界的联系. 计算机系统与外部世界的联系.它与计算机主机 的速度,处理能力,实用性, 的速度,处理能力,实用性,兼容性等各项性能 都有十分密切的关系. 都有十分密切的关系. 目前,输入输出设备种类日益增多,I/O系统就 目前,输入输出设备种类日益增多,I/O系统就 越来越显得重要. 越来越显得重要. 为了提高主机的工作效率,组织合理的I/O系统, I/O系统 为了提高主机的工作效率,组织合理的I/O系统, 配备先进的I/O I/O技术及接口部件是充分发挥计算机 配备先进的I/O技术及接口部件是充分发挥计算机 系统性能必不可少的条件. 系统性能必不可少的条件. 本章着重介绍I/O系统的组成, I/O系统的组成 本章着重介绍I/O系统的组成,主机和外围设备 之间的五种数据传送方式——程序查询方式,中 程序查询方式, 之间的五种数据传送方式 程序查询方式 断方式,DMA方式 通道方式和I/O处理机方式. 方式, I/O处理机方式 断方式,DMA方式,通道方式和I/O处理机方式.
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10.1.3
输入输出数据传送控制方式
显然,若主机和外围设备能同时工作, 显然,若主机和外围设备能同时工作,整个计算 机系统的工作效率就会明显提高.这就引入了中断 中断的 机系统的工作效率就会明显提高.这就引入了中断的 概念,即当外围设备需要CPU为其服务时,才向CPU CPU为其服务时 CPU请 概念,即当外围设备需要CPU为其服务时,才向CPU请 求服务,CPU暂停当前的工作 转而为外围设备服务. 暂停当前的工作, 求服务,CPU暂停当前的工作,转而为外围设备服务. CPU为外围设备的服务结束后 继续原来的工作. 为外围设备的服务结束后, 当CPU为外围设备的服务结束后,继续原来的工作.但 中断的辅助操作很多,特别是外围设备较多时, 是,中断的辅助操作很多,特别是外围设备较多时, 中断过于频繁,将使CPU应接不暇, CPU应接不暇 中断过于频繁,将使CPU应接不暇,整机的性能会受到 很大的影响. 很大的影响. 一般情况下,主机要处理外围设备的信息, 一般情况下,主机要处理外围设备的信息,首先 要将外围设备中信息传送到主存中. 要将外围设备中信息传送到主存中.若外围设备和主 存之间的信息传送不必通过CPU而直接进行,就成了直 CPU而直接进行 存之间的信息传送不必通过CPU而直接进行,就成了直 接存储器传送(DMA)方式. DMA方式中 CPU把部分 方式中, 接存储器传送(DMA)方式.在DMA方式中,CPU把部分 输入输出的控制权交给了设备控制器, 输入输出的控制权交给了设备控制器,在外围设备与 主存之间传送信息期间,CPU不必访问主存 因此, 不必访问主存, 主存之间传送信息期间,CPU不必访问主存,因此,信 息传送率较高. 息传送率较高. 下一页 上一页
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10.1.2
输入输出设备的寻址方式
CPU对输入输出设备的访问,采用按地 CPU对输入输出设备的访问, 对输入输出设备的访问 址访问的形式,即先送地址码, 址访问的形式,即先送地址码,以确定访 问的具体是什么设备,然后进行信息交换. 问的具体是什么设备,然后进行信息交换. 因此,对各种外围设备需要进行编址, 因此,对各种外围设备需要进行编址,即 给每一台设备规定一些地址码, 给每一台设备规定一些地址码,这些地址 码也称为设备号或设备代码.目前有两种 码也称为设备号或设备代码. 编址方式:独立编址和存储器统一编址. 编址方式:独立编址和存储器统一编址.
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I/O系统概述 I/O系统概述
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
接口部件是计算机系统的重要组成部分, 接口部件是计算机系统的重要组成部分,不同 的输入输出方式,不同的系统结构形式, 的输入输出方式,不同的系统结构形式,都影 响接口部件的组成.而接口部件的质量好坏, 响接口部件的组成.而接口部件的质量好坏, 也将直接影响计算机系统的性能. 也将直接影响计算机系统的性能. ④CPU:计算机系统的CPU除了正常的工作外, CPU:计算机系统的CPU除了正常的工作外, CPU除了正常的工作外 I/O系统中执行输入输出指令 对整个I/O 系统中执行输入输出指令, I/O系 在I/O系统中执行输入输出指令,对整个I/O系 统进行启动,检测和控制. 统进行启动,检测和控制.
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
I/O系统的硬件组成,由图可以看出, I/O系统的硬件组成,由图可以看出, 系统的硬件组成 部分组成:外围设备,设备控制器, 由4部分组成:外围设备,设备控制器, I/O接口和CPU. 接口和CPU I/O接口和CPU.
