計(jì)算機(jī)組成原理

計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)課件王誠宋佳興清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系2012年1月輸入/輸出設(shè)備輸入/輸出系統(tǒng)

基本輸入/輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)總線和接口常用的輸入/輸出方式

計(jì)算機(jī)基本組成Datapath:即運(yùn)算器，完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算，通常包括其中的寄存器。Control:CPU的重要組成部分，它根據(jù)程序指令來指揮datapath，memory以及I/O運(yùn)行，共同完成程序功能。Memory:是存放運(yùn)行時(shí)程序及其所需要的數(shù)據(jù)的場所。Input:信息進(jìn)入計(jì)算機(jī)的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)等。Output:將計(jì)算結(jié)果展示給用戶的設(shè)備，如顯示器、打印機(jī)等。ComputerMemoryInputOutputDatapathControl1、輸入輸出設(shè)備概述計(jì)算機(jī)輸入輸出設(shè)備概念：具有一定操作功能的比較完整和相對(duì)獨(dú)立的精密機(jī)械電子裝置；功能：進(jìn)行人機(jī)交互，完成輸入輸出功能；特點(diǎn)：種類繁多，功能多樣，組成與運(yùn)行原理各不相同；發(fā)展：智能化、高可靠性、小型廉價(jià)。輸入輸出設(shè)備2、常用的輸入輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸出設(shè)備鍵盤圖形輸入設(shè)備：鼠標(biāo)器，圖形板，操縱桿，光筆圖象輸入設(shè)備：掃描儀，傳真機(jī)，攝像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)條形碼閱讀器語音與文字輸入顯示器（字符、圖形、圖像）打印機(jī)（針式、噴墨、激光）繪圖儀語音輸出點(diǎn)陣式設(shè)備運(yùn)行原理

把字形、圖形、圖像等信息以不同的點(diǎn)陣布局方式表現(xiàn)出來，在計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上，這些被顯示的內(nèi)容，是以可見光形式表現(xiàn)出來的；而在打印紙上，通常是以“印刷”（染色）的效果表現(xiàn)出來的。顯示器或者打印機(jī)等設(shè)備它們共同的特點(diǎn)是，要表示的信息，最終要以平面上的各種可見的“形狀”體現(xiàn)出來，而這些“形狀”原理上又都是以許多斷續(xù)的點(diǎn)的不同布局表示出來的。點(diǎn)陣式表示舉例以十六進(jìn)制數(shù)的形式把平面上點(diǎn)陣布局寫出來點(diǎn)陣式設(shè)備需要解決的問題點(diǎn)陣布局規(guī)律確定形狀的對(duì)象（保存對(duì)象的布局）無確定規(guī)律對(duì)象（保存所有點(diǎn)信息）點(diǎn)陣的密度更密的點(diǎn)陣可以把要表示的形狀呈現(xiàn)得更精細(xì)準(zhǔn)確表示同樣大小的形狀，點(diǎn)陣密則所用數(shù)據(jù)數(shù)量更多點(diǎn)陣越密則對(duì)輸入輸出設(shè)備的處理精度要求也越高點(diǎn)陣中點(diǎn)的屬性二值表示（0、1表示點(diǎn)的有、無）單色表示（灰度級(jí)表示不同亮度）彩色表示（RGB三基色混和表示彩色）鍵盤的運(yùn)行原理鍵盤功能計(jì)算機(jī)的鍵盤是通過手工輸入字符，用于向計(jì)算機(jī)送入操作命令、源程序語句、運(yùn)行程序所使用的數(shù)據(jù)等內(nèi)容的輸入設(shè)備。基本組成機(jī)械部分：按鍵（導(dǎo)電件）＋彈簧＋金屬件（由導(dǎo)電件控制實(shí)現(xiàn)電信號(hào)連通與斷開）電子線路部分：識(shí)別按鍵，給出編碼；通過串行接口把編碼送給主機(jī)。由鍵盤上專門的芯片完成。鍵盤接口串口、USB接口鍵盤的運(yùn)行原理識(shí)別閉合鍵的具體實(shí)現(xiàn)：是用行列掃描的方法，即把每個(gè)鍵分配在一個(gè)m列*n行矩陣的一個(gè)交叉點(diǎn)上，通過并行接口向n行依次送出僅有一行為0、其余各行均為1

