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  • 在pc机中输入输出设备通过
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    2021-07-18 00:27:12

    输入输出指的是产品输入输出视频信号的端口,比较常见的是S端子和复合视频端口。

    中文名

    输入输出

    外文名

    in-out定    义

    产品输入输出视频信号的端口

    常见类型

    S端子和复合视频端口

    S端子

    Separate Video

    输入输出简介

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    输入输出(input/output,I/O),读作“eye-oh”,描述的是在计算机上输入输出数据的操作系统、程序或设备。一般的输入输出设备有打印机、硬盘、键盘和鼠标。实际上,有些设备只有输入功能,如键盘和鼠标;有些设备只有输出功能,如打印机;还有些设备具有输入输出2种功能,如硬盘、磁碟和可写性只读光盘(CD-ROM)。[1]

    输入输出S端子

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    S端子也就是Separate Video,而“Separate”的中文意思就是“分离”。它是在AV接口的基础上将色度信号C 和亮度信号Y进行分离,再分别以不同的通道进行传输,减少影像传输过程中的“分离”、“合成”的过程,减少转化过程中的损失,以得到最佳的显示效果。但S-Video仍要将两路色差信号混合为一路色度信号C进行传输,然后再在显示设备内解码进行处理,这样多少仍会带来一定信号损失而产生失真(这种失真很小) ,而且由于混合导致色度信号的带宽也有一定的限制。S-Video虽不是最好的,但考虑到目前的市场状况和综合成本等其它因素,它还是应用最普遍的视频接口。

    输入输出RCA接口

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    复合视频接口采用RCA接口,RCA接口是目前电视设备上应用最广泛的接口,几乎每台电视上都提供了此类接口,用于视频输入。虽然AV接口实现了音频和视频的分离传输,这就避免了因为音/视频混合干扰而导致的图像质量下降,但由于AV接口传输的仍然是一种亮度/色度(Y/C)混合的视频信号,仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像,这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失,色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰,从而影响最终输出的图像质量。

    输入输出输入输出设备

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    输入输出设备(IO设备),是数据处理系统的关键外部设备之一,可以和计算机本体进行交互使用。如:键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

    输入输出输入设备

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    输入设备是向计算机输入数据和信息的设备,是计算机与用户或其他设备通信的桥梁,是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备(Input Device ),是人或外部与计算机进行交互的一种装置,用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。

    计算机能够接收各种各样的数据,既可以是数值型的数据,也可以是各种非数值型的数据,如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中,进行存储、处理和输出。计算机的[1]输入设备按功能可分为下列几类:

    ●字符输入设备:键盘;

    ● 光学阅读设备:光学标记阅读机、光学字符阅读机;

    ● 图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔;

    ● 图像输入设备:数码像机、扫描仪、传真机;

    ● 模拟输入设备:语言模数转换识别系统。

    (如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等)将数据、程序和控制信息送入计算机内。

    输入输出输出设备

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    输出设备(Output Device)是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

    显示器是计算机必不可少的一种图文[2]输出设备,它的作用是将数字信号转换为光信号,使文字与图形在屏幕上显示出来;打印机也是PC机上的一种主要输出设备,它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

    控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

    输入输出设备(I/O)起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。

    输入输出即插即用

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    说道I/O,就不得不说起即插即用。随着新技术的发展,人们已经厌倦使用驱动光盘来安装新设备的驱动。而即插即用的新技术的来临,则解决了这个问题。

    随着微软推出WINDOWS95/98,它也宣传了WINDOWS95/98为用户提供的底层硬件资源的智能管理能力,即WINDOWS95/98具有即插即用(PNP:PlugandPlay)的功能,由此即插即用才为人们广泛重视。

    输入输出标准输入输出

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    执行一个shell命令行时通常会自动打开三个标准文件,即标准输入文件(stdin),通常对应终端的键盘;标准输出文件(stdout)和标准错误输出文件(stderr),这两个文件都对应终端的屏幕。进程将从标准输入文件中得到输入数据,将正常输出数据输出到标准输出文件,而将错误信息送到标准错误文件中。