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I/O系统的组成 ⒉ I/O系统的组成
③输入/输出接口:用来完成外围设备与CPU交换信 输入/输出接口:用来完成外围设备与CPU交换信 CPU 息时在速度,代码形式上的相互匹配. CPU中 息时在速度,代码形式上的相互匹配.在CPU中,数据 的传送速度是纳秒级的, 的传送速度是纳秒级的,而外围设备的速度则是毫秒 级的,最快是微秒级的,两者相差悬殊.CPU中的二进 级的,最快是微秒级的,两者相差悬殊.CPU中的二进 制数据是并行传输的,并且有标准的电位要求, 制数据是并行传输的,并且有标准的电位要求,而外 围设备因其种类的不同,其数据的传输方式有串行的, 围设备因其种类的不同,其数据的传输方式有串行的, 有并行的,还有串并行的. 有并行的,还有串并行的.接口部件的功能就是进行 外设与CPU之间的信息转换,使其形式上能互相适应, CPU之间的信息转换 外设与CPU之间的信息转换,使其形式上能互相适应, 速度上能互相匹配.同时能根据CPU的控制要求, CPU的控制要求 速度上能互相匹配.同时能根据CPU的控制要求,对 I/O系统的工作进行控制与检测 系统的工作进行控制与检测. I/O系统的工作进行控制与检测.
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下一页的数据传送方式主要围 绕着两个问题, 绕着两个问题,一是主机速度与外围设备速度 的匹配问题, 的匹配问题,二是如何提高整机系统的性能问 早期的输入输出系统是由程序控制的, 题.早期的输入输出系统是由程序控制的,即 外围设备的启动,停止等工作全部由CPU CPU执行 外围设备的启动,停止等工作全部由CPU执行 程序来实现控制.通常而言,外围设备的工作 程序来实现控制.通常而言, 速度比主机的工作速度要低得多,因此, 速度比主机的工作速度要低得多,因此,在外 围设备工作的时候,主机处于等待状态. 围设备工作的时候,主机处于等待状态.在这 种工作方式下,主机与外围设备不能同时工作, 种工作方式下,主机与外围设备不能同时工作, 整个计算机系统的工作效率较低. 整个计算机系统的工作效率较低.
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10.1.2
输入输出设备的寻址方式
⒉存储器统一编址 在存储器总的地址空间中分出一个区域, 在存储器总的地址空间中分出一个区域,作 I/O系统中的设备代码 当访问这些地址时, 系统中的设备代码, 为I/O系统中的设备代码,当访问这些地址时, 表示被访问的不是存储器,而是I/O I/O设备的设 表示被访问的不是存储器,而是I/O设备的设 备寄存器.例如,PDP-11系列机就是采用存储 备寄存器.例如,PDP-11系列机就是采用存储 器统一编址方式对外围设备进行寻址的. 器统一编址方式对外围设备进行寻址的.如 PDP-11/23计算机主存的地址空间为64KB, 计算机主存的地址空间为64KB PDP-11/23计算机主存的地址空间为64KB,最 高空间FE00H FFFFH这1024个地址就是输入输 FE00H～ 高空间FE00H～FFFFH这1024个地址就是输入输 出的端口地址.在这种情况下,CPU不设专门 出的端口地址.在这种情况下,CPU不设专门 的I/O指令,一般访问内存的指令都可以访问 I/O指令, 指令 外围设备. 外围设备.各种寻址方式及数据处理指令也都 可以被I/O端口使用. I/O端口使用 可以被I/O端口使用.使得输入输出过程的处 理更加灵活方便. 理更加灵活方便.
10.1.3
输入输出数据传送控制方式
若设备控制器能执行自己的指令, 若设备控制器能执行自己的指令,程序来完成输入 输出的功能,就形成了通道 I/O处理机工作方式. 通道或 处理机工作方式 输出的功能,就形成了通道或I/O处理机工作方式.一 个通道在执行输入输出过程的开始, CPU进入管理程 个通道在执行输入输出过程的开始,由CPU进入管理程 启动通道工作. 序,启动通道工作.以后的过程全部由通道按照通道 程序自行处理,CPU可同时继续进行原来的工作 可同时继续进行原来的工作, 程序自行处理,CPU可同时继续进行原来的工作,直至 整个输入输出过程结束才中断CPU作结束处理. CPU作结束处理 整个输入输出过程结束才中断CPU作结束处理.不论一 个输入输出过程交换多少信息,只需中断CPU两次, CPU两次 个输入输出过程交换多少信息,只需中断CPU两次,外 围设备,通道和CPU可以同时工作. CPU可以同时工作 围设备,通道和CPU可以同时工作.仅在硬件上的这些 措施还不一定能充分发挥作用, 措施还不一定能充分发挥作用,必须要求操作系统具 有管理多道程序运行的功能. 有管理多道程序运行的功能.现有的操作系统占有大 量的CPU时间, CPU时间 量的CPU时间,把操作系统中有关外围设备管理部分的 功能分散到输入输出通道中,就形成了I/O处理机. I/O处理机 功能分散到输入输出通道中,就形成了I/O处理机. 上一页