中央电大远程开放教育网址29

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1、中央电大远程开放教育中央电大远程开放教育?计算机组成原理计算机组成原理?主持教师电主持教师电子邮件：子邮件：购置教学实验设备的通知购置教学实验设备的通知型号：型号：TEC8/16TEC8/16教学实验计算机系教学实验计算机系统统实售价：实售价：25002500元组合逻辑方案元组合逻辑方案生产者：清华同方教学仪器设备公司生产者：清华同方教学仪器设备公司地址：北京清华大学清华同方教学仪地址：北京清华大学清华同方教学仪器设备公司器设备公司 ：100084100084联系人：陈羽联系人：陈羽 ：0100106278557562785575 直播课堂内容直播课堂内容1.1.布置控制器教学实验布置控制器教

2、学实验2.2.布置内存扩展教学实验布置内存扩展教学实验 布置串行接口入出教学实验布置串行接口入出教学实验3.3.布置第四、五章作业布置第四、五章作业4.4.第四、五章教学内容辅导第四、五章教学内容辅导1.1.控制器教学实验控制器教学实验(1)(1)教学实验计算机介绍教学实验计算机介绍 有有 8 8位位 或或 1616位位两种字长，两种字长，可以选组合逻辑的控制器、可以选组合逻辑的控制器、或是微程序的控制器方案。或是微程序的控制器方案。有监控程序、交叉汇编程序、有监控程序、交叉汇编程序、和和 PCPC仿真终端仿真终端 等软件支持。等软件支持。2 2教学实验内容教学实验内容 实验时以实验时以 8

3、8位字长，组合逻位字长，组合逻辑辑 控制器方案来进行，把第三章控制器方案来进行，把第三章作作 业第业第1818题的题的(1)(1)、(2)(2)、(3)(3)、(5)(5)的设计在教学计算机上实现出的设计在教学计算机上实现出来来 并调试正确，用在你的程序中。并调试正确，用在你的程序中。3 3教学实验步骤教学实验步骤 学懂已有指令的格式和执行步学懂已有指令的格式和执行步骤骤 参照已有设计，完成你的设计：参照已有设计，完成你的设计：指令格式、功能、执行步骤指令格式、功能、执行步骤 所用节拍与各控制信号所用节拍与各控制信号 写出逻辑表达式、写到写出逻辑表达式、写到GAL20V8GAL20V8中中 进

4、行调试进行调试,并用在你设计的程序并用在你设计的程序中中2.2.内存储器教学实验内存储器教学实验(1)(1)教学实验计算机介绍教学实验计算机介绍 整机为整机为 8 8位字长，位字长，组合逻辑控制器方案，组合逻辑控制器方案，内存储器为内存储器为 8 8位字长，位字长，使用使用 1616位的地址，位的地址，按字节访问。按字节访问。2 2教学实验内容教学实验内容 教学计算机已有教学计算机已有 8KB 8KB 的的ROMROM、2KB 2KB 的的RAMRAM内存空间，在此根底内存空间，在此根底上上 再扩展出再扩展出 2KB 2KB 的的 RAMRAM存储空间，存储空间，用用 LS6116LS6116

5、204820488 8静态存静态存储储 器芯片进行内存容量扩展。器芯片进行内存容量扩展。3 3教学实验步骤教学实验步骤 学懂教学计算机内存储器设学懂教学计算机内存储器设计，计，把新的一片把新的一片 LS6116LS6116芯片插到芯片插到板上。板上。主要工作是接好该芯片的地主要工作是接好该芯片的地址线，址线，数据线，片选和读写控制信数据线，片选和读写控制信号等。号等。对硬件进行调试对硬件进行调试,并在程序中并在程序中使用使用 这片存储区，检查读写的正这片存储区，检查读写的正确性。确性。使用串行接口的教学实验使用串行接口的教学实验(1)(1)教学实验计算机介绍教学实验计算机介绍 教学计算机上有教

6、学计算机上有串行接口，串行接口，8 8位并行与主机交换信息，位并行与主机交换信息，串行地和串行地和PCPC仿真终端通信，仿真终端通信，用用ININ、OUTOUT指令完成入出，指令完成入出，采用状态查询方式工作。采用状态查询方式工作。2 2教学实验内容教学实验内容 在教学计算机已有监控程序，在教学计算机已有监控程序，串行口能正常运行，串行口的串行口能正常运行，串行口的 端口地址端口地址:00(:00(数据数据),01(),01(状态状态)，参照教材上已有的参照教材上已有的I/OI/O程序例程序例子，子，设计用串口完成设计用串口完成I/OI/O操作的程操作的程序序3 3教学实验步骤教学实验步骤 学

