专题六 输入输出系统 （ 2 ） 《计算机原理》概念梳理与常考题选讲

《计算机原理》考前概念梳理与常考题选讲 专题六 输入输出系统 （ 2 ） 1、 教材要求 1．理解I/O接口的基本功能和结构。 2．掌握I/O接口的两种编址方法的特点。 3．掌握程序控制方式、中断控制方式和DMA方式的工作原理及特点。 4．理解串行通信、并行通信的工作特点，了解串行通信中的常用术语和基本概念。 5．了解常用8251A及8255A的基本特点。 2、 概念梳理 6.2.3 直接存储器存取方式 直接存储器存取方式(DMA) 是为了在主存储器与I/O 设备间进行高速交换批量数据而设置的。它的基本思路是通过硬件控制，实现主存与I/O 设备间的直接数据传送，在传送过程中无须CPU 程序干预。 1. 硬件结构 由于DMA 方式是为了在主存储器与I/O 设备间进行高速交换批量数据的，实现的前提 是 CPU 暂停与外部设备(存储器或其他I/O 设备)间的工作，目的是交出总线控制权(这也 是为什么数据总线、地址总线和部分控制总线有高阻状态的原因之一),以便 DMA 控制器使 用总线完成存储器与I/0 设备间的数据传送。 所以 DMA 控制器是必需的，它的作用是提供 存储器地址、读/写控制信号等，当然也为外部设备提供必要的控制信号，如图6. 17所示。 图6. 17中虚线表示处于高阻状态。  简单的工作流程 下面结合图6.17,说明实现 DMA方式的简单的工作流程。 ① 外部设备向 DMA  控制器发出 DMA  传送请求。 ② DMA  控制器向CPU 发出使用总线请求。 ③ CPU 若允许，则回答DMA  控制器可以使用总线。 ④ DMA  控制器接管系统总线。 ⑥ 外部设备与存储器交换数据。 ⑦ DMA 控制器撤销总线请求，CPU 收回总线控制权。 由于每次 DMA传送的工作很简单，如从主存中读取一个字送到I/O口，或从I/O口读一个字送入主存，所以一次DMA传送过程是很快的，一般只占用一个或几个CPU存储器读 写周期，即完成一次 DMA 操作。这种方式又被称为“周期窃取方式”。因此 DMA方式适用于高速数据传送。 由于 DMA 方式主要依靠硬件直接实现数据传送，它不执行程序，不能处理较复杂的事件，因此 DMA 方式并不能完全取代中断方式。 6.3 串行通信 在数据通信与计算机领域中，有两种基本的数据传送方式，即串行数据传送方式与并行 数据传送方式，也称串行通信与并行通信。 数据在单条一位宽的传输线上按时间先后一位一位地传送，称为串行数据传送方式，常 用于远距离传送。数据在多条并行传输线上每位同时传送的方式，称为并行传送方式，多用 于近距离传送。 6.3.1 串行通信基本概念 在领会串行通信形式的内涵时可以参照日常生活中的许多例子。例如登山缆车，在等候 缆车时， 一群登山者(数据位)并行地站立着(字节),而一旦坐入吊篮里，他们将被一个接 一个地(串行地)输送(发送),最后，在山顶上，他们将走出吊篮(被接收),并且又开始成群结队(字节)。通信的传输方式如图6.18所示 在如图6.18 (a) 所示的并行通信方式中， 一个字节(8位)数据在8条并行传输线上同时由源点传到终点；而在图6.18(b) 所示的串行通信方式中，数据在单条1位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样， 一个字节的数据要通过同一条传输线分8次由低位到高位按 顺序传送。可见，在并行通信中，传送的数据宽度有多少位就需要有同样数量的传输线 而串行通信只需要一条传输线。所以与并行通信相比较，串行通信的一个突出特点就是节省传输线，尤其在远距离的数据传输时，这个优点就更为明显。但与并行传送相比，串行传送 的数据传输速率较低，这是串行传送方式的主要缺点。 1. 串行通信涉及的常用术语和基本概念 (1)单工、半双工和全双工 这是数据通信中用来表示3种不同数据通路特征的专用术语。它们各自的具体情况如 图6.19所示。 ① 单 工 (Simplex),它仅能进行一个方向的数据传送，即从设备A 到设备 B 。因此，在 单工数据通路中，A只能作为发送器，B只能作为接收器。 ② 半双工 (Half Duplex),它能在设备A和设备B之间交替地进行双向数据传送。具体地说，数据可以从设备A传送到设备B,也可以从设备B传送到设备A,但这种传送绝不能同时进行。可简单地概括为“双向，但不同时”。某一时刻，A作为发送器，B 作为接收器， 数 据 由A 流 向 B;而在另 一 时刻，B 作为发送器，A作为接收器，数据由B 流 向A。 ③ 全双工 (Full Duplex), 它能够在两个方向同时进行数据传送。具体地说，在设备A 向设备 B 发送数据的同时，设备 B 也向设备 A 发送数据。显然，为了实现全双工通信，设 备 A 和设备B 必须有独立的发送器和接收器，从A到