    输入输出输入输出系统

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    输入输出系统是计算机系统中的主机与外部进行通信的系统。它由外围设备和输入输出控制系统两部分组成,是计算机系统的重要组成部分。外围设备包括输入设备、输出设备和磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等。从某种意义上也可以把磁盘、磁带和光盘等设备看成一种输入输出设备,所以输入输出设备与外围设备这两个名词经常是通用的。在计算机系统中,通常把处理机和主存储器之外的部分称为输入输出系统,输入输出系统的特点是异步性、实时性和设备无关性。

    输入输出原理

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    从信息传输速率来讲,相差也很悬殊。如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连接,保证主机与外围设备在时间上同步要讨论的外围设备的定时问题。

    输入/输出设备同CPU交换数据的过程:

    输入过程:

    (1)CPU把一个地址值放在地址总线上,这一步将选择某一输入设备;

    (2)CPU等候输入设备的数据成为有效;

    (3)CPU从数据总线读入数据,并放在一个相应的寄存器中。

    输出过程:

    (1)CPU把一个地址值放在地址总线上,选择输出设备;

    (2)CPU把数据放在数据总线上;

    (3)输出设备认为数据有效,从而把数据取走。

    输入输出定时方式

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    由于输入/输出设备本身的速度差异很大,因此,对于不同速度的外围设备,需要有不同的定时方式,总的说来,CPU与外围设备之间的定时,有以下三种情况。

    1.速度极慢或简单的外围设备

    对这类设备,如机械开关、显示二极管等等,CPU总是能足够快地作出响应。换句话说,对机械开关来讲,CPU可以认为输入的数据一直有效,因为机械开关的动作相对CPU的速度来讲是非常慢的,对显示二极管来讲,CPU可以认为输出一定准备就绪,因为只要给出数据,显示二极管就能进行显示,所以,在这种情况下,CPU只要接收或发送数据就可以了。

    2.慢速或中速的外围设备

    由于这类设备的速度和CPU的速度并不在一个数量级,或者由于设备(如键盘)本身是在不规则时间间隔下操作的,因此,CPU与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。其定时过程如下:

    如果CPU从外设接收一个字,则它首先询问外设的状态,如果该外设的状态标志表明设备已“准备就绪”,那么CPU就从总线上接收数据。CPU在接收数据以后,发出输入响应信号,告诉外设已经把数据总线上的数据取走。然后,外设把“准备就绪”的状态标志复位,并准备下一个字的交换。如果CPU起先询问外设时,外设没有“准备就绪”,那么它就发出表示外设“忙”的标志。于是,CPU将进入一个循环程序中等待,并在每次循环中询问外设的状态,一直到外设发出“准备就绪”信号以后,才从外设接收数据。

    CPU发送数据的情况也与上述情况相似,外设先发出请求输出信号,而后,CPU询问外设是否准备就绪。如果外设已准备就绪,CPU便发出准备就绪信号,并送出数据。外设接收数据以后,将向CPU发出“数据已经取走”的通知。

    通常,把这种在CPU和外设间用问答信号进行定时的方式叫做应答式数据交换。

    3.高速的外围设备

    由于这类外设是以相等的时间间隔操作的,而CPU也是以等间隔的速率执行输入/输出指令的,因此,这种方式叫做同步定时方式。一旦CPU和外设发生同步,它们之间的数据交换便靠时钟脉冲控制来进行。

    输入输出控制方式

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    程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备,而DMA方式、通道方式和PPU方式适用于数据传输率比较高的设备。在单片机和微型机中多采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式。通道方式和PPU方式大都用在中、大型计算机中。

    在计算机系统中,CPU管理外围设备也有几种类似的方式:

    程序查询方式是早期计算机中使用的一种方式。数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制,查询方式的优点是CPU的操作和外围设备的操作能够同步,而且硬件结构比较简单。但问题是,外围设备动作很慢,程序进入查询循环时将白白浪费掉CPU很多时间。这种情况同上述例子中第一种方法相仿,CPU此时只能等待,不能处理其他业务。即使CPU采用定期地由主程序转向查询设备状态的子程序进行扫描轮询的办法,CPU宝贵资源的浪费也是可观的。因此当前除单片机外,很少使用程序查询方式。

