第10講——第5章 輸入輸出系統(tǒng)(51-52)

1、主講人：李淑芝主講人：李淑芝5.6 DMA方式方式5.5 程序中斷方式程序中斷方式5.4 程序查詢方式程序查詢方式5.3 I/O接口接口5.2 外部設(shè)備外部設(shè)備5.1 概述概述本課本課學習學習l教學目標：教學目標：了解輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展了解輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展和組成，掌握和組成，掌握I/O設(shè)備與主機的聯(lián)系設(shè)備與主機的聯(lián)系方式與信息傳送控制方式；了解常見方式與信息傳送控制方式；了解常見I/O設(shè)備的組成和工作原理。設(shè)備的組成和工作原理。l重點：重點：I/O設(shè)備與主機的聯(lián)系方式與設(shè)備與主機的聯(lián)系方式與信息傳送控制方式。信息傳送控制方式。l難點：難點：選擇采用中斷方式或選擇采用中斷方式或DMA方方式的理

2、由。式的理由。l計算機中的數(shù)據(jù)怎么樣才能計算機中的數(shù)據(jù)怎么樣才能“永久性永久性”保存呢？保存呢？ l數(shù)據(jù)是如何輸入到存儲器？又是怎樣數(shù)據(jù)是如何輸入到存儲器？又是怎樣從存儲器輸出的？從存儲器輸出的？ 5.1.1 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況（1）早期）早期分散連接分散連接CPU 和和 I/O 串行串行 工作工作程序查詢方式程序查詢方式（2）接口模塊和）接口模塊和 DMA 階段階段總線連接總線連接CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作（3）具有通道結(jié)構(gòu)的階段）具有通道結(jié)構(gòu)的階段（4）具有）具有 I/O 處理機的階段處理機的階段中斷方式中斷方式DMA 方式方式I/O設(shè)備與主存交換信

3、息通過設(shè)備與主存交換信息通過CPU5.1.2 輸入輸出系統(tǒng)的組成輸入輸出系統(tǒng)的組成（1）I/O 軟件軟件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數(shù)組的首地址、傳送字數(shù)、操作命令指出數(shù)組的首地址、傳送字數(shù)、操作命令如如 IBM/370 通道指令為通道指令為 64 位位（2）I/O 硬件硬件設(shè)備設(shè)備I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備設(shè)備控制器設(shè)備控制器通道通道操作碼操作碼命令碼命令碼設(shè)備碼設(shè)備碼5.1.3 I/O 與主機的聯(lián)系方式與主機的聯(lián)系方式（1）I/O 編址方式編址方式l 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址l 不統(tǒng)一編址不統(tǒng)一編址用取數(shù)、存數(shù)指令用取數(shù)、存數(shù)指令有專門的有專門

4、的 I/O 指令指令（2）設(shè)備選址）設(shè)備選址l 用設(shè)備選擇電路識別是否被選中用設(shè)備選擇電路識別是否被選中（3）傳送方式）傳送方式l 串行串行l(wèi) 并行并行（4）聯(lián)絡(luò)方式）聯(lián)絡(luò)方式l 立即響應立即響應l 異步工作采用應答信號異步工作采用應答信號 “Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 設(shè)設(shè) 備備CPU并行并行5.1.3 I/O 與主機的聯(lián)系方式與主機的聯(lián)系方式數(shù)據(jù)字數(shù)據(jù)字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起始位起始位終止位終止位9.09ms2 9.09msl 同步工作采用同步時標同步工作采用同步時標串行串行起始位起始位終止位終止位9.09ms2 9.09ms（4

5、）聯(lián)絡(luò)方式）聯(lián)絡(luò)方式l 異步工作采用應答信號異步工作采用應答信號 5.1.3 I/O 與主機的聯(lián)系方式與主機的聯(lián)系方式（5）I/O 與主機的連接方式與主機的連接方式l 輻射式連接輻射式連接l 總線連接總線連接 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 主主機機不便于增刪設(shè)備不便于增刪設(shè)備每臺設(shè)備都配有一套每臺設(shè)備都配有一套控制線路和一組信號線控制線路和一組信號線便于增刪設(shè)備便于增刪設(shè)備5.1.3 I/O 與主機的聯(lián)系方式與主機的聯(lián)系方式5.1.4 信息傳送控制信息傳送控制（1）程序查詢方式）程序查詢方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工作踏步等待踏步等待CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)未準備就緒