的值，再用并行接口讀入m列上的取值。當(dāng)該值不為FFH（全1碼）時(shí)，表明有鍵按下，若該值僅含一位零，表明取值為0的行、列的交叉點(diǎn)的鍵被按下，用一個(gè)對(duì)照表即可得到相應(yīng)鍵的編碼。尚需解決如下的一些問題：抖動(dòng)：按下和松開按鍵時(shí)按鍵在接通和斷開位置之間跳動(dòng)幾次才能穩(wěn)定下來。重鍵：多鍵同時(shí)被按下，如何處理。1101...并行接口并行接口+5V10K0列1列m-1列0行1行n-1行鍵盤鍵.....。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。…...011A鍵并行接口送來10…1

的n位數(shù)值到二極管的負(fù)極，并行接口接收鍵盤線路m列送出的m位數(shù)據(jù)。當(dāng)A鍵按下去后，5V電源送出經(jīng)電阻、A鍵、二極管到0信號(hào)處的電流，從而在第2列產(chǎn)生0

電平（紅線所示）,其他各列都給出高電平（黑線所示），故并行接口接收到的是

110…1

這樣的m位數(shù)據(jù)。110...。1101...二極管鼠標(biāo)的運(yùn)行原理鼠標(biāo)的產(chǎn)生圖形界面的出現(xiàn)，需要鼠標(biāo)來進(jìn)行拖動(dòng)等操作鼠標(biāo)的功能根據(jù)鼠標(biāo)的移動(dòng)，在屏幕上移動(dòng)位置選中某個(gè)對(duì)象，進(jìn)而執(zhí)行某些操作鼠標(biāo)的種類機(jī)械式鼠標(biāo)光電式鼠標(biāo)鼠標(biāo)的接口串口、USB接口機(jī)械式鼠標(biāo)

鼠標(biāo)內(nèi)部有一個(gè)橡膠球，橡膠球緊貼著兩個(gè)互相垂直的軸（X、Y軸），每個(gè)軸上有一個(gè)光柵輪，光柵輪兩邊對(duì)應(yīng)著有發(fā)光二極管和光敏三極管。鼠標(biāo)在移動(dòng)的時(shí)候，橡膠球便帶動(dòng)兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)光柵輪也就開始旋轉(zhuǎn)，光敏三極管在接收發(fā)光二極管發(fā)出的光時(shí)被光柵輪間斷地阻擋，從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)，通過鼠標(biāo)內(nèi)部的芯片處理之后被CPU接受。脈沖信號(hào)的頻率和數(shù)量，經(jīng)過CPU計(jì)算后則表示為屏幕上的距離和速度。

光電式鼠標(biāo)

光電鼠標(biāo)的工作原理是，在光電鼠標(biāo)內(nèi)部有一個(gè)發(fā)光二極管，二極管發(fā)光照亮鼠標(biāo)底部的表面。同時(shí)表面會(huì)反射回一部分光線，反射光通過一組光學(xué)透鏡后，在一個(gè)微成像器內(nèi)成像。當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)的時(shí)候，移動(dòng)軌跡便會(huì)被記錄為一組高速拍攝的連貫圖象，鼠標(biāo)內(nèi)部有一塊專用的圖象分析芯片（DSP），對(duì)移動(dòng)軌跡上攝取的一系列圖象進(jìn)行分析處理，通過對(duì)這些圖象上特征點(diǎn)位置的變化進(jìn)行分析，來判斷鼠標(biāo)的移動(dòng)方向和移動(dòng)距離，從而完成光標(biāo)的定位。