7、懂教材中使用串行接口的程学懂教材中使用串行接口的程序，序，学习查询串行口运行状态的方学习查询串行口运行状态的方法，法，用状态查询方式使用用状态查询方式使用ININ、OUTOUT指令。指令。写出几个小的完成输入写出几个小的完成输入/输出操输出操作作 功能的程序，具体内容自己确功能的程序，具体内容自己确定。定。3.3.第四章作业第四章作业 第四章习题中的第四章习题中的 第第1 1题，题，第第 2 2题，第题，第 3 3题，题，第第6 6题，题，第第1212题，第题，第1313题，题，第第2727题，第题，第3131题。题。8 8个作业题均必做个作业题均必做 第五章作业第五章作业 第五章习题中的第五

8、章习题中的 第第2 2题，题，第第 4 4题，第题，第 9 9题，题，第第1414题，第题，第1515题，第题，第1919题题 第第2727题，第题，第2929题。题。8 8个作业题均必做个作业题均必做 4.第四、五章内容辅导 第四、五两章的教学内容 各占全部教学内容的 20%，涉及概念性的知识比较多，原理性的内容一般理解即可；实用性的知识较多，有些 线路或设备组成实例，勿背。输入设备输入设备输出设备输出设备入出接口和总入出接口和总线线外存设备外存设备主存储器主存储器高速缓存高速缓存控控 制制 器器运运 算算 器器第三单元第三单元第四单元第四单元第二单元第二单元第一单元第一单元计算机硬件系统计

9、算机硬件系统 第四章内容概要第四章内容概要存储器，三级连，局部、一致且包含存储器，三级连，局部、一致且包含提速提速 主体主体 扩容量，缓存扩容量，缓存 主存主存 虚存虚存盘盘字位扩展、体交叉，完全字位扩展、体交叉，完全 直接直接 组相组相联联段表、页表和快表，盘段表、页表和快表，盘 带带 阵列容错阵列容错连连 第四章第四章 多级结构的存储器系多级结构的存储器系统统 一一.层次存储器系统概述层次存储器系统概述 二二.主存储器部件主存储器部件 三三.高速缓存高速缓存CACHECACHE 四四.虚拟存储器部件虚拟存储器部件 五五.外存储器设备外存储器设备 阵列技术与容错阵列技术与容错 一一.层次存储

10、器系统概述层次存储器系统概述 1.1.概念与追求的目标概念与追求的目标 2.2.程序运行的局部性特性程序运行的局部性特性 3.3.各层存储器所用介质其各层存储器所用介质其特性特性 4.4.一致性、包含性一致性、包含性层次存储器系统概述层次存储器系统概述用途：存储器系统是计算机中用途：存储器系统是计算机中 用于存储程序和数据的部件。用于存储程序和数据的部件。对其要求是：对其要求是：尽可能快的读写速度尽可能快的读写速度 尽可能大的存储容量尽可能大的存储容量 尽可能低的本钱费用尽可能低的本钱费用 怎样才能同时实现这些要求呢？怎样才能同时实现这些要求呢？用多级结构的存储器系统用多级结构的存储器系统 把

11、要用的程序和数据，把要用的程序和数据，按其使用的急迫和频繁程度，按其使用的急迫和频繁程度，分块调入存储容量不同、分块调入存储容量不同、运行速度不同的存储器中，运行速度不同的存储器中，并由硬软件来统一管理与调度。并由硬软件来统一管理与调度。程序运行时的局部性原理程序运行时的局部性原理 在一小段时间内，最近被访问过在一小段时间内，最近被访问过 的程序和数据很可能的程序和数据很可能再次被访问再次被访问 在空间上，这些被访问的程序和在空间上，这些被访问的程序和 数据往往集中在数据往往集中在一小片存储区一小片存储区 在访问顺序上，指令在访问顺序上，指令顺序执行顺序执行比比 转移执行的可能性大转移执行的可

