📄 8_5.htm
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<title>I/O设备与存储器、ＣＰＵ及操作系统的接口</title>
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<body stylesrc="buses总线.htm"><h2 align="center"><font color="#333333" size="6"><b>8.5
I/O设备与存储器、ＣＰＵ及操作系统的接口</b></font></h2>
<p align="right"><font color="#333333"><b><a href="file:///K:/sysq/chapter8/index.htm"><img border="0" src="chapter1/images/back.gif" alt="第八章首页" width="60" height="45" align="left"></a>
<a href="8_4.htm"><img border="0" src="chapter1/images/prev.gif" alt="buses总线" width="60" height="45"></a></b></font></p>
<p><a href="#一、概论" name="一"><b><font color="#0099FF" size="4">一、概论</font></b></a></p>
<p><a href="#二、输入／输出设备编址方式"><b><font color="#0099FF" size="4">二、输入/输出设备编址方式</font></b></a></p>
<p><a href="#三、输入输出接口"><b><font color="#0099FF" size="4">三、输入输出接口</font></b></a></p>
<p><a href="#四、中断系统"><b><font color="#0099FF" size="4">四、中断系统</font></b></a></p>
<p><a href="#五、DMA传送"><b><font color="#0099FF" size="4">五、DMA传送</font></b></a></p>
<p><a name="一、概论"><b><font color="#333333" size="4">一、概论</font></b></a></p>
<b>
<font color="#333333" size="4"> 总线协议虽然定义了一个字或块数据在一组信号线上的通信规范，但是，I/O设备与存储器、ＣＰＵ实际上如何完成通信的问题未解决，例如：</font>
</b>
<p><font color="#333333" size="4"><b> １、用户的Ｉ／Ｏ请求如何转换成设备命令和设备实现通信？</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ２、数据在存储单元中如何传进传出？</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ３、操作系统扮演了什么角色？</b></font></p>
<font color="#333333" size="4"><b> ＯＳ主要作用是处理机Ｉ／Ｏ，是作为硬件与请求Ｉ／Ｏ传送的程序的接口，ＯＳ的职责来自Ｉ／Ｏ系统的三类特征：</b></font>
<p><font color="#333333" size="4"><b> １、Ｉ／Ｏ系统由正使用ＣＰＵ的多道程序分享；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>
２、Ｉ／Ｏ系统经常使用中断传输有关Ｉ／Ｏ操作的信息，中断使控制转为管态，必须由ＯＳ处理；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ３、Ｉ／Ｏ的低级控制很复杂，原因是要求管理一系列并发事件及对设备正确控制要求非常详细。</b></font></p>
<b>
<font color="#333333" size="4"> 为此，ＯＳ必须提供下列四个功能：</font>
</b>
<p><font color="#333333" size="4"><b> １、ＯＳ提供存储保护功能，用户程序不能直接执行Ｉ／Ｏ操作；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ２、对访问设备提供抽象功能，即提供提供能处理低级操作的Ｉ／Ｏ例程</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> 逻辑设备－－物理设备控制由子例程实现</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ３、中断处理功能，处理Ｉ／Ｏ设备产生的中断；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ４、为了提高增强系统吞吐率，ＯＳ要合理调度访问及对分享资源提供公正的访问；</b></font></p>
<b>
<font color="#333333" size="4"> 为了实现有利于用户程序的这些功能，ＯＳ必须管理与Ｉ／Ｏ设备的通讯，要求有三类通讯：</font>
</b>
<p><font color="#333333" size="4"><b> １、ＯＳ能提供Ｉ／Ｏ设备的如下的命令：读、写及其他控制命令，如seek；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ２、当完成了指定的操作，或遇到出错，Ｉ／Ｏ设备必须能通知ＯＳ；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ３、数据必须能在Ｉ／Ｏ和Memory之间传送。</b></font></p>
<b>
<font color="#333333" size="4"> Ｉ／Ｏ系统的基本功能是：</font>
</b>
<p><font color="#333333" size="4"><b> １、为数据传输操作选择输入设备；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ２、在选择的输入输出设备和ＣＰＵ（或主存）之间交换数据</b></font></p>
<p><b><font color="#333333"><font size="4">
<a href="#一"></a></font></font>
<font size="4">
<a href="#一"><font color="#66CCFF">返回页首</font></a></font></b></p>
<p> </p>
<h3><a name="二、输入／输出设备编址方式"><b><font color="#333333" size="4">二、输入／输出设备编址方式</font></b></a></h3>
<p><b><font color="#333333" size="4">命令==>Ｉ／Ｏ设备
命令传给哪个设备？</font></b></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>（１）要对Ｉ／Ｏ设备接口进行编址</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b> a、单独编址方式</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>计算机系统专设输入输出指令,例如ＰＣ机</b></font></p>
</blockquote>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ＩＮ ＡＬ
ＰＯＲＴ
；从外设ＰＲＯＴ口读数据＝＞ＡＬ寄存器</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> ＯＵＴ ＰＯＲＴ