6、未準備就緒出錯出錯從從I/O接口中讀接口中讀 一個字到一個字到CPU從從CPU向主存向主存 寫入一個字寫入一個字CPU向向I/O發(fā)發(fā) 讀指令讀指令CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài) 完成否完成否未準備就緒未準備就緒現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序是是出錯出錯已準備就緒已準備就緒否否現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序解解： CPU每秒對鼠標進行每秒對鼠標進行30次查詢，所需的時鐘周期數(shù)次查詢，所需的時鐘周期數(shù)為：為：100 30 = 3000 對于硬盤，每對于硬盤，每 32位被位被CPU查詢一次，故每秒查詢：查詢一次，故每秒查詢： 2MB / 4B=512K次，則每秒查詢的時鐘周期數(shù)為：次，則每秒查詢的時鐘周期數(shù)為： CP

7、U時鐘頻率為時鐘頻率為50 MHz，即每秒，即每秒50 106個時鐘周期，個時鐘周期，故對鼠標的查詢占用故對鼠標的查詢占用CPU的時間比率為：的時間比率為：3000 / (50 106) 100%=0.006%，故對鼠標的查詢基本不影響，故對鼠標的查詢基本不影響CPU性能。性能。1005121024=52.4106，故對硬盤的查詢占用，故對硬盤的查詢占用CPU的時的時間比為：間比為：(52.4106) / (50106) 100%=105%，CPU將全將全部時間用于對硬盤的查詢也不夠，故其不用程序查詢方式。部時間用于對硬盤的查詢也不夠，故其不用程序查詢方式。（2）程序中斷方式）程序中斷方式I/

8、O 工作工作CPU 不查詢不查詢CPU 暫?，F(xiàn)行程序暫停現(xiàn)行程序自身準備自身準備與主機交換信息與主機交換信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 啟動啟動 I/O現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序KK+1沒有踏步等待現(xiàn)象沒有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序5.1.4 信息傳送控制信息傳送控制u程序中斷方式流程程序中斷方式流程CPU 向向 I/O 發(fā)讀指令發(fā)讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設(shè)備工作設(shè)備工作準備就緒準備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫入一個字向主存寫入一個字CPU 主存主存從從 I/O 接

9、口中讀一個字到接口中讀一個字到CPUI/O CPU中斷請求中斷請求I/O CPU出錯出錯是是否否未錯未錯（3）DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之間有一條直接數(shù)據(jù)通道之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。┲芷谂灿茫ㄖ芷诟`取）CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現(xiàn)實現(xiàn)I/O與主存的傳送與主存的傳送5.1.4 信息傳送控制信息傳送控制三種方式的三種方式的 CPU 工作效率比較工作效率比較存取周

10、期結(jié)束存取周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現(xiàn)實現(xiàn)I/O與主存與主存之間的傳送之間的傳送CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸查詢等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序啟動啟動I/OI/O 準備及傳送準備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動啟動I/O中斷請求中斷請求I/O準備準備I/O準備準備CPU 處理中斷服務(wù)程序處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn) I/O 與主機之間的傳送與主機之間

11、的傳送間間斷斷啟動啟動I/O啟動啟動I/OI/O準備準備中斷請求中斷請求啟動啟動I/OI/O準備準備一個存取周期一個存取周期DMA請求請求程序程序查詢查詢方式方式程序程序中斷中斷方式方式DMA 方式方式I/O 準備及傳送準備及傳送5.2.1 概述概述外部設(shè)備大致分三類：外部設(shè)備大致分三類：鍵盤鍵盤 鼠標鼠標 打印機打印機 顯示器顯示器 磁盤磁盤 光盤光盤 磁帶磁帶5.2.2 輸入設(shè)備輸入設(shè)備（1）鍵盤）鍵盤（2）鼠標）鼠標（3）觸摸屏）觸摸屏按鍵按鍵判斷哪個鍵按下判斷哪個鍵按下將此鍵翻譯成將此鍵翻譯成 ASCII 碼碼 （編碼鍵盤法）（編碼鍵盤法）（1）人機交互設(shè)備）人機交互設(shè)備（2）計算機信