12、能性大 (大约大约 5:1)5:1)解决方案解决方案 选用生产与运行本钱不同的、选用生产与运行本钱不同的、存储容量不同的、存储容量不同的、读写速度不同的读写速度不同的 多种存储介质，组成一个多种存储介质，组成一个 统一管理的存储器系统。统一管理的存储器系统。解决方案解决方案 使每种介质都处于不同的地位，使每种介质都处于不同的地位，起到不同的作用，充分发挥各起到不同的作用，充分发挥各 自在速度容量本钱方面的优自在速度容量本钱方面的优 势，从而到达最优性能价格比，势，从而到达最优性能价格比，以满足使用要求。以满足使用要求。19931993年大型计算机的存储器系统年大型计算机的存储器系统 存取速度

13、存储容量 存储本钱 (美分/KB)CPU 10ns 512B 1800 缓存 2040ns 128KB 72 主存 60100ns 512MB 5.6虚存 1020ms 60228GB 0.23后援 220M 512GB2TB 0.01 使使CPUCPU大局部时间访问高速缓大局部时间访问高速缓 存，速度最快；仅在从缓存中存，速度最快；仅在从缓存中 读不到数据时读不到数据时,才去读主存，速才去读主存，速 度略慢但容量更大；当从主存度略慢但容量更大；当从主存 中还读不到数据时中还读不到数据时,才去批量读才去批量读 虚存，速度很慢容量极大虚存，速度很慢容量极大,就解就解 决了对速度、容量、本钱的需求

14、。决了对速度、容量、本钱的需求。层次之间应满足的原那么层次之间应满足的原那么 一致性原那么：一致性原那么：处在不同层次存储器中的处在不同层次存储器中的 同一个信息应保持相同的值，同一个信息应保持相同的值，是保证正确地使用数据的是保证正确地使用数据的 最根本的要求之一，必须满足最根本的要求之一，必须满足 包含性原那么：包含性原那么：存储在内层靠近存储在内层靠近CPU的信息的信息 一定被包含在其外层的存储介一定被包含在其外层的存储介 质中，反之那么不成立。即内层存储器中的质中，反之那么不成立。即内层存储器中的全部信息，都是其相邻外层存储器中一小局全部信息，都是其相邻外层存储器中一小局部信息的复制品

15、部信息的复制品。二二.主存储器的组成与设计主存储器的组成与设计WRITEREAD CPU MainMemoryAB k 位给出地址位给出地址DB n 位传送数据位传送数据READY静态和动态存储器芯片特性静态和动态存储器芯片特性 SRAM DRAMSRAM DRAM存储信息存储信息 触发器触发器 电容电容 破坏性读出破坏性读出 非非 是是需要刷新需要刷新 不要不要 需要需要 送行列地址送行列地址 同时送同时送 分两次送分两次送 静态和动态存储器芯片特性静态和动态存储器芯片特性 SRAM DRAM 运行速度 快 慢 集成度 低 高 发热量 大 小 存储本钱 高 低主存储器的读写过程主存储器的读写

16、过程 数据存放器 读过程:给出地址 主存储体 给出片选与读命令 保存读出内容 写过程:给出地址 给出片选与数据 地址存放器 给出写命令/WE/CS0/CS1静态存储器字、位扩展静态存储器字、位扩展地址总线低地址总线低11 位位实现片内选单元实现片内选单元高位地址译码高位地址译码给出片选信号给出片选信号/CS0/CS1高八位数据高八位数据低八位数据低八位数据/WE 2K*8 bit 2K*8 bit 2K*8 bit 2K*8 bit 译码器译码器静态存储器字、位扩展静态存储器字、位扩展 TEC-2 机的存储器的容量为机的存储器的容量为 4096个字，为个字，为 16 位字长，位字长，用用 20

17、48*8 的存储器芯片的存储器芯片 实现。为此实现。为此,必须用两个芯必须用两个芯 实现实现 由由 2048 扩展容量到扩展容量到 4096 个存储单元字扩展个存储单元字扩展 静态存储器字、位扩展静态存储器字、位扩展再用两个芯片实现由再用两个芯片实现由8 8位扩展位扩展长度到长度到 16 16 位字长位扩展位字长位扩展 要用要用 4 4 片芯片实现该存储器片芯片实现该存储器系统。系统。静态存储器字、位扩展静态存储器字、位扩展 为访问为访问 2048 2048 个存储单元，个存储单元，要用要用 11 11 位地址，把地址总位地址，把地址总线的低线的低 11 11 位地址送到每位地址送到每个存储器