常用輸出設(shè)備顯示器陰極射線管顯示器液晶顯示器等離子顯示器打印機(jī)針式打印機(jī)噴墨打印機(jī)激光打印機(jī)陰極射線管顯示器成像原理電子束撞擊熒光板上的熒光粉受撞擊的熒光粉發(fā)光產(chǎn)生亮點(diǎn)基本組成電子槍顯示屏偏轉(zhuǎn)控制裝置燈絲陰極聚焦極石墨層熒光屏顯示屏陽極帽偏轉(zhuǎn)線圈柵極陽極電子槍電子束陰極射線管的構(gòu)成和工作原理一些相關(guān)概念分辨率沿水平和垂直兩個(gè)方向把屏幕分成許多小的區(qū)域，一個(gè)小的區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)發(fā)光點(diǎn)（稱為象素），一個(gè)屏幕上所提供的全部象素的數(shù)目被稱為分辨率掃描電子束在顯示屏上按某種軌跡運(yùn)動(dòng)被稱為掃描，控制電子束掃描軌跡的電路被稱為掃描控制邏輯部件,有2種掃描方式:

光柵掃描：電子束從左到右，從上到下掃描整個(gè)屏幕（隔行掃描和逐行掃描）

隨機(jī)掃描：電子束只掃描需要顯示的點(diǎn)，而不是整個(gè)屏幕刷新余輝時(shí)間：電子束打在熒光粉上發(fā)出的光的所持續(xù)時(shí)間為了得到穩(wěn)定的圖象，需要重復(fù)掃描整個(gè)屏幕（每秒50場）幀存儲(chǔ)器：為了重復(fù)掃描，需要存儲(chǔ)屏幕字符或者圖象信息字符顯示的一般原理

為有效地提供屏幕上要顯示的內(nèi)容，字符顯示器內(nèi)有一個(gè)顯示存儲(chǔ)器VRAM，用于保存將顯示在整個(gè)屏幕的全部字符，顯示存儲(chǔ)器中保存的是這些字符的ASCII碼和顯示屬性（即字符的顏色、亮度、是否顯示等）。VRAM是一個(gè)可讀寫的存儲(chǔ)器，被顯示的字符將由計(jì)算機(jī)主機(jī)以兩個(gè)字節(jié)（ASCII碼和顯示屬性）的方式提供并寫進(jìn)該存儲(chǔ)器中，由顯示器的控制邏輯按需要從中讀出準(zhǔn)備顯示的一個(gè)字符的ASCII碼的字節(jié)值和顯示屬性的字節(jié)值。

字符發(fā)生器，就是用于保存每個(gè)可顯示字符字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的邏輯部件，通常是一個(gè)只讀存儲(chǔ)器ROM，如果每個(gè)字符的字形用7（橫向）×9（縱向）的點(diǎn)陣表示，則每個(gè)字符字形的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)要占用9個(gè)存儲(chǔ)器字節(jié)（橫向的7個(gè)點(diǎn)的布局用一個(gè)字節(jié)表示）。

字形的產(chǎn)生過程00000001001001000101011011110111001110H28H44H82H82HFEH82H82H00H字符發(fā)生器(ROM)ASCII字符代碼84RA3-RA0(a)

“A”的點(diǎn)陣表示(b)字符發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(來自VRAM)(來自光柵地址計(jì)數(shù)器輸出)RA3

-RA0D7D0D7D0ASCII代碼(41H)指向這個(gè)字形移位寄存器SL字符發(fā)生器(ROM)加載控制水平消隱行間消隱垂直消隱水平同步電路垂直同步電路點(diǎn)振蕩器點(diǎn)計(jì)數(shù)器水平地址計(jì)數(shù)器光柵地址計(jì)數(shù)器垂直地址計(jì)數(shù)器定時(shí)控制電路垂直同步信號(hào)水平同步信號(hào)字符時(shí)鐘ＡＳＣＩＩ代碼ＣＰＵ控制OSCVRAM19180+1819+5125+1視頻信號(hào)RA3

-RA0字符顯示的一般原理CRT圖形圖像顯示器大的VRAM存儲(chǔ)點(diǎn)陣屬性分辨率：1024*768，真彩色，1024*768*3Byte=2.3MB高速總線50場/秒，帶寬為2.3*50MB/s=115MB/s需要連接PCI總線專用接口分辨率更高的圖形設(shè)備將采用專用接口液晶顯示器顯示原理利用液晶的光學(xué)特性平板后面設(shè)置光源通過液晶改變透射光的偏振性（從水平到垂直）電場控制特點(diǎn)平板顯示，不需要高壓電，移動(dòng)方便無輻射價(jià)格較高液晶顯示器等離子顯示器成像原理利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電的特性產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光在玻璃板之間隔開成象素，每個(gè)象素點(diǎn)內(nèi)有惰性氣體和三色熒光粉，用電極控制特點(diǎn)易于實(shí)現(xiàn)大畫面顯示全色顯示，色純度與CRT相當(dāng)視角達(dá)160度壽命長功耗大、成本高。打印機(jī)

