计算机组成原理 第二十九、三十二讲 输入输出系统 2021年2月21日 计算机组成原理
计算机组成原理 1 计 算 机 组 成 原 理 第二十九、三十二讲 2021年2月21日 输入输出系统
本讲安排 1、概述 主机与外围设备的连接模式及组织管理总线类型与标准 2、总线操作与时序 总线的基本概念分类,信息传输方式,通信同步方式 3、总线控制 链式查询方式,计数器定时查询方式,独立请求方式 4、输入输出接口 功能和分类串行总线接口,并行总线接口 5、程序查询方式 6、中断方式 7、DMA传送方式 计算机组成原理
计算机组成原理 2 1、概述 主机与外围设备的连接模式及组织管理 总线类型与标准 2、总线操作与时序 总线的基本概念 分类，信息传输方式，通信同步方式 3、总线控制 链式查询方式，计数器定时查询方式，独立请求方式 4、输入输出接口 功能和分类 串行总线接口，并行总线接口 5、程序查询方式 6、中断方式 7、DMA传送方式 本讲安排
本讲将解决的主要问题 通过本章的学习,了解总线的基本概念 掌握计算机输入输出系统的基本功能和工作原理, 理解CP与外围设备的交换数据的方法;掌握数据传输的 控制方式、中断的概念、DMA以及输入输出通道的原理; 掌握各种输入输出方式的特点,分析和设计中断判优电路。 掌握串行并行同步异步工作原理。 计算机组成原理
计算机组成原理 3 本讲将解决的主要问题 通过本章的学习，了解总线的基本概念 掌握计算机输入输出系统的基本功能和工作原理， 理解CPU与外围设备的交换数据的方法；掌握数据传输的 控制方式、中断的概念、DMA以及输入输出通道的原理； 掌握各种输入输出方式的特点，分析和设计中断判优电路。 掌握串行并行同步异步工作原理
总线系統 总线的概念和结构形态 总线接口 总线仲裁、定时、数据传送模式 总线实例 计算机组成原理
计算机组成原理 4 总线系统 总线的概念和结构形态 总线接口 总线仲裁、定时、数据传送模式 总线实例
1.总线的基本概念 (1)什么是总线 现代计算机系统多采用模块结构,一个模块就是一个功 能部件,如主机板、显示适配器、解压卡、声卡、AD板等。 各模块之间进行信息传送的公共通路称为总线。 借助于总线连接,计算机在各功能部件间实现地址、数据 和控制信息的交换,并在争用资源的基础上进行工作。 (2)单处理器系统中总线分类 个单处理器系统中的总线,大致分为三类: 内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。 系统总线:CPU同计算机系统的其他高速功能部件,如存 储器、通道等互相连接的总线。 IO总线:中、低速ⅣO设备之间互相连接的总线。 计算机组成原理
计算机组成原理 5 1.总线的基本概念 现代计算机系统多采用模块结构，一个模块就是一个功 能部件，如主机板、显示适配器、解压卡、声卡、A/D板等。 各模块之间进行信息传送的公共通路称为总线。 借助于总线连接，计算机在各功能部件间实现地址、数据 和控制信息的交换，并在争用资源的基础上进行工作。 (1)什么是总线 (2)单处理器系统中总线分类 一个单处理器系统中的总线，大致分为三类： 内部总线：CPU内部连接各寄存器及运算部件之间的总线。 系统总线：CPU同计算机系统的其他高速功能部件，如存 储器、通道等互相连接的总线。 I/O总线： 中、低速I/O设备之间互相连接的总线
总线有多种分类方法 按相对于CPU与其他芯片的位置可分为 片内总线和片外总线。 按总线传送信息的类别,可把总线分为 地址总线、数据总线和控制总线。 按照总线传送信息的方向,可把总线分为 单向总线和双向总线。 按总线的层次结构可分为 CPU总线、存储总线、系统总线和外部总线。 计算机组成原理 6
计算机组成原理 6 总线有多种分类方法 按相对于CPU与其他芯片的位置可分为 片内总线和片外总线。 按总线传送信息的类别，可把总线分为 地址总线、数据总线和控制总线。 按照总线传送信息的方向，可把总线分为 单向总线和双向总线。 按总线的层次结构可分为 CPU总线、存储总线、系统总线和外部总线
(3)总线的特性 物理特性: 指总线的物理连接方式,包括总线的根数,总线的插头、 插座的形状,引脚线的排列方式等 功能特性: 描述总线中每一根线的功能。如: 地址总线的宽度指明了总线能够直接访问的存储器的地址 空间范围; 数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换 的数据的位数; 控制总线包括了CPU发出的各种命令,请求信号和仲裁信号, 中断信号等。 计算机组成原理