18、芯片的地址引脚；个存储器芯片的地址引脚；对地址总线的高位进行译码，对地址总线的高位进行译码，译码信号送到各存储器芯片译码信号送到各存储器芯片的的/CS/CS 引脚，引脚，静态存储器字、位扩展静态存储器字、位扩展 用于选择存储器芯片，使不同用于选择存储器芯片，使不同芯片分时运行。芯片分时运行。还要向存储器芯片提供读写控还要向存储器芯片提供读写控制信号制信号 /WE/WE，以区分读写，以区分读写，/WE/WE为高电平是读操作，为低是写操为高电平是读操作，为低是写操作。作。主存储器的多体结构主存储器的多体结构 为了提高计算机系统的工作为了提高计算机系统的工作 效率效率,需要提高主存储器的读需要提高主

19、存储器的读写速度。写速度。为此可以实现多个能为此可以实现多个能够独立地执行读写的主存储器够独立地执行读写的主存储器体，以便提高多个体，以便提高多个 存储体之间存储体之间并行读写的能力。并行读写的能力。主存储器的多体结构主存储器的多体结构 多体结构同时适用于静态和多体结构同时适用于静态和 动态的存储器。考虑到程序运动态的存储器。考虑到程序运 行的局部性原理，多个存储体行的局部性原理，多个存储体 应按低位地址交叉编址的方式应按低位地址交叉编址的方式 加以组织加以组织。类似的也可按一体类似的也可按一体 多字的方式设计主存储器部件。多字的方式设计主存储器部件。地址存放器地址存放器 主存储器存储体主存储

20、器存储体 W W W W 数据总线数据总线一体多字结构一体多字结构选择地址存放器地址存放器 数据总线数据总线 0字字 1字字 2字字 3字字 多体结构多体结构 破坏性读出：执行读操作后，破坏性读出：执行读操作后，被读单元的内容一定被读单元的内容一定 被清为被清为零，会破坏所保存的信息零，会破坏所保存的信息为正常工作，必须把刚读出为正常工作，必须把刚读出的内容立即写回去，通常称的内容立即写回去，通常称为预充电延迟，它影响存储为预充电延迟，它影响存储器的工作频率，在结束预充器的工作频率，在结束预充电前不能开始下一次读。电前不能开始下一次读。动态存储器动态存储器 定期刷新：定期刷新：在不进行读写在不

21、进行读写操作时，操作时，DRAM DRAM 存储器的各单存储器的各单元处于断电状态，由于漏电的元处于断电状态，由于漏电的存在，保存在电容存在，保存在电容C CS S 上的电荷上的电荷会慢慢地漏掉，为此必须定时会慢慢地漏掉，为此必须定时予以补充，称为刷新操作。予以补充，称为刷新操作。刷新不是按字处理，而是刷新不是按字处理，而是每次刷新一行，即为连接在每次刷新一行，即为连接在同一行上所有存储单元的电同一行上所有存储单元的电容补充一次能量。容补充一次能量。刷新有两种方式：刷新有两种方式：集中和分散刷新集中和分散刷新。行、列地址要分两次给出，行、列地址要分两次给出，在连续地使用相同的行地址在连续地使用

22、相同的行地址读写时，也可以在前一次就读写时，也可以在前一次就将行地址锁存，之后仅送列将行地址锁存，之后仅送列地址，地址，快速分页组织快速分页组织以节省送地址的时间，支持以节省送地址的时间，支持这种运行方式的存储器被称这种运行方式的存储器被称为快速分页组织的存储器。为快速分页组织的存储器。快速分页组织只用于动态存快速分页组织只用于动态存储器储器。快速分页组织快速分页组织 三三.高速缓冲存储器的高速缓冲存储器的 组成与运行原理组成与运行原理三三.高速缓存高速缓存 CACHECACHE用途：设置在用途：设置在 CPU CPU 和和 主存主存储器之间，完成高速与储器之间，完成高速与 CPUCPU交换信

23、息，尽量防止交换信息，尽量防止 CPUCPU不不必要地屡次直接访问慢速的必要地屡次直接访问慢速的主存储器，从而提高计算机主存储器，从而提高计算机系统的运行效率。系统的运行效率。高速缓存高速缓存 CACHECACHE实现：实现：这是一个存储容量这是一个存储容量很小，但读写速度更快的，很小，但读写速度更快的，以关联存储器方式运行、以关联存储器方式运行、用静态存储器芯片实现的用静态存储器芯片实现的高速静态存储器系统。高速静态存储器系统。要求：要求：有足够高的命中率，有足够高的命中率，当当 CPUCPU需用主存中的数据需用主存中的数据时，多数情况下可以直接时，多数情况下可以直接从从CACHECACHE