計(jì)算機(jī)最基本的輸出形式之一，可將打印在紙上的信息長期保存。打印設(shè)備種類繁多，性能各異，結(jié)構(gòu)上差別也較大，按印字方式分類：擊打式：通過印字的機(jī)械裝置撞擊色帶以便把字形染印在紙上，速度慢，噪聲大，打印質(zhì)量一般。點(diǎn)陣針式、字模式非擊打式：通過靜電、噴墨等非機(jī)械撞擊方式完成在紙上著色，打印速度快，噪聲低，印字質(zhì)量高噴墨、激光、熱轉(zhuǎn)印打印設(shè)備與計(jì)算機(jī)主機(jī)的連接方式串行接口、并行接口、USB接口針式打印機(jī)打印原理用鋼針或鎢錸合金針撞擊色帶，將色帶的顏色印到打印紙上，完成一個(gè)點(diǎn)的輸出，完成全部點(diǎn)陣后輸出完畢基本組成打印頭、輸紙機(jī)構(gòu)、色帶機(jī)構(gòu)及打印控制器打印控制器包括字符緩沖存儲(chǔ)器、字型發(fā)生器、時(shí)序控制電路和接口電路等部分輸出過程字車將打印頭橫向移動(dòng)到打印起始位置取出輸出對(duì)象點(diǎn)陣的第一列，驅(qū)動(dòng)打印針撞擊色帶字車移動(dòng)一小格，輸出下一列，直到本行輸出完畢回車輸紙機(jī)構(gòu)進(jìn)紙輸出下一行針式打印機(jī)構(gòu)造打印紙導(dǎo)軌打印針永磁鐵

鐵芯銜鐵

線圈色帶色帶保護(hù)片滾筒針式打印機(jī)打印字符“E”的過程針式打印機(jī)和CRT字符顯示器

工作原理比較CRT字符顯示器使用電子束撞擊熒光粉產(chǎn)生發(fā)光點(diǎn)，針式打印機(jī)是用打印針撞擊色帶產(chǎn)生印染點(diǎn)；

CRT字符顯示器以整屏信息為單位連續(xù)掃描以維持穩(wěn)定的顯示畫面，故它需要有顯示存儲(chǔ)器VRAM，而針式打印機(jī)接收到要打印的一縱列點(diǎn)陣信息并完成打印之后，這些點(diǎn)陣信息就不再有用了；光柵掃描的CRT字符顯示器，電子束在整個(gè)屏幕上按逐個(gè)橫行的掃描方式重復(fù)，掃描完多個(gè)橫行才完整顯示出一行字符，針式打印機(jī)則是按逐列打印方式依此打印出字符的點(diǎn)陣列，幾次后打印出一個(gè)完整字符，打印完一行回車后開始打印下一行。

激光打印機(jī)打印原理

激光技術(shù)和電子照相技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它由走紙機(jī)構(gòu)、激光掃描系統(tǒng)、電子照相部分和打印機(jī)控制器等幾部分組成。

激光掃描系統(tǒng)的功能，是控制激光束能掃描到光導(dǎo)鼓柱面的任何位置，它由激光器，偏轉(zhuǎn)調(diào)制器，掃描器和光路系統(tǒng)組成。

