文档介绍：第 7 章输入和输出
本章讲述
概述
CPU与外设数据传送的方式
DMA控制器
概述
输入和输出设备是计算机系统的重要组成部分。程序、原始数据和各种现场采集到的资料和信息,都要通过输入设备输入至计算机。计算结果或各种控制信号要输出给各种输出设备,以便显示、打印和实现各种控制动作。常用的输入设备有键盘(Key Board)、鼠标、扫描仪,或者经过A/D(模/数)转换的现场信息等。
常用的输出设备有CRT、各种行打印机(Line Printer)、绘图仪,以及经过D/A(数/模)转换的各种控制信号。近年来,多媒体技术有了很大发展,声音和图像的输入和输出也是重要的I/O设备。CPU与外部设备(Peripheral)交换信息也是计算机系统中十分重要和十分频繁的操作。
外部设备的种类繁多,可以是机械式、电动式、电子式以及其他形式。输入的信息也不相同,可以是数字量、模拟量(模拟的电压、电流),也可以是开关量(两个状态的信息)。而且输入信息的速度也有很大区别,可以是手动的键盘输入(每个字符输入的速度为秒级),也可以是磁盘输入(它能以1Mb/s的速率传送)。所以CPU与外设之间的连接与信息交换是比较复杂的。
输入输出的寻址方式
CPU寻址外设可以有两种方式: 存储器对应输入输出方式和端口寻址的输入输出方式。
1. 存储器对应输入输出方式
在这种方式中,把一个外设端口作为存储器的一个单元来对待,故每一个外设端口占有存储器的一个地址。从外部设备输入一个数据,作为一次存储器读的操作;而向外部设备输出一个数据,则作为一次存储器写的操作。
这种方式的优点是:
(1) CPU对外设的操作可使用全部的存储器操作指令,故指令多,使用方便。如可对外设中的数据(存于外设的寄存器中)进行算术和逻辑运算,进行循环或移位等。
(2) 内存和外设的地址分布图是同一个。
(3) 不需要专门的输入输出指令以及区分是存储器还是I/O操作的控制信号。
这种方式的缺点是:
(1) 外设占用了内存单元,使内存容量减小。
(2) 要寻址的外设的端口地址,显然比内存单元的地址要少得多。所以,在用直接寻址方式寻址外设时,它的地址字节,通常总是要比寻址内存单元的地址少一个字节,因而节省了指令的存储空间,缩短了指令的执行时间。
2. 端口寻址的输入输出方式
在这种工作方式中,CPU有专门的I/O指令,用地址来区分不同的外设。但要注意,实际上是以端口(Port)作为地址的单元,因为一个外设不仅有数据寄存器还有状态寄存器和控制命令寄存器,它们各需要一个端口才能加以区分,故一个外设往往需要多个端口地址。CPU用地址来选择外设。通常专用的I/O指令,只用一个字节作为端口地址,故最多可寻址256个端口。
在IA-32结构微处理器中,例如在Intel 8088和8086中,若用直接寻址方式寻址外设,则仍用一个字节的地址,可寻址256个端口;而用DX间接寻址外设时,则端口地址是16位的,可寻址216=64K个端口地址。
在用端口寻址方式寻址外设的CPU中,必须要有控制线来区分是寻址内存还是寻址外设。