计算机组成原理 7 (3)总线的特性 物理特性： 指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、 插座的形状，引脚线的排列方式等。 功能特性： 描述总线中每一根线的功能。如： • 地址总线的宽度指明了总线能够直接访问的存储器的地址 空间范围； • 数据总线的宽度指明了访问一次存储器或外设时能够交换 的数据的位数； • 控制总线包括了CPU发出的各种命令, 请求信号和仲裁信号, 中断信号等
电气特性: 定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。 ·送入CPU的信号叫输入信号(ⅠN), ·从CPU发出的信号叫输出信号(OUT。 地址总线是输出线,高电平有效; 数据总线是双向传输线,高电平有效; 控制总线中各条线一般是单向的,有CPU发出的,也有进 入CPU的,有高电平有效的,也有低电平有效的 ·总线的电平都符合TTL电平的定义。 时间特性:定义了每根线在什么时间有效。 规定了总线上各信号有效的时序关系,CPU才能正确无误 地使用。 计算机组成原理
计算机组成原理 8 电气特性： 定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围。 • 送入CPU的信号叫输入信号(IN)， • 从CPU发出的信号叫输出信号(OUT)。 • 地址总线是输出线，高电平有效； • 数据总线是双向传输线，高电平有效； • 控制总线中各条线一般是单向的，有CPU发出的，也有进 入CPU的，有高电平有效的，也有低电平有效的； • 总线的电平都符合TTL电平的定义。 时间特性: 定义了每根线在什么时间有效。 规定了总线上各信号有效的时序关系，CPU才能正确无误 地使用
(4总线的标准化 相同的指令系统,相同的功能,不同厂家生产的各功能 部件在实现方法上几乎没有相同的,但各厂家生产的相同功 能部件却可以互换使用,其原因在于它们都遵守了相同的系 统总线的要求,这就是系统总线的标准化问题。 通常有两类标准: 正式公布的标准和实际存在的工业标准。 正式公布的标准由IEE(国际电气电子工程师学会)或CIT (国际电报电话咨询委员会)等国际组织正式确定和承认。 实际的工业标准首先由某一公司提出,而又得到其它公司广 泛使用,有可能经过一段时间后提交有关组织讨论从而成为 正式标准 在标准中,对插件引线的几何尺寸、引线数、各引线的 定义、时序及电气参数等都做出明确规定,据此,人们可方 便的进行系统设计和功能扩充。 计算机组成原理
计算机组成原理 9 (4)总线的标准化 相同的指令系统，相同的功能，不同厂家生产的各功能 部件在实现方法上几乎没有相同的，但各厂家生产的相同功 能部件却可以互换使用，其原因在于它们都遵守了相同的系 统总线的要求，这就是系统总线的标准化问题。 通常有两类标准： 正式公布的标准和实际存在的工业标准。 正式公布的标准由IEEE（国际电气电子工程师学会）或CCITT （国际电报电话咨询委员会）等国际组织正式确定和承认。 实际的工业标准首先由某一公司提出，而又得到其它公司广 泛使用，有可能经过一段时间后提交有关组织讨论从而成为 正式标准。 在标准中，对插件引线的几何尺寸、引线数、各引线的 定义、时序及电气参数等都做出明确规定，据此，人们可方 便的进行系统设计和功能扩充
(5)微机结构与系统总线的发展 PC/XT结构与PC总线针对 BMPCIXT机(8086 PC总线时钟频率477MHz,总线宽度8位,寻址能力 IMB,最快存储器访问周期由4个时钟周期组成带 宽约1MBps PC/AT结构与AT总线针对 BMPC/AT机(286 AT总线时钟频率8MHz,总线宽度16位,寻址能力 16MB,最快存储器访问周期由3个时钟周期组成带 宽约MBps PC总线与AT总线后来经过标准化,称为ISA总线 Industry Standard Architecture-工业标准体系结构 计算机组成原理 10
计算机组成原理 10 PC/XT结构与PC总线 针对IBM PC/XT机(8086) PC总线时钟频率4.77MHz，总线宽度8位，寻址能力 1MB，最快存储器访问周期由4个时钟周期组成——带 宽约1MBps PC/AT结构与AT总线 针对IBM PC/AT机(286) AT总线时钟频率8MHz，总线宽度16位，寻址能力 16MB，最快存储器访问周期由3个时钟周期组成——带 宽约5MBps PC总线与AT总线后来经过标准化，称为ISA总线 Industry Standard Architecture——工业标准体系结构 (5)微机结构与系统总线的发展