電子照相部分的核心部件是字形鼓，又稱光導(dǎo)鼓，這是一個(gè)圓柱型的物體，柱面高度光潔，鍍有一層由硒—碲合金組成的具有良好光導(dǎo)特性（光線照射后電阻率降為原來的1/100到1/1000）的材料，用于完成對(duì)打印內(nèi)容的照相、顯影和轉(zhuǎn)印。激光打印機(jī)輸出過程準(zhǔn)備階段：電暈放電裝置使光導(dǎo)鼓表面充電，對(duì)光導(dǎo)鼓表面均勻的充上一層正電荷；照相階段：激光束使光導(dǎo)鼓表面被照射部分放電，未照射到部分的帶電情況不變；顯影階段：光導(dǎo)鼓表面帶電部分吸附墨粉，從而形成由墨粉顯示出來的字形；轉(zhuǎn)印階段：光導(dǎo)鼓表面墨粉轉(zhuǎn)移到打印紙上；定影階段：通過紅外光加熱或輻射加熱辦法，高溫將墨粉固定在打印紙上；清除階段：清掃器清除光導(dǎo)鼓表面剩余墨粉，消電燈消除光導(dǎo)鼓上殘存電荷。激光部分打印機(jī)控制部分光導(dǎo)鼓顯象部分…..定形部分

加熱輥預(yù)熱板輸紙用輥轉(zhuǎn)寫清掃輥帶電器印寫部分清掃部分轉(zhuǎn)寫部分接紙

部分紙激光噴墨打印機(jī)打印原理通過把很小的墨水滴利用噴嘴噴射到打印紙上形成打印點(diǎn)來完成打印輸出功能。主要問題集中到如何提供出很小的墨水滴，又如何加速墨水滴的噴射速度，如何準(zhǔn)確控制墨水滴落到打印紙上的位置，如何處理墨水的循環(huán)流動(dòng)和過濾。輸出過程壓電陶瓷受振蕩電脈沖激勵(lì)產(chǎn)生電致伸縮，噴射出墨滴充電電極給墨滴充電，電量多少?zèng)Q定了偏轉(zhuǎn)距離利用電場控制墨滴的垂直偏轉(zhuǎn)方向，噴墨頭移動(dòng)控制墨滴水平方向墨水槽噴墨頭過濾器收集槽高壓電源振蕩發(fā)生器字形發(fā)生器打印紙充電電極壓電陶瓷偏轉(zhuǎn)電極墨水泵回收器墨滴偏轉(zhuǎn)方向噴墨頭移動(dòng)方向組成與打印原理字符打印過程（充了電的墨滴偏轉(zhuǎn)射向打印紙，不帶電的墨滴射入回收器被回收）(以7*5點(diǎn)陣為例)3、計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)的功能與組成連通計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件和設(shè)備，并在它們之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。硬件部分主要由計(jì)算機(jī)總線和輸入輸出接口兩部分組成，軟件方面需要操作系統(tǒng)的支持。輸入輸出系統(tǒng)系統(tǒng)復(fù)雜多變眾多的CPU系列和型號(hào)：運(yùn)行速度、處理功能、接口邏輯等各不相同；更多的外圍設(shè)備：運(yùn)行原理、提供的功能、讀寫速度、接口邏輯千差萬別；不同的用戶、不同的應(yīng)用場合提出眾多不同的使用要求，無法使用一種方式、一套方法全面解決問題。4、輸入輸出接口基本功能

提供對(duì)主機(jī)識(shí)別（指定、找到）要用的I/O設(shè)備的支持，為每個(gè)設(shè)備規(guī)定幾個(gè)地址碼或者編號(hào)。建立主機(jī)和設(shè)備之間的控制與通信機(jī)制，接收處理器（主設(shè)備）的命令，并提交給外部設(shè)備，同時(shí)，為主設(shè)備提供外部設(shè)備的狀態(tài)。提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的數(shù)據(jù)緩沖機(jī)構(gòu)，如輸入數(shù)據(jù)緩沖寄存器和輸出數(shù)據(jù)緩沖寄存器等。提供主機(jī)和設(shè)備之間信息交換過程中的其他特別需求支持，屏蔽外部設(shè)備的差異。輸入輸出接口結(jié)構(gòu)