    中断是外围设备用来“主动”通知CPU,准备送出输入数据或接收输出数据的一种方法。通常,当一个中断发生时,CPU暂停它的现行程序,而转向中断处理程序,从而可以输入或输出一个数据。当中断处理完毕后,CPU又返回到它原来的任务,并从它停止的地方开始执行程序。这种方式和我们前述例子的第二种方法相类似。可以看出,它节省了CPU宝贵的时间,是管理I/O操作的一个比较有效的方法。中断方式一般适用于随机出现的服务,并且一旦提出要求,应立即进行。同程序查询方式相比,硬件结构相对复杂一些,服务开销时间较大。

    3直接内存访问(DMA)方式

    用中断方式交换数据时,每处理一次I/O交换,约需几十微秒到几百微秒。对于一些高速的外围设备,以及成组交换数据的情况,仍然显得速度太慢。直接内存访问(DMA)方式是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式。这种方式既考虑到中断响应,同时又要节约中断开销。此时,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,而直接在内存和外围设备之间进行,以高速传送数据。这种方式和前述例子的第三种方法相仿,主要优点是数据传送速度很高,传送速率仅受到内存访问时间的限制。与中断方式相比,需要更多的硬件。DMA方式适用于内存和高速外围设备之间大批数据交换的场合。

    DMA方式的出现已经减轻了CPU对I/O操作的控制,使得CPU的效率有显著的提高,而通道的出现则进一步提高了CPU的效率。这是因为,CPU将部分权力下放给通道。通道是一个具有特殊功能的处理器,某些应用中称为输入输出处理器(IOP),它可以实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。这种方式与前述例子的第四种方法相仿,大大提高了CPU的工作效率。然而这种提高CPU效率的办法是以花费更多硬件为代价的。

    外围处理机(PPU)方式是通道方式的进一步发展。由于PPU基本上独立于主机工作,它的结构更接近一般处理机,甚至就是微小型计算机。在一些系统中,设置了多台PPU,分别承担I/O控制、通信、维护诊断等任务。从某种意义上说,这种系统已变成分布式的多机系统[2]

    参考资料

    1.

    输入输出

    .TechTarget信息化[引用日期2015-07-23]

    2.

    刘国海, 戴先中. 交流电机输入输出自适应解耦控制[J]. 电工技术学报, 2002, 17(1):12-16.

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    计算机输入/输出的方式有:并行、串行这两种。1、并行并行是指一组程序按独立异步的速度执行,不等于时间上的重叠(同一个时刻发生)。并行也指8位数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送...

    计算机输入/输出的方式有:并行、串行这两种。

    1、并行

    并行是指一组程序按独立异步的速度执行,不等于时间上的重叠(同一个时刻发生)。

    并行也指8位数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,数据也就容易出错。

    2、串行

    串行是指在计算机总线或其他数据通道上,每次传输一个位元数据,并连续进行以上单次过程的通信方式。凭借着其改善的信号完整性和传播速度,串行通信总线正在变得越来越普遍,甚至在短程距离的应用中,其优越性已经开始超越并行总线不需要串行化元件。

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    扩展资料:

    计算机的输入设备按功能可分为下列几类:

    1、字符输入设备:键盘;

    2、光学阅读设备:光学标记阅读机、光学字符阅读机;

    3、图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔;

    4、图像输入设备:数码像机、扫描仪、传真机;

    5、模拟输入设备:语言模数转换识别系统。

    计算机的输出设备有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

    显示器是计算机必不可少的一种图文输出设备,它的作用是将数字信号转换为光信号,使文字与图形在屏幕上显示出来;打印机也是PC机上的一种主要输出设备,它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

    控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

    参考资料:百度百科-输入输出

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  • 不是电脑的输出设备的是什么

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    输入输出设备是数据处理系统的关键外部设备之一,可以和计算机本体进行交互使用。本文环境:Windows7系统,Dell G3电脑。不是计算机输出设备的是键盘。常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪;常用输入设备有键盘、...