24、中得到，尽量少中得到，尽量少读主存储器。称二者之比读主存储器。称二者之比为命中率。为命中率。MEMORY CACHE CONTROLCACHE的根本运行原理的根本运行原理数据总线数据总线译码选译码选一单元一单元比较选比较选一单元一单元读过程为例读过程为例地址总线地址总线ADDR DATACACHE CPU 全相联方式全相联方式C P U数据数据地址地址有效位有效位主存储器主存储器CACHE比较比较译码译码标志标志数据数据直接映射方式直接映射方式C P U数据数据地址地址有效位有效位主存储器主存储器CACHE比较比较译码译码译码译码页页内内地地址址页页号号标志标志数据数据两路组相联方式两路组相联

25、方式C P U数据数据地址地址有效位有效位主存储器主存储器CACHE译码译码比较比较比较比较译码译码译码译码标志标志数据数据影响影响 CACHE CACHE 命中率的因素命中率的因素1.CACHE 1.CACHE 的容量，大一些好的容量，大一些好2.CACHE 2.CACHE 与主存储器每次交与主存储器每次交换信息的单位量换信息的单位量(Cache(Cache Line Size)Line Size)适中适中3.CACHE 3.CACHE 不同的组织方式，不同的组织方式，多路组相联更好多路组相联更好4.CACHE 4.CACHE 的多级组织可提高的多级组织可提高命中率命中率5.CACHE 5.

26、CACHE 的换字和回写算法的换字和回写算法CACHE 接入系统的体系结构接入系统的体系结构 侧接法：像入出设备似的连接到侧接法：像入出设备似的连接到 总线上，优点是结构简单，本钱低，总线上，优点是结构简单，本钱低，缺点是不利于降低总线占用率缺点是不利于降低总线占用率CPUMEMORYCACHEBus Master 1 Bus Master 2总线总线CACHE 接入系统的体系结构接入系统的体系结构 隔断法：把原来的总线打断为两段，隔断法：把原来的总线打断为两段，使使 CACHE 处在两段之间，优点是有利处在两段之间，优点是有利于提高总线利用率，支持总线并发操作，于提高总线利用率，支持总线并发

27、操作，缺点是结构复杂，本钱较高。缺点是结构复杂，本钱较高。CPUMEMORYCACHEBus Master 1Bus Master 2总线总线改写主存储器的策略改写主存储器的策略 假设假设CPUCPU改写了改写了 CACHE CACHE 一单元内容一单元内容后后且尚未改变主存相应单元内容，那么且尚未改变主存相应单元内容，那么出出现数据不一致性。两种解决方法：现数据不一致性。两种解决方法：1.1.接下来直接改写主存单元内容。接下来直接改写主存单元内容。简便易行简便易行,但可能带来系统运行但可能带来系统运行效率不高的问题，该后未被使用。效率不高的问题，该后未被使用。2.2.拖后改写主存单元内容，一

28、拖后改写主存单元内容，一直拖到有另外的设备要读该直拖到有另外的设备要读该内容过时的主存单元时。首内容过时的主存单元时。首先停止这一读操作，接下来先停止这一读操作，接下来改写主存内容，之后再起动改写主存内容，之后再起动已停下来的读操作，否那么已停下来的读操作，否那么不必改写。不必改写。矛盾是如何检查是否应该矛盾是如何检查是否应该改写，通过监视地址总线改写，通过监视地址总线完成，记下无效单元地址完成，记下无效单元地址用于比较。用于比较。控制复杂控制复杂些，但可以提供更高系统些，但可以提供更高系统的运行效率。的运行效率。四四.虚拟存储器的运行原理虚拟存储器的运行原理 虚拟存储器是指用磁盘一虚拟存储器

29、是指用磁盘一片存储空间来弥补主存空间的片存储空间来弥补主存空间的缺乏，使得程序人员能够使用缺乏，使得程序人员能够使用比主存实际容量更大的存储空比主存实际容量更大的存储空间来编写和运行程序。间来编写和运行程序。在操作系统和相应硬在操作系统和相应硬件的支持下，数据在磁盘件的支持下，数据在磁盘和主存之间按程序运行的和主存之间按程序运行的需要自动成批量地完成交需要自动成批量地完成交换换。虚拟存储器中经常使用两虚拟存储器中经常使用两种根本管理技术：种根本管理技术：段式存储管理，段式存储管理，页式存储管理。页式存储管理。核心问题都在于处理核心问题都在于处理数据的存放与调度。数据的存放与调度。段表内容及其管