命令寄存器和命令譯碼器

設(shè)備選擇電路

設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記

數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBR

控制邏輯電路I/O接口外部設(shè)備數(shù)據(jù)線命令狀態(tài)數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線CPU地址線通用可編程接口通用性能有多種用法與輸入輸出功能，能適用于多種外設(shè)可編程能通過指令指定接口的功能和運(yùn)行控制參數(shù)接口內(nèi)部組成設(shè)備識(shí)別電路：對(duì)指令中給出的I/O端口地址譯碼命令寄存器：存CPU發(fā)送的控制命令狀態(tài)寄存器：設(shè)備設(shè)置其值，CPU讀取數(shù)據(jù)緩沖寄存器：I/O數(shù)據(jù)緩沖，解決速度匹配中斷電路：處理中斷請求、屏蔽和判優(yōu)等其他電路：電平轉(zhuǎn)換及串行/并行轉(zhuǎn)換電路等常用接口概述串行接口只需要一對(duì)信號(hào)線來傳輸數(shù)據(jù)，主要用于傳輸速度不高，傳輸距離較長的場合。典型芯片Intel8251(詳細(xì)介紹見教材)目前幾乎所有的計(jì)算機(jī)都采用EIARS-232C作為串行接口標(biāo)準(zhǔn)，包括按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定。RS-232C接口有25根線，數(shù)據(jù)傳輸率在50、75至19200bps之間對(duì)串行接口的使用是通過對(duì)其命令寄存器和狀態(tài)寄存器進(jìn)行設(shè)置工作的。工作時(shí)先對(duì)接口命令寄存器發(fā)命令，設(shè)置工作方式；然后再發(fā)命令使之開始工作；工作期間通過狀態(tài)寄存器了解串口工作狀態(tài)。并行接口串行接口按位傳送數(shù)據(jù)，速度慢，而且主機(jī)是按字或者字節(jié)處理數(shù)據(jù)，使用串行接口需要進(jìn)行并串的轉(zhuǎn)換。對(duì)速度較高的設(shè)備，采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式比較合適。典型芯片Intel82558251的基本功能可用于同步或異步傳送同步傳送時(shí)，每字可為５～８bits

可用內(nèi)或外同步，能自動(dòng)插入同步字符異步傳送時(shí)，每字可為５～８bits,接收和發(fā)送時(shí)鐘可為1,16或64倍的波特率可產(chǎn)生中止字符并自動(dòng)檢測和處理?？捎茫薄?.５或２位停止位。能檢測假啟動(dòng)完全雙工，雙緩沖的發(fā)送器和接受器具有檢測奇偶錯(cuò)，數(shù)據(jù)丟失錯(cuò)和幀錯(cuò)的能力全部入／出信號(hào)為TTL電平D7~D0（接外部數(shù)據(jù)總線）

狀態(tài)緩沖器接受數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送數(shù)據(jù)／命令緩沖器讀／寫控制邏輯調(diào)制／解調(diào)器控制發(fā)送器P-S發(fā)送控制接收控制接收器S-P緩沖器Ｉ／ＯＲxＤＴxＤ／TxCTxERxRDY/RxCRESETCLKC/D/RD/WR/CS/DTR/DSR/RTS/CTSTxRDY串行異步傳送中的有關(guān)概念串行：異步、同步：單工，半雙工，全雙工：停止位：數(shù)據(jù)位：起始位：奇偶校驗(yàn)：傳送的波特率：波特率因子：數(shù)據(jù)采樣：串口CPU終端(串口)…...數(shù)據(jù)位，如8位1位1、1.5、2位串行并行標(biāo)識(shí)態(tài)一次完整的數(shù)據(jù)傳送時(shí)間CPU串口串口CPUD7D6D5D4D3D2D1D0同步?Y(

D1D0=00

)N(

D1D00

0)

D6:外同步檢測1外同步SYNDET為輸入0內(nèi)同步SYNDET為輸出D7:同步字符1單同步字符0雙同步字符規(guī)定幀控制00無效011個(gè)停止位101.5個(gè)停止位112個(gè)停止位確定字符長度005bits016bits107bits118bitsTxC,RxC

