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本章讨论：第七章输入/输出系统接口的基本概念中断方式及其接口组成DMA方式及其接口组成第一节接口类型与功能I/O接口指主机和外设的交接部分，位于系统总线和外设之间。接口外设系统总线程序查询方式及其接口组成7.1.1接口分类1.按数据传送格式划分（1）并行接口接口外设系统总线接口与系统总线、接口与外设均按并行方式传送数据。并并数据各位同时传送。（2）串行接口适用于设备本身并行工作，距主机较近的场合。并串接口与系统总线并行传送，接口与外设串行传送。数据逐位分时传送。适用于设备本身串行工作，或距主机较远，或需减少传送线的情况。2.按时序控制方式划分（1）同步接口接口与系统总线的信息传送由统一时序信号控制。7.1.2接口主要功能（2）异步接口接口外设系统总线（1）直接程序传送接口（可采用查询方式）接收CPU送来的地址码，3.按I/O传送控制方式划分（2）中断接口接口与系统总线的信息传送采用异步应答方式。（3）DMA接口（可插入中断作DMA善后处理）1.寻址选择接口中的寄存器供CPU访问。2.数据传送与缓冲实现主机与外设的速度匹配。缓冲深度与传送的数据量有关。接口外设系统总线串-并格式转换（串口）3.预处理传送控制命令与状态信息，实现I/O传送控制方式。数据通路寬度转换（并口）电平转换4.控制功能7.1.3输入输出信息传送控制方式主机和外设之间的信息传送控制方式，经历了由低级到高级、由简单到复杂、由集中管理到各部件分散管理的发展过程，按其发展的先后次序和主机与外设并行工作的程度，可以分为4种。1.程序查询方式程序查询方式是一种程序直接控制方式，这是主机与外设间进行信息交换的最简单方式，输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动之后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次I/O操作。这种方式控制简单，但外设和主机不能同时工作，各外设之间也不能同时工作，系统效率很低，因此，仅适用于外设的数目不多，对I/O处理的实时要求不那么高，CPU的操作任务比较单一，并不很忙的情况。在主机启动外设后，无须等待查询，而是继续执行原来的程序，外设在做好输入输出准备时，向主机发中断请求，主机接到请求后就暂时中止原来执行的程序，转去执行中断服务程序对外部请求进行处理，在中断处理完毕后返回原来的程序继续执行。显然，程序中断不仅适用于外部设备的输入输出操作，也适用于对外界发生的随机事件的处理。完成一次程序中断还需要许多辅助操作，主要适用于中、低速外设。2.程序中断方式DMA方式是在主存和外设之间开辟直接的数据通路，可以进行基本上不需要CPU介入的主存和外设之间的信息传送，这样不仅能保证CPU的高效率，而且能满足高速外设的需要。DMA方式只能进行简单的数据传送操作，在数据块传送的起始和结束时还需CPU及中断系统进行预处理和后处理。3.直接存储器存取（DMA）方式I/O通道控制方式是DMA方式的进一步发展，在系统中设有通道控制部件，每个通道挂若干外设，主机在执行I/O操作时，只需启动有关通道，通道将执行通道程序，从而完成I/O操作。通道是一个具有特殊功能的处理器，它能独立地执行通道程序，产生相应的控制信号，实现对外设的统一管理和外设与主存之间的数据传送。但它不是一个完全独立的处理器。它要在CPU的I/O指令指挥下才能启动、停止或改变工作状态，是从属于CPU的一个专用处理器。4.I/O通道控制方式一个通道执行输入输出过程全部由通道按照通道程序自行处理，不论交换信息多少，只打扰CPU两次（启动和停止时）。因此，主机、外设和通道可以并行同时工作，而且一个通道可以控制多台不同类型的设备。目前，小型、微型机大多采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式；大、中型机多采用通道方式。