5.5.4- 写IO口总线周期（教案）-《计算机原理》同步教学（电子工业出版社第3版）

教案 编号：PTGZ-289 流水号：056 （首页）共 4页 课程 《计算机原理》 一体化 理论 章节（课题）及内容 写I/O口总线周期 班级日期 中职 2024.04 授课方式 讲授与任务驱动相结合 课时 1 作业题数 1 拟用时间 40分钟 教学目标 使学生理解以下理论知识： · 了解I/O口总线周期的基本概念和作用。 · 掌握I/O口总线周期的时序图和信号变化。 · 学会编写简单的I/O口总线周期程序。 教学资源准备 多媒体设备 课本教材 学生练习素材 教学重点 1. I/O口总线周期的基本概念和作用。 2. I/O口总线周期的时序图和信号变化。 3. 编写简单的I/O口总线周期程序。 教学难点 1. 理解I/O口总线周期的时序图和信号变化。 2. 编写复杂的I/O口总线周期程序。 教学方法 讲授法、任务驱动法、演示法、体验探究法等。 1. 直观展示法：通过多媒体课件展示I/O口总线周期的时序图和信号变化，帮助学生直观理解概念。 2. 实例分析法：通过分析实例，引导学生掌握I/O口总线周期的编程方法。 3. 实践操作法：通过编写程序并进行实践操作，巩固学生的学习成果。 授课教师： 审阅签名： 教学过程 教学活动内容 时间分配教学方法 课前导入 1. 回顾计算机组成原理中的CPU与外设之间的通信方式。 2. 引出I/O口总线周期的概念，简要介绍其作用。 2分钟 讲授新课 练习指导 · 详细讲解I/O口总线周期的基本概念、作用和分类。 · 通过多媒体课件展示I/O口总线周期的时序图和信号变化，引导学生观察和分析。 · 以x86架构为例，讲解I/O口总线周期的具体实现，包括IN和OUT指令的使用。 · 以ARM架构为例，讲解I/O口总线周期的具体实现，包括LDR和STR指令的使用 I/O口总线周期是计算机系统中CPU与外部设备（如存储器、I/O接口）进行数据传输的基本单位。它通常指的是CPU完成一次访问存储器或I/O端口操作所需要的时间。一个总线周期由几个时钟周期组成，具体取决于系统的时钟频率和总线设计。 在总线周期中，CPU通过总线与外部设备进行通信，包括发送地址、数据以及控制信号。总线周期一般包含4个时钟周期，分别称为T1状态、T2状态、T3状态和T4状态。这些状态分别对应不同的操作： 1. T1状态：输出存储器地址或I/O地址。 2. T2状态：输出控制信号。 3. T3和Tw状态：总线操作持续，并检测READY以决定是否延长时序。 总线周期的作用主要体现在以下几个方面： 1. 确保数据传输的同步：总线周期使得CPU与外部设备之间的数据传输按照统一的时序进行，避免了数据传输的混乱。 2. 提高数据传输效率：通过合理的设计总线周期，可以尽量减少CPU与外部设备之间的通信延迟，从而提高数据传输效率。 3. 简化硬件设计：总线周期的定义使得硬件设计师可以专注于实现特定的总线协议，而不需要关心底层的数据传输细节。 4. 标准化接口：总线周期的概念使得不同的外部设备可以通过统一的接口与CPU进行通信，简化了系统的设计和集成。 总之，I/O口总线周期是计算机系统中数据传输的基本单位，它确保了数据传输的同步、提高了传输效率、简化了硬件设计并实现了标准化接口。 编写简单的I/O口总线周期程序需要根据具体的计算机体系结构和编程语言来实现。以下是一个使用x86架构和汇编语言编写的简单I/O口总线周期程序示例： ```assembly ; 假设我们要读取I/O端口0x3F8的数据 ; 设置I/O端口地址 mov dx, 0x3F8 ; 发出I/O读命令 in al, dx ; 将读取到的数据存储到寄存器中 mov [data], al ; 数据处理和其他操作... ; 将数据写回I/O端口 mov dx, 0x3F8 mov al, [data] out dx, al ``` 在这个示例中，我们使用了x86架构的IN和OUT指令来实现I/O口总线周期。IN指令用于从I/O端口读取数据，OUT指令用于向I/O端口写入数据。 需要注意的是，不同的计算机体系结构和编程语言可能会有不同的实现方式。例如，在ARM架构中，可以使用LDR和STR指令来实现I/O口总线周期。在C语言中，可以使用内联汇编或者专门的I/O操作函数来实现I/O口总线周期。因此，在编写I/O口总线周期程序时，需要根据具体的计算机体系结构和编程语言进行调整。 以下是一个使用C语言和x86架构编写的简单I/O口总线周期程序示例： ```c #include<stdio.h> #include <stdint.