12、息駐留設(shè)備）計算機信息駐留設(shè)備（3）機）機 機通信設(shè)備機通信設(shè)備調(diào)制解調(diào)器等調(diào)制解調(diào)器等機械式、光電式機械式、光電式（1）顯示器）顯示器l 字符顯示字符顯示l 圖形顯示圖形顯示l 圖像顯示圖像顯示字符發(fā)生器字符發(fā)生器主觀圖像主觀圖像客觀圖像客觀圖像（2）打印機）打印機l 擊打式擊打式l 非擊打式非擊打式點陣式（逐字、逐行）點陣式（逐字、逐行）噴墨（逐字）噴墨（逐字）激光（逐頁）激光（逐頁）5.2.3 輸出設(shè)備輸出設(shè)備問題問題1 1：什么是顯：什么是顯示存儲器（刷新存示存儲器（刷新存儲器）？其容量與儲器）？其容量與什么因素有關(guān)？什么因素有關(guān)？ 假定一臺計算機的顯示存儲器用假定一臺計算機的顯示存儲

13、器用DRAM 芯片芯片實現(xiàn)，若要求顯示分辨率為實現(xiàn)，若要求顯示分辨率為1600*1200，顏，顏色深度為色深度為24 位，幀頻為位，幀頻為85Hz，顯示總帶寬的，顯示總帶寬的50% 用來刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至用來刷新屏幕，則需要的顯存總帶寬至少約為：少約為：A245 MbpsB979 MbpsC1958 MbpsD7834Mbpsl答案：答案：D5.2.4 其他其他（1）A/D、D/A（2）終端）終端（3）漢字處理）漢字處理5.2.5 多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)完成顯示控制與存儲完成顯示控制與存儲 鍵盤管理及通信控制鍵盤管理及通信控制模擬模擬/數(shù)字（數(shù)字數(shù)字（數(shù)字/模擬）轉(zhuǎn)換器模擬）轉(zhuǎn)換器漢

14、字輸入、漢字存儲、漢字輸出漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出（1）什么是多媒體）什么是多媒體（2）多媒體計算機的關(guān)鍵技術(shù)）多媒體計算機的關(guān)鍵技術(shù)由鍵盤和顯示器組成由鍵盤和顯示器組成問題問題2 2：漢字處理：漢字處理設(shè)備工作原理？設(shè)備工作原理？ 問題問題3 3：多媒體計：多媒體計算機涉及哪些關(guān)鍵算機涉及哪些關(guān)鍵技術(shù)技術(shù) ？ 1.下述下述I/O控制方式中，主要由程序?qū)崿F(xiàn)的是控制方式中，主要由程序?qū)崿F(xiàn)的是 _。 A. PPU（外圍處理機）方式（外圍處理機）方式 B. 中斷方式中斷方式 C. DMA方式方式 D. 通道方式通道方式 答案：答案：B2. 當采用當采用_對設(shè)備進行編址情況下，不對設(shè)備進行編址情況

15、下，不 需要專門的需要專門的I/O指令組。指令組。 A.統(tǒng)一編址法統(tǒng)一編址法 B.單獨編址法單獨編址法 C.兩者都是兩者都是 D.兩者都不是兩者都不是 答案：答案：A3. 下面敘述中，下面敘述中，_是正確的。是正確的。 A.總線一定要和接口相連總線一定要和接口相連 B.接口一定要和總線相連接口一定要和總線相連 C.通道可以替代接口通道可以替代接口 D.總線始終由總線始終由CPU控制和管理控制和管理 答案：答案：B4. 在微型機系統(tǒng)中在微型機系統(tǒng)中,外圍設(shè)備通過外圍設(shè)備通過_與主與主 板的系統(tǒng)總線相連接。板的系統(tǒng)總線相連接。 A. 適配器適配器 B. 設(shè)備控制器設(shè)備控制器 C. 計數(shù)器計數(shù)器 D. 寄存器寄存器 答案：答案：A5. 帶有處理器的設(shè)備一般稱為帶有處理器的設(shè)備一般稱為_設(shè)備。設(shè)備。 A. 智能化智能化 B. 交互式交互式 C. 遠程通信遠程通信 D. 過程控制過程控制 答案：答案：A6. 計算機的外圍設(shè)備是指計算機的外圍設(shè)備是指_。 A輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 B外存儲器外存儲器 C遠程通信設(shè)備遠程通信設(shè)備 D除了除了CPU和內(nèi)存以外的其它設(shè)備和內(nèi)存以外的其它設(shè)備 答案：答案：D7. CRT的顏色數(shù)為的顏色數(shù)為256色，則刷新存儲器每色，則刷新存儲器每 個單元的字長是個單元的字長是_。