30、理段表内容及其管理段号段号 段内地址段内地址+逻辑地址逻辑地址段始地址段始地址 段长段长 装入位装入位段段表表主存实际地址主存实际地址段表基地址段表基地址页表内容和页式管理页表内容和页式管理-+在内存中控制位在内存中控制位 有效位有效位虚虚 页号页号 实实 页号页号慢表慢表虚地址虚地址实地址实地址 (读写内存用读写内存用)快表快表(专设硬件专设硬件)比较比较(按内容选按内容选)按地址读按地址读实页号实页号虚页号虚页号 页内地址页内地址实页号实页号 页内地址页内地址页表基地址页表基地址 五.外存设备 磁外表存储设备 存储原理与组成 磁盘、磁带设备)光盘设备的 存储原理与组成 磁盘阵列与容错技术

31、常用磁记录方式波形图常用磁记录方式波形图NRZNRZ1PMFMMFM位信息位信息 1 0 1 1 1 0 0 0 1位周期位周期 硬硬 磁磁 盘盘 设设 备备磁头磁头磁磁盘盘组组主轴主轴通风机通风机取数臂取数臂定位驱动器定位驱动器速度速度传感器传感器小车小车主电机主电机传动皮带传动皮带滤尘器滤尘器密封罩密封罩硬磁盘驱动器结构示意图硬磁盘驱动器结构示意图 磁磁 带带 机机 设设 备备。磁带磁带抽风口抽风口真空积带箱真空积带箱小孔小孔增压风口供增压风口供收带盘收带盘放带盘放带盘导轮导轮左主动轮左主动轮右主动轮右主动轮读写磁头读写磁头刹块刹块刹带柱刹带柱压轮压轮双压轮真空积带箱式磁带机双压轮真空积带

32、箱式磁带机90%调制器调制器 写一次型光盘光学系统示意图写一次型光盘光学系统示意图He-Ne光盘光盘聚焦系统，物镜聚焦系统，物镜旋转台旋转台径向跟踪反射镜径向跟踪反射镜激光器激光器光束别离器光束别离器读出信号读出信号光束别离器光束别离器调制信号调制信号10%写光束写光束低价磁盘的冗余阵列低价磁盘的冗余阵列(RAID)Redundant Arrays of Inexpensive Disks用用 N 个低价磁盘构成一个统一管理的阵列，个低价磁盘构成一个统一管理的阵列，取代特贵单一磁盘是一个好的方案，它可以：取代特贵单一磁盘是一个好的方案，它可以：有有 1/N 的访问时间的访问时间有有 N个磁盘的

33、容量个磁盘的容量有更高的性能价格比有更高的性能价格比对阵列盘采用冗余技术提高信息的可靠性对阵列盘采用冗余技术提高信息的可靠性 RAID0：data Striping RAID1:Drive MirroringRAID4:Data Guarding RAID5:Distributed data Guarding 第五章内容概要第五章内容概要直控直控 中断中断 DMADMA，总线总线 接口接口 与设备与设备主总主总 局部局部 慢扩展，周期慢扩展，周期 方式方式 等待催等待催识别识别 缓冲缓冲 和状态，控制和状态，控制 中断中断 等相随等相随一般组成一般组成 和和 原理，显示原理，显示 键盘键盘 打

34、印机打印机第第 五五 章章输入输入 /输出系统输出系统 和和 输入输入 /输出设备输出设备 1.1.输入输入 /输出设备概述输出设备概述 2.2.常用常用 输入设备组成与运行原理输入设备组成与运行原理 :终端终端 键盘键盘 鼠标鼠标 3.3.常用常用 输出设备组成与运行原理输出设备组成与运行原理 :终端终端 显示器显示器 打印机针式打印机针式 喷墨式喷墨式 激光激光 4.4.输入输入 /输出系统概述输出系统概述 5.5.计算机的总线：总线构成计算机的总线：总线构成 总线周期总线周期 运行方式运行方式 等待状态等待状态 6.6.接口电路：接口电路的功能、接口电路：接口电路的功能、一般组成，串行口