波特率因子00同步方式01異步1倍10異步16倍11異步64倍對(duì)奇偶校驗(yàn)的規(guī)定X0不校驗(yàn)11偶校驗(yàn)01奇校驗(yàn)方式命令字的格式EHIRERSBBKRxEDTRTxENRTSD7D6D5D4D3D2D1D0工作命令字的格式發(fā)送器使能信號(hào)，1有效接收器使能信號(hào)，1有效數(shù)據(jù)終端就緒，使出為低/DTR使三個(gè)出錯(cuò)標(biāo)志位復(fù)位發(fā)包信號(hào)BREAK請求發(fā)送信號(hào)，使出為低/RTS發(fā)軟信號(hào)RESETD7D6D5D4D3D2D1D0DSRSYNDETFEOEPETxERxRDYTxRDY接口狀態(tài)寄存器的內(nèi)容格式發(fā)送器就緒信號(hào)，1有效并到串的發(fā)送器空，1有效接收器就緒信號(hào)，1有效奇偶錯(cuò)溢出錯(cuò)數(shù)據(jù)幀挫數(shù)據(jù)設(shè)備就緒，1有效TEC-20008機(jī)串行口初始化的程序MOV R0， 4EhOUT 81hOUT 83hMOV R0, 37hOUT 81hOUT 83h方式設(shè)置：010011101個(gè)停止位無奇偶校驗(yàn)字符為8bits16*波特率命令設(shè)置：00110111不用請求發(fā)送錯(cuò)誤標(biāo)志復(fù)位不用允許發(fā)送允許接收數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好

對(duì)OUT指令而言，

81h、83h為控制寄存器地址；對(duì)IN指令而言，

81h、83h為狀態(tài)寄存器地址；編程用串行口執(zhí)行輸入任務(wù)/輸出操作INCH:IN 81h SHR R0 SHR R0 JRNC, INCH IN 80h PUSH R1 MOV R1, 00FFh AND R0, R1 POP R1 RETOUTCH:PUSHR0OUT1:IN 91h SHRR0 JRNC,OUT1 POP R0 OUT90h RET對(duì)IN指令而言，80h是讀入數(shù)據(jù)

81h是讀入狀態(tài)對(duì)OUT指令而言,90h是輸出數(shù)據(jù)

91h是輸出命令雙串行口同時(shí)運(yùn)行的例子Loop:in81loop1:in91shrr0shrr0shrr0shrr0jrncloop1jrncloopin80in90out80out80out90jrloopret

完成兩臺(tái)教學(xué)計(jì)算機(jī)的第2個(gè)串行接口的初始化和輸入輸出操作，要把兩臺(tái)教學(xué)機(jī)通過第２個(gè)接口連接起來，都運(yùn)行這個(gè)程序，則每個(gè)鍵盤的輸入會(huì)同時(shí)顯示在兩個(gè)屏幕上，實(shí)現(xiàn)的是雙機(jī)的雙向通訊功能。每臺(tái)教學(xué)機(jī)都只能檢查與操作自己的串行口，管不了另外那臺(tái)教學(xué)機(jī)。檢查本機(jī)有鍵盤輸入否，無輸入則去檢查擴(kuò)展接口中有輸入否；本機(jī)有輸入則接收、顯示并經(jīng)擴(kuò)展接口送給另外那臺(tái)教學(xué)計(jì)算機(jī)。檢查擴(kuò)展接口中有輸入否(來自另一臺(tái)教學(xué)機(jī))，有則接收并顯示，沒有或有輸入并已經(jīng)顯示，都要轉(zhuǎn)去檢查本機(jī)的鍵盤是否有輸入。常用接口概述USB接口通用于串行總線（UniversalSerialBus）USB由一個(gè)插在PCI總線上的根集線器組成，它的電纜接口可以連接I/O設(shè)備或者擴(kuò)展集線器。USB中有4根導(dǎo)線，兩根數(shù)據(jù)線，一根電源，一根地線。V1.1總線帶寬12Mbps，V2.0總線帶寬400Mbps。USB接口的一些特點(diǎn)不必打開機(jī)箱來安裝新的輸入輸出設(shè)備只需要一根電纜線就可以將所有設(shè)備連接起來輸入/輸出設(shè)備可以從電纜上得到電源單臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以連接127個(gè)設(shè)備系統(tǒng)能支持實(shí)時(shí)設(shè)備（聲卡、電話）可在計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)安裝設(shè)備，不必重新啟動(dòng)常用接口概述IDE（IntegratedDriveElectronics）、EIDE接口廣泛應(yīng)用于PC機(jī)中，IDE最多連接2個(gè)IDE設(shè)備，EIDE最多連接4個(gè)IDE設(shè)備；IDE讀寫磁盤的數(shù)據(jù)傳輸率一般不超過1.5MB/s，EIDE可達(dá)12～18MB/s；IDE接口連接的磁盤設(shè)備容量不超過528M，EIDE無此限制EIDE接口通常接在PCI總線上，數(shù)據(jù)傳送帶寬由IDE的8位擴(kuò)展到32位。SCSI（SmallComputerSystemInterface）接口應(yīng)用于工作站和PC服務(wù)器中，成為主機(jī)和智能外設(shè)連接的統(tǒng)一I/O接口，可以控制磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)、光盤、打印機(jī)、掃描儀等外設(shè)；SCSI使用50芯或68芯電纜，插座體積較大；