    不是计算机输出设备的是键盘、鼠标、扫描仪、条形码输入器、光笔、触摸屏,这些属于常用的输入设备;而常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪;输入输出设备是数据处理系统的关键外部设备之一,可以和计算机本体进行交互使用。

    499dad82e9d2b140c39c1d473264bf40.png

    本文环境:Windows7系统,Dell G3电脑。

    不是计算机输出设备的是键盘。

    常用输出设备有显示器、打印机、绘图仪;常用输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、条形码输入器、光笔、触摸屏。

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    输入设备

    输入设备是向计算机输入数据和信息的设备,是计算机与用户或其他设备通信的桥梁,是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备(Input Device ),是人或外部与计算机进行交互的一种装置,用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。

    计算机能够接收各种各样的数据,既可以是数值型的数据,也可以是各种非数值型的数据,如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中,进行存储、处理和输出。计算机的 [1] 输入设备按功能可分为下列几类:

    ● 字符输入设备:键盘;

    ● 光学阅读设备:光学标记阅读机、光学字符阅读机;

    ● 图形输入设备:鼠标器、操纵杆、光笔;

    ● 图像输入设备:数码像机、扫描仪、传真机;

    ● 模拟输入设备:语言模数转换识别系统。

    (如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等)将数据、程序和控制信息送入计算机内。

    输出设备

    输出设备(Output Device)是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

    显示器是计算机必不可少的一种图文 [2] 输出设备,它的作用是将数字信号转换为光信号,使文字与图形在屏幕上显示出来;打印机也是PC机上的一种主要输出设备,它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

    控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

    输入输出设备(I/O)起着人和计算机、设备和计算机、计算机和计算机的联系作用。

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  • (I)I/O系统基本概念 1)I/O 系统的发展  计算机主机与外界交换信息时所涉及到的硬件和软件的总称,称为 I/O 系统。I/O 系统的发展大致... 具有 I/O 处理的阶段 2)I/O 系统的组成 一般来说,I/O 系统由 I...

    (I)I/O系统基本概念

    1)I/O 系统的发展

          计算机主机与外界交换信息时所涉及到的硬件和软件的总称,称为 I/O 系统。I/O 系统的发展大致分为 4 个阶段:

    • 早期阶段(程序查询方式)
    • 接口模块和 DMA 阶段(中断方式和 DMA 方式)
    • 具有通道结构的阶段(考试大纲已删除,了解即可)
    • 具有 I/O 处理机的阶段

    2)I/O 系统的组成

    一般来说,I/O 系统由 I/O 软件和 I/O 硬件两部分构成。

    (1)I/O 软件

          I/O 软件的主要任务是,将用户编制的程序(或数据)输入主机内;将运算结果输送给用户;实现输入输出系统与主机的协调等。通常采用 I/O 指令和通道指令实现 CPU 与I/O设备的信息交换。

    ☆ I/O 指令:当采用接口模块方式时,应用机器指令系统中的 I/O 指令及系统中的管理程序可使 I/O 设备与主机协调工作。I/O 指令反映 CPU 与 I/O 设备交换信息的各种特点,是 CPU 指令系统的一部分。

    ☆ 通道指令:当采用通道方式时,应用通道程序实现 I/O 设备与主机的信息交换。通道指令是对具有通道的 I/O 系统专门设置的指令,用来执行 I/O 操作,如读、写磁盘等。

    (2)I/O 硬件

    I/O 硬件包括 I/O 设备、I/O 接口和 I/O 总线等

    (2)外部设备

    输入设备:键盘,鼠标

    输出设备 :显示器,打印机

    外存储器:

    磁表面存储器原理

    磁盘存储器

    磁带存储器

    光盘存储器

    (3)I/O接口

    接口可以看做是两个系统或两个部件的交接部分

    I/O接口的功能和基本结构

    I/O端口及其编码(注意IO接口和IO端口的区别)

    -------》 I/O接口与端口是两个不同的概念。端口是指接口电路中的一些寄存器,这些寄存器分别用来存放数据信息、控制信息和状态信息,相应的端口分别称为数据端口、控制端口和状态端口。若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。CPU通过输入指令,从端口读入信息,通过输出指令,可将信息写入到端口中。

    接口的功能:选址功能、传送命令的的功能、传送数据的功能、反应I/O设备状态的功能

    接口类型:按不同方式分类有以下几种:

        按数据传送方式分类:有并行接口和串行接口

        按功能选择的灵活性分类:有可编程接口和不可编程接口

        按通用性分类:有通用接口和专用接口

        按数据传送的控制方式分类:有程序型接口和DMA型接口

     

      当 I/O 设备通过接口与主机相连时,CPU 可以通过 I/O 接口来访问I/O 设备。

          每个 I/O 接口部件都包含一组寄存器,CPU 和 I/O 设备进行数据传输时,各类信息在I/O 接口中进入不同的寄存器,一般称这些寄存器为 I/O 端口(Port),每个端口有一个端口地址。CPU 对各种寄存器的操作,实际上是通过寻址实现的,可以通过端口发送命令、读取状态和传送数据。

     

    (1)I/O 端口地址编址方式

            I/O 端口编址方式有两种:一种是 I/O 映射方式,即把 I/O 端口地址与主存单元地址分别进行独立编址;另一种是存储器映射方式,即把端口地址与主存单元地址统一编址。

    ☆ 独立编址:主存地址空间和 I/O 端口地址空间是相对独立的,分别单独编址。对 I/O端口的操作使用 I/O 指令(IN/OUT)实现,指令短,执行速度快,可读性强。例如,在 8086 中,其主存地址范围是从 00000H~FFFFFH 连续的 1MB,其 I/O端口的地址范围从 0000H~FFFFH,它们互相独立,互不影响。CPU 访问主存时,由主存读/写控制线控制;访问 I/O 设备时,由 I/O 读/写控制线控制,所以在指令系统中必须设置专门的 I/O 指令。当 CPU 使用 I/O指令时,其指令的地址字段直接或间接地指示出端口地址。

    ☆ 统一编址:I/O 端口地址和主存单元的地址是统一编址的,把 I/O 接口中的端口作为主存单元一样进行访问,不设置专门的 I/O 指令,利用功能很强的访存指令(如LOAD/STORE 或者 MOV)来访问 I/O 端口,通过地址来区分访问的是存储器还是I/O 端口。每个 I/O 设备至少有两个寄存器:控制状态寄存器和数据缓冲寄存器,I/O设备寄存器的地址码是连续的。例如,在 PDP-11 中,把主存的高 4KB 地址空间留给 I/O 设备接口寄存器和 CPU 内部寄存器使用,这 4KB 存储空间不允许用户再存放其他内容。

     

     

    (2)独立编址方式的端口访问

    利用专门的I/O指令实现对独立编址方式端口的访问,非通道I/O指令的一般格式如下:

    其中,各字段的含义如下:

    ☆ 操作码用于区分访存指令和 I/O 指令。

    ☆ 命令码用于区分 I/O 操作的种类。

    ☆ 地址码则指明要访问的外设端口地址以及 CPU 寄存器号。

    (4)I/O方式

      共五种:程序查询方式、程序中断方式、直接存储器存取方式(DMA)、I/O通道方式、I/O处理机方式(此处只了解前三种)

      -程序查询方式:由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备,从而控制I/O设备与主机交换信息

    ☆ 优点:简单,只需要很少的硬件。

    ☆ 缺点:CPU 与 I/O 设备只能串行工作。由于 CPU 比 I/O 设备的速度快很多,因此CPU 大量的时间都处于空闲等待状态,CPU 效率较低,仅适用于 I/O 设备的数目不多且对 I/O 处理的实时要求不高的情况;CPU 一段时间内只能和一台 I/O 设备交换信息,无法使其他 I/O 设备同时工作;发现和处理预先无法估计的错误和异常情况时比较困难。

      -程序中断方式:计算机在执行程序的过程中、当出现异常情况或特殊请求时,计算机停止现行程序的运行,转向对这些异常情况或特殊请求的处理,处理结束后在返回到现行程序的中断处,继续执行原程序,这就是中断。把实现中断所需的软硬件技术统称为中断技术

     

    设置中断的原因如下:

    ☆ 提高 CPU 工作效率,把 CPU 从等待查询 I/O 状态的过程中解放出来。办法是 CPU启动 I/O 后,I/O 设备开始工作,CPU继续处理原来的程序,等待 I/O 工作完成后再来请求 CPU 取走数据。这一情况可称为 CPU 与 I/O 并行工作。