35、实例一般组成，串行口实例 7.7.常用的输入常用的输入/输出方式输出方式 8.8.中断中断 和和 DMADMA的的 处理过程处理过程 输入输入/输出子系统输出子系统总线：总线：连接计算机各功能部件的连接计算机各功能部件的 逻辑电路和连线，包括管理逻辑电路和连线，包括管理 信息传输规那么的电路被称信息传输规那么的电路被称为为 总线。总线。几个概念及术语几个概念及术语三种总线：三种总线：数据总线：传输数据，速度与位数数据总线：传输数据，速度与位数 地址总线：传输地址，位数地址总线：传输地址，位数 控制总线：指明总线周期的类型和控制总线：指明总线周期的类型和 一次入一次入/出操作完成的时刻等信息出操

36、作完成的时刻等信息几个概念及术语几个概念及术语 总线周期的类型总线周期的类型:内存读内存读 内存写内存写 外设读外设读 外设写外设写 中断中断 和和 DMADMA几个概念及术语几个概念及术语 总线周期：正总线周期：正 常常 总总 线线 周周 期：期：一次地址时间和一次地址时间和 一次数据时间一次数据时间 BURST总线周期：总线周期：一次地址时间和屡次数据时间一次地址时间和屡次数据时间 总线的等待状态：总线的等待状态：增加的数据时间被称增加的数据时间被称为总线的等待状态。为总线的等待状态。影响系统的运行效率。影响系统的运行效率。单总线和多总线结构单总线和多总线结构早期的计算机，如早期的计算机，

37、如 DEC 公司的公司的 PDP-11 只使用一组总线，包括数据总线，只使用一组总线，包括数据总线，地址总线，控制总线。地址总线，控制总线。其优点是结构简单，本钱低廉，其优点是结构简单，本钱低廉，缺点是运行效率低。缺点是运行效率低。CPU主存主存输入输入设备设备输出输出设备设备总线总线多多(2 或或 3)总线结构总线结构当前计算机通常采用多总线结构当前计算机通常采用多总线结构CPU主存主存扩展总线扩展总线控制线路控制线路I/O设备设备1I/O设备设备2处理机总线处理机总线32MHz4B8BISA/EISA8.33MHz 1,2,4 B 二总线结构二总线结构.多多(2 或或 3)总线结构总线结构

38、-CPU主存主存PCI桥桥I/O设备设备1I/O设备设备2处理机总线处理机总线66MHz4B8BISA/EISA8.33MHz 1,2,4 B 三总线结构三总线结构.PCI BUS 33MHz 4B扩展总线扩展总线控制线路控制线路I/O设备设备3I/O设备设备4接快速设备接快速设备接慢速设备接慢速设备通用可编程接口电路通用可编程接口电路通通 用用 :能有多种用法与入能有多种用法与入/出功能出功能可编程可编程:能通过指令指定接口的功能能通过指令指定接口的功能 和运行控制参数等和运行控制参数等通用可编程接口电路通用可编程接口电路接口内的组成局部接口内的组成局部:设备识别线路设备识别线路 数据缓冲存

39、放器输入数据缓冲存放器输入/输出输出控制存放器控制存放器 状态存放器状态存放器通用可编程接口电路通用可编程接口电路中断电路中断电路 (中断触发器中断触发器,中断中断屏蔽触发器屏蔽触发器 等等)电平转换及串行电平转换及串行/并并行转换电路等行转换电路等常用的输入常用的输入/输出方式输出方式程序直接控制方式程序直接控制方式(状态循环状态循环查询查询)简单，简单，CPUCPU效率低，效率低，CPUCPU、外、外设串行设串行程序中断传送方式程序中断传送方式CPUCPU利用效率略高，利用效率略高，CPUCPU、外、外设并行设并行常用的输入常用的输入/输出方式输出方式直接内存访问方式直接内存访问方式 (D

40、MA)(DMA)外设直接访问内存，外设直接访问内存，CPUCPU利利用率更高用率更高I/O I/O 通道控制方式通道控制方式外围处理机方式外围处理机方式有关中断的概念与术语有关中断的概念与术语中断源及分类中断源及分类:内内/外中断外中断 软件中断软件中断中断优先级中断优先级 中断请求中断请求 中断响应中断响应禁止禁止(开开/关关)中断中断 中断屏蔽中断屏蔽 中断嵌套中断嵌套有关中断的概念与术语有关中断的概念与术语 中段处理过程中段处理过程:关中断关中断 保存断点和现场保存断点和现场判中断源并转入中断效劳程序判中断源并转入中断效劳程序 开中断开中断 执行中断效劳程序执行中断效劳程序关中断关中断

