輸入輸出系統的發展概況

輸入輸出系統發展的 4 個階段

輸入輸出系統的組成

I/O 設備與主機的聯繫方式

I/O 設備編址方式

• 統一編址：將 I/O 地址看作存儲器地址的一部分

• 不統一編址：I/O 地址和存儲器地址是分開的，所以對 I/O 設備的訪問必須有專門的 I/O 指令

設備尋址

每台設備都賦予一個設備號，啟動某設備時，可以由 I/O 指令的設備碼字段直接指出設備的設備號。

傳送方式

• 並行：同一瞬間，n 位信息同時從 CPU 輸出到 I/O，或者從 I/O 輸入 CPU。速度快，單要求的數據線多。

• 串行：同一瞬間只傳送一位信息，在不同時刻連續逐位傳送一串信息。速度較慢，但只需要一根數據線和一根地線。

聯絡方式

• 立即相應方式

• 異步工作採用應答信號聯絡：I/O 與主機速度不匹配，採用異步方式。在交換信息前，I/O 設備和CPU各自完成自身的任務，一旦出現聯絡信號，彼此才準備交換信息。

• 同步工作採用同步時標聯絡：I/O 設備與 CPU 的工作速度完全同步。

I/O 設備與主機的連接方式

• 輻射式：每台設備都配有一套控制線路和一組信號線。不便於增刪設備

• 總線式：便於增刪設備

I/O設備與主機信息傳送的控制方式

程序查詢方式

• CPU 和 I/O 串行工作

• 踏步等待

程序中斷方式

• CPU 和 I/O 並行工作

• 沒有踏步等待現象，中斷現行程序

DMA 方式

• 主存和 I/O 之間有一條直接數據通道

• 不中斷現行程序，而是中斷訪存，如果 CPU 需要進行訪存操作則需要等待一個存取周期

• 周期挪用（周期竊取）

• CPU 和 I/O 並行工作

三種方式的 CPU 工作效率比較

I/O 設備

概述

外部設備大致分三類：

• 人機交互設備：鍵盤、鼠標、打印機、顯示器

• 計算機信息存儲設備：磁盤、光盤、磁帶

• 機——機通信設備：調製解調器等

輸入設備

• 鍵盤

  • 按鍵

  • 判斷哪個鍵按下

  • 將此鍵翻譯成 ASCII 碼（編碼鍵盤法）

• 鼠標

  • 機械式：金屬球，點位器

  • 光電式：光電轉換器

• 觸摸屏

輸出設備

• 顯示器

  • 字符顯示：字符發生器

  • 圖形顯示：主觀圖像

  • 圖像顯示：客觀圖像

• 打印機

  • 擊打式：點陣式（逐字、逐行）

  • 非擊打式：激光（逐頁）噴墨（逐字）

其他

• A/D、D/A：模擬/數字（數字/模擬）轉換器

• 終端：由鍵盤和顯示器組成。完成顯示控制與存儲、鍵盤管理及通信控制

• 漢字處理：漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出

多媒體技術

I/O 接口

概述

為什麼要設置接口？

• 實現設備的選擇

• 實現數據緩衝達到速度匹配

• 實現數據串——並格式轉換

• 實現電平轉換

• 傳送控制命令

• 反映設備的狀態（「忙」、「就緒」、「中斷請求」）

接口的功能和組成

總線連接方式的 I/O 接口電路

接口的功能和組成

I/O 接口的基本組成

內部接口：內部接口與系統總線相連，實質上是與內存、CPU 相連。數據的傳輸方式只能是並行傳輸。

外部接口：外部接口通過接口電纜與外設相連，外部接口的數據傳輸可能是串行方式，因此 I/O 接口需具有串/並轉換功能。

外部接口的工作流程

接口類型

程序查詢方式

程序查詢流程

程序查詢方式的接口電路

CPU 與 I/O 接口之間的信息傳送發生在 CPU 的寄存器和 I/O 接口的 DBR 之間，單位是一個字

例題

程序中斷方式

中斷的概念

中斷的概念

中斷的分類

中斷請求標記

I/O 中斷的產生

為了提高計算機的整機效率，應付突發事件，實時控制的需要，在計算機技術的發展過程中出現了中斷技術。為了實現中斷，計算機系統中必須配有相應的中斷系統或中斷機制。

程序中斷方式的接口電路

配置中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器

排隊器

分為硬件排隊器和軟件排隊器

排隊器電路/鏈式排隊器

中斷向量地址形成部件

入口地址：由軟件產生 / 硬件向量法

由 硬件 產生 向量地址

再由** 向量地址** 找到 入口地址

程序中斷方式接口電路的基本組成

I/O 中斷處理過程

CPU 響應中斷的條件和時間

I/O 中斷處理過程

中斷服務程序流程

中斷隱指令

硬件向量法

中斷服務程序

單重中斷和多重中斷

單重中斷和多重中斷的服務程序流程

程序中斷接口芯片 8259A 的內部結構

主程序和服務程序搶佔 CPU 示意圖