    ☆ 多台 I/O 设备并行工作,提高 I/O 的运行速度。

    ☆ 解决实时处理问题。生产过程中若发生异常情况,计算机必须立即处理。

    ☆ 处理计算机运行过程中出现的故障,发现运算出错或机器故障,应该尽快排除故障再继续运算才有意义。

    ☆ 实现多机系统或网络环境下计算机间的通信要求。

    ☆ 提供人机联系的手段。

     

        中断服务程序流程:

    1. 保护现场
    2. 中断服务
    3. 恢复现场
    4. 中断返回

     

     

    7)I/O 中断处理过程

    CPU 响应中断必须满足 3 个条件,即 CPU 接收到中断请求信号(INTR=1)、CPU 允许中断(EINT=1)和一条指令执行完毕。在这些条件满足后才能进行 I/O 中断处理。

    以输入设备为例说明 I/O 中断处理过程如下。

     

    • 由 CPU 发出启动 I/O 设备命令,将接口中的 B(启动设备触发器)置为“1”,D置为“0”。
    • 接口启动输入设备开始工作。
    • 输入设备将数据送入数据缓冲寄存器。
    • 输入设备向接口发出“设备工作结束”信号,将 D(设备工作结束触发器)置为“1”,B 置为“0”,标志设备准备就绪。
    • 当设备准备就绪(D=1),且本设备未被屏蔽(MASK=0)时,在指令执行阶段的结束时刻,由 CPU 发出中断查询信号。
    • 设备中断请求触发器 INTR 被置为“1”,标志设备向 CPU 提出中断请求。与此同时,INTR 送至排队器,进行中断判优。
    • 若 CPU 允许中断(EINT=1),设备又被排队选中,即进入中断响应阶段,由中断响应信号 INTA 将排队器输出送至编码器形成中断向量地址。
    • 中断向量地址送至 PC,作为下一条指令的地址。
    • 由于中断向量地址中存放的是一条无条件转移指令,故这条指令执行结束后,即无条件转至该设备的服务程序入口地址,开始执行中断服务程序,进入中断服务阶段,通过输入指令将数据缓冲寄存器的输入数据送至 CPU 的通用寄存器,再存入主存相关单元。
    • 中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令,当其执行结束时,即中断返回至原程序的断点处。至此,一个完整的程序中断处理过程即告结束。

    CPU响应中断的时间一定是在每条指令执行阶段的结束时刻。

     

     

    DMA方式

    1.什么是DMA方式

    无论程序查询还是程序中断方式,主要的工作都是由 CPU 执行程序完成的,这需要花费时间,因此不能实现高速 I/O 设备与主机的信息交换。

    DMA 方式是在 I/O 设备和主存储器之间开辟一条“直接数据通道”,在不需要 CPU 干预也不需要软件介入的情况下在两者之间进行的高速数据传送方式。

     

    2.DMA方式特点

    ☆ 使主存与 CPU 的固定联系脱钩,主存既可被 CPU 访问,又可被 I/O 设备访问。

    ☆ 在数据块传送时,主存地址的确定、传送数据的计数等都用硬件电路直接实现。

    ☆ 主存中要开辟专用缓冲区,及时供给和接收 I/O 设备的数据。

    ☆ DMA 传送速度快,CPU 和 I/O设备并行工作,提高了系统的效率。

    ☆ DMA 在开始前和结束后要通过程序和中断方式进行预处理和后处理。

    3.与中断的差异

    ☆ 中断方式是程序切换,需要保护和恢复现场;而 DMA 方式除了开始和结尾,其他时候不占用 CPU 的任何资源。

    ☆ 对中断请求的响应只能发生在每条指令执行完毕时(即指令的执行周期之后);而对 DMA 请求的响应可以发生在每个机器周期结束时(在取指周期、间址周期、执行周期之后均可)。