4.I/O通道控制方式（续）程序查询方式是主机与外设间进行信息交换的最简单方式，程序查询方式的核心问题在于需要不断地查询I/O设备是否准备就绪。7.2程序查询方式及其接口1.程序查询的基本思想由CPU执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间数据传送的方式叫做程序直接控制方式。根据外设的不同性质，这种传送方式又可分为无条件传送和程序查询方式两种。为了保证数据传送的正确进行，就要求CPU在程序中查询外设的工作状态。如果外设尚未准备就绪，CPU就循环等待，只有当外设已作好准备，CPU才能执行I/O指令进行数据传送，这就是程序查询方式。7.2.1程序查询方式2.程序查询方式的工作流程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。③从外设接口取回状态字。CPU执行输入指令，从外设接口中取回状态字并进行测试，判断数据传送是否可以进行。2.程序查询方式的工作流程（续）④查询外设标志。CPU不断查询状态标志。如果外设没有准备就绪，CPU就踏步进行等待，一直到这个外设准备就绪，并发出“外设准备就绪”信号为止。⑤传送数据。只有外设准备好，才能实现主机与外设间的一次数据传送。输入时，CPU执行输入指令，从外设接口的数据缓冲寄存器中接收数据；输出时，CPU执行输出指令，将数据写入外设接口的数据缓冲寄存器中。2.程序查询方式的工作流程（续）⑥修改传送参数。每进行一次数据传送之后必须要修改传送参数，其中包括主存缓冲区地址加1，传送个数计数器减1。⑦判断传送是否结束。如果传送个数计数器不为0，则转第③步，继续传送，直到传送个数计数器为0，表示传送结束。程序查询方式流程程序查询方式流程预置传送参数启动外设取外设状态传送一次数据修改传送参数外设准备就绪?传送完否?YYNN结束程序查询方式是最简单、经济的I/O方式，只需很少的硬件。通常接口中至少有两个寄存器，一个是数据缓冲寄存器，即数据端口，用来存放与CPU进行传送的数据信息；另一个是供CPU查询的设备状态寄存器，即状态端口，这个寄存器由多个标志位组成，其中最重要的是“外设准备就绪”标志。当CPU得到这位标志后就进行判断，以决定下一步是继续循环等待还是进行I/O传送。也有些计算机仅设置状态标志触发器，其作用与设备状态寄存器相同。7.2.2程序查询方式接口下图为查询式输入接口电路，图中Ready为准备好触发器，它对应于设备状态寄存器的D0位。在输入设备准备好数据时，发出一个选通信号（STB），一方面将数据送入锁存器，同时将Ready触发器置“1”，以表示接口电路中已有数据（即准备就绪）。CPU要从外设输入数据时，先执行输入指令读取状态字，如Ready=1，再执行输入指令从锁存器中读取数据，同时把Ready触发器清“0”，以准备从外设接收下一个数据；如Ready=0，则踏步等待，继续读取状态字，直至Ready=1为止。1.输入接口查询式输入接口电路查询式输入接口电路地址译码A7～A0D7～D0RDIO/M输入设备三态缓冲器(1)EN三态缓冲器(8)EN锁存器(8)CPCPDQ+5VReadyIBFSTBD0R＆＆下图为查询式输出接口电路，图中Busy为忙触发器，对应于设备状态寄存器的D7位。输出时，CPU首先执行输入指令读取状态字，如Busy=1，表示接口的输出锁存器是满的，CPU只能踏步等待，继续读取状态字，直至Busy=0为止；如Busy=0，表示接口的输出锁存器是空的，允许CPU向外设发送数据。此时，CPU执行输出指令，将数据送入锁存器，并将Busy触发器置“1”。当输出设备把CPU送来的数据真正输出之后，将发出一个信号，使Busy触发器置“0”，以准备下一次传送。2.输出接口ACK查询式输出接口电路查询式输出接口电路A7～A0RDWRIO/M地址译码输出设备三态缓冲器(1)EN锁存器(8)CPCPDQ+5VBusyOBFACKD7D7～D0R＆＆