41、恢复现场和断点恢复现场和断点开中断开中断 返回断点返回断点DMA 的概念与处理的概念与处理DMA DMA 是在高速外设和是在高速外设和 主存储器之间自动成批主存储器之间自动成批 传送信息、以尽量减少传送信息、以尽量减少 CPU CPU 干预的入干预的入/出方式出方式.DMA 卡上应包括卡上应包括 通用接口卡的全部组成局部通用接口卡的全部组成局部,并多出如下内容并多出如下内容:主存地址存放器，传送字数计数器主存地址存放器，传送字数计数器 DMA 控制逻辑控制逻辑:DMA 请求请求 DMA响应响应 DMA工作方式工作方式 DMA优先级及排队逻辑优先级及排队逻辑 等等一次完整的一次完整的 DMA D

42、MA 传送过程传送过程 DMA DMA 预处理预处理CPU CPU 向向 DMA DMA 送命令送命令,如如 DMA DMA 方式，方式，主存地址，传送的字数等，主存地址，传送的字数等，之后之后 CPU CPU 执行原来的程序执行原来的程序DMA DMA 控制在控制在 I/O I/O 设备与主设备与主存间交换数据存间交换数据准备一个数据准备一个数据,向向CPUCPU发发DMADMA请求请求,取得总线控制权，取得总线控制权，进行数据传送，修改卡上进行数据传送，修改卡上主存地址，主存地址，修改字数计数器内且修改字数计数器内且检查其值是否为零检查其值是否为零,不为零那么继续传送，不为零那么继续传送，

43、假设已为零，那么向假设已为零，那么向 CPU CPU 发中断请求发中断请求.cL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oX

44、lUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6

45、F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgOcL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$q

46、YnVjSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4

47、C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZo

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49、2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y)v%s#oX

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51、+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5E2A+x*u$rZnWkThPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&t!pYmU

52、jRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&oXlTiQfNbK8H5D2A+x*u$qZnWkShPeMaJ7F4C1z)w&t!pYmUjRgOcL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0

53、y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t!qYmVjSgOdLaI6F3B0y)v%s#pXlUiQfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*umVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZnWkThPeMbJ7G4C1z-w&t!qYmVjRgOdL9I6F3B0y(v%s#oXlUiQfNbK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!pYmVjRgO

54、cL9I6E3B0y(v%r#oXlTiQfNbK8G5D2A-x*u$qZnVkShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVkSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-

55、w#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v&s#pXlUiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t!pYmVjRgOdL9I6E3B0y(v%s#oXlTiQfNbK8H5D2A-x*u$qZnWkShPdMaJ7F4C1z)w&s!pYmUjRgOcL9H6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPd

56、MaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-w*t$qYnVkSgL9I6E3B+y(v%r#oXlTiQeNbK8G5D2A-x*t$qZnVkShPdMaI7F4C0z)w&s!pXmUjRfOcL9H6E2B+y(u%r#oWlThQeNbJ8G5D1A-x*t$qYnVkSgPdMaI7F3C0z)v&s!pXmUiRfOcK9H6E2B+x(u%rZoWlThQeMbJ8G4D1A-w*t!qYnVjSgPdLaI6F3C0y)v&s#pXmUiRfNcK9H5E2B+x(u$rZoWkThQeMbJ7G4D1z-w*t

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58、F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(u%r#oWlTiQeNbJ8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoShPdMaJ7F4C0z)w&s!pYmUjRfOcL9H6E3B+y(v%r#oWlTiQeNbK8G5D1A-x*t$qZnVkSgPdMaI7F4C0z)v&s!pXmUjRfOcK9H6E2B+y(u%rZoWlThQeNbJ8G4D1A-w*t$qYnVjSgPdLaI7F3C0z)v&s#pXmUiRfOcK9H5E2B+x(u%rZoWkThQeMbJ8G4D1z-w*t!qYnVjSgOdLaI6F3C0y)v%s#pXlUiRfNcK8H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z)w&t!UiRfNcK9H5E2A+x(u$rZoWkThPeMbJ7G4D1z-w&t!qYmVjSgOdL9I6F3B0y)v%s#oXlUiQfNcK8H5D2A+x*u$rZnWkShPeMaJ7G4C1z-w&t