    ☆ 中断传送过程需要 CPU 的干预;而 DMA 传送过程不需要 CPU 的干预,故数据传送速率非常高,适合于高速 I/O 设备的大批数据传送。

    ☆ DMA 请求的优先级高于中断请求。

    ☆ 中断方式具有对异常事件的处理能力;而 DMA 方式仅局限于完成传送信息块的 I/O操作。

     

    4.DMA控制器的组成

    ☆ 主存地址计数器。用来存放主存中要交换数据的地址,初值为主存缓冲区的首地址。当 DMA 传送数据时,每传送一个数据,地址计数器加 1,从而以增量方式给出主存中要交换的一批数据的地址,直到这批数据传送完毕为止。

    ☆ 传送长度计数器。用来记录传送数据块的长度,初值为传送数据块的总字数或总字节数,每传送一个字或一个字节,计数器自动减 1,当其内容为 0 时表示数据块已全部传送完毕。

     

    ☆ 数据缓冲寄存器。用来暂存每次传送的数据。输入时,数据由 I/O 设备(如磁盘)先送往数据缓冲寄存器,再通过数据总线送到主存。输出时,数据由主存通过数据总线送到数据缓冲寄存器,然后送到 I/O 设备。

    ☆ DMA 请求触发器。每当 I/O 设备准备好数据后给出一个控制信号,使 DMA 请求触发器置位。

    ☆ 控制/状态逻辑。它由控制和时序电路及状态标志组成,用于指定传送方向,修改传送参数,并对DMA 请求信号和 CPU 响应信号进行协调和同步。

    ☆ 中断机构。当一个数据块传送完毕后触发中断机构,向 CPU 提出中断请求,CPU将进行DMA 传送的结尾工作。

     

     

    5)DMA 传送过程

    DMA的传送过程分为以下三个阶段。

    ☆ DMA 预处理:这是在 DMA 传送之前进行的一些必要的准备工作,是由 CPU 来完成的。CPU 首先执行几条I/O 指令,用于测试 I/O 设备的状态、向 DMA 控制器的有关寄存器置初值、设置传送方向、启动该 I/O 设备等。在这些工作完成之后,CPU继续执行原来的程序,在 I/O 设备准备好发送的数据(输入时)或接收的数据已处理完毕(输出时),I/O 设备向 DMA 控制器发送 DMA 请求,再由DMA 控制器向CPU 发送总线请求,以获得数据总线的控制权。

    ☆ 数据传送。DMA 的数据传送可以是以单字节(或字)为基本单位,也可以以数据块为基本单位。对于以数据块为单位的传送,DMA 占用总线后的数据输入和输出操作都是通过循环来实现的。需要特别指出的是,这一循环不是由 CPU 执行程序实现的,而是由 DMA 控制器实现。

    ☆ DMA 后处理。当长度计数器计为 0 时,DMA 操作结束,DMA 控制器向CPU 发出中断请求,CPU 停止原来程序的执行,转去执行中断服务程序做 DMA 结束处理工作。细化的 DMA 传送过程如图 11.9 所示

     

    【例 11.2】CPU 时钟频率为50MHz,磁盘数据传输率为 2MB/s。采用 DMA 控制方式。假设 DMA 的启动操作需要 1000 个时钟周期,DMA 控制结束后处理中断也需要 1000 个时钟周期。如果 DMA 平均传输的数据长度为 4KB,求 DMA 操作所花费的时间比率。

     

    解:DMA 启动及中断处理所花费时间为(1000+1000)/(50MHz)=0.04ms。每次 DMA 操作传输时间=4KB/(2MB/s)=2ms,则 DMA 操作所花费的时间比率=0.04ms/(2ms)=2%。

     

    4. 通道方式

    1)通道的基本概念

    通道是指专门用于负责输入/输出工作的处理器,它独立于 CPU,有自己的指令系统。该指令系统比较简单,一般只有数据传送指令、设备控制指令等。

    从逻辑结构上讲,通道方式具有 4 级连接:主机→通道→设备控制器→I/O 设备。

     

     

    通道是一个具有特殊功能的处理器IOP

    • 分组CPU的I/O处理的功能
    • 大大提高了CPU工作效率
    • 花费更多的硬件代价

    可以实现外围设备的统一管理和DMA操作

    CPU只负责与设备进行传输,设备控制又通道完成

     

     

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