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) 主讲人：郭老师 1 一、教材要求 2 一、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。 3 二、概念梳理 4 二、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。 5 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。 6 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。 7 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。 8 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 9 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 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 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 10 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。 12 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。 13