ＡＬ
；输出，ＡＬ值＝＞外设ＰＯＲＴ口</b></font></p>
<blockquote>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>特点是不占内存地址空间。</b></font></p>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b> b、存储器统一编址memory mapping</b></font></p>
<blockquote>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>不要专门Ｉ／Ｏ设备，但占用存储器地址空间。</b></font></p>
</blockquote>
</blockquote>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>（２）每个Ｉ／Ｏ设备都有一个控制接口，例如打印机接口，并行口。</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b><img border="0" src="_derived/IO设备与存储器、CPU及操作系统的接口.htm_txt_11.gif" width="480" height="178"></b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>每个寄存器给一个地址，称为口地址。</b></font></p>
<p><b><font color="#333333"><font size="4">
<a href="#一"></a></font></font>
<font size="4">
<a href="#一"><font color="#66CCFF">返回页首</font></a></font></b></p>
<p> </p>
<h3><a name="三、输入输出接口"><b><font color="#333333" size="4">三、输入输出接口</font></b></a></h3>
<p><font color="#333333" size="4"><b><img border="0" src="_derived/IO设备与存储器、CPU及操作系统的接口.htm_txt_6.gif" width="448" height="101"></b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>1、接口 (Interface)的基本功能：</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>１）通信联络控制：同步、异步，设备选择和中断，或ＤＭＡ控制；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>２）数据缓冲，实现主机与外设速度匹配；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>３）接受主机命令，提供设备及接口状态。</b></font></p>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>2、接口类型</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>１）按数据传送位宽分：</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>串行口－－逐位传送数据，１bit１bit传送，ＲＳ２３２－Ｃ接口，网卡。</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>并行口－－将一个字节或几个字节同时传送，如打印机接口。</b></font></p>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>２）按传送控制方式分：</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>程序控制输入输出口，程序中断Ｉ／Ｏ口，ＤＭＡ方式</b></font></p>
</blockquote>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>3、数据传送控制方式：</b></font></p>
<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>A、程序控制Ｉ／Ｏ传送方式，也称polling</b></font></p>
</blockquote>
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<blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b><img border="0" src="_derived/IO设备与存储器、CPU及操作系统的接口.htm_txt_12.gif" width="549" height="252"></b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>例如：从一缓冲区输出一批数据到打印机，缓冲首址First，数据长度LEN,状态口为LPRSTATUS，数据寄存口地址LPRPOUT。</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b> <img border="0" src="_derived/IO设备与存储器、CPU及操作系统的接口.htm_txt_u.gif" width="507" height="414"></b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>程序传送接口： <img border="0" src="_derived/IO设备与存储器、CPU及操作系统的接口.htm_txt_x.gif" align="top" width="482" height="259"></b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>polling 程序查询</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>Programed Drict Cotrol程序直接控制</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>优点：接口电路简单；</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>缺点：ＣＰＵ总是等待外设，浪费时间</b></font></p>
</blockquote>
<p><font color="#333333" size="4"><b>B、程序中断控制传送方式</b></font></p>
<p><font color="#333333" size="4"><b>C、ＤＭＡ传送方式 </b></font></p>
<p><b><font size="4"><font color="#333333">
</font>
<a href="#一"><font color="#66CCFF">返回页首</font></a></font></b></p>
<p> </p>
</blockquote>
<p><a name="四、中断系统"><b><font color="#333333" size="4">四、中断系统</font></b></a></p>
<p><b><font color="#333333" size="4">中断过程：中断请求；中断响应；中断服务；中断返回。</font></b></p>
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