SCSI的發(fā)展以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見下頁列表。SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)總線寬度最高數(shù)據(jù)傳輸率（MB/S）連接設(shè)備數(shù)量SCSI858FastSCSI8108WideSCSI16108FastWideSCSI162016UltraSCSI8208WideUltraSCSI164016Ultra2SCSI8408WideUltra2SCSI168016Ultra3SCSI1616016Ultra3201632016常用接口概述IEEE1394串行接口高速率，實(shí)時(shí)性好：1394-1995規(guī)定200Mbps~400Mbps，1394b規(guī)定800Mbps~3.2Gbps；體積小易安裝，連接方便。1394使用6芯電纜，直徑約6mm，插座也??；最多可以連接63個(gè)設(shè)備，即插即用，支持熱插拔。AGP接口把主存和顯存通過芯片組（北橋）直接連接，提高數(shù)據(jù)傳輸率；總線寬度為32位，時(shí)鐘頻率為66MHz，最高傳輸率為528MbpsPCMCIA接口廣泛應(yīng)用于筆記本電腦的接口，I、II、III三種類型插槽（厚度不同，長寬相同）。通常用來插上存儲(chǔ)器（FlashMemory）卡或Fax/Modem/Network卡等。5、計(jì)算機(jī)總線概述

總線是計(jì)算機(jī)各個(gè)部件之間傳輸信息的公共通路，包括傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的邏輯電路、管理信息傳輸協(xié)議的邏輯線路和物理連線。一組導(dǎo)線接口的物理/機(jī)械特性電氣信號(hào)規(guī)范時(shí)序和信號(hào)規(guī)范總線事務(wù)協(xié)議計(jì)算機(jī)總線概述

在任何時(shí)刻，只可以有一個(gè)部件向總線上發(fā)送信息，但卻可以有一個(gè)或多個(gè)部件同時(shí)接收信息?？刂葡蚩偩€發(fā)送信息通常用帶有高阻態(tài)輸出的選通門實(shí)現(xiàn)?？偩€高低高ABC計(jì)算機(jī)總線概述承擔(dān)不同功能的三種總線數(shù)據(jù)總線：傳輸數(shù)據(jù)信息，頻率與寬度正比于吞吐量地址總線：傳輸?shù)刂沸畔?，寬度決定了內(nèi)存尋址空間控制總線：給出總線周期類型、I/O操作完成時(shí)刻、DMA周期、中斷等有關(guān)的控制信號(hào)等存儲(chǔ)器I/O接口輸入設(shè)備I/O接口數(shù)據(jù)總線DB控制總線CB地址總線AB輸出設(shè)備

CPU總線周期以及相關(guān)概念

總線周期：通過總線完成一次內(nèi)存讀寫操作或者完成一次I/O設(shè)備讀寫操作所需的時(shí)間，一般由地址時(shí)間和數(shù)據(jù)時(shí)間兩個(gè)時(shí)間段組成：地址時(shí)間：CPU向內(nèi)存或IO設(shè)備送地址信息到地址總線數(shù)據(jù)時(shí)間：CPU完成數(shù)據(jù)讀寫周期類型：一般分為內(nèi)存讀周期、內(nèi)存寫周期、I/O讀周期、I/O寫周期四種類型總線的等待狀態(tài)：由于被讀寫的部件或設(shè)備速度慢，一次數(shù)據(jù)時(shí)間內(nèi)不能完成讀寫操作，就要增加一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)間繼續(xù)完成讀寫操作，在這增加的數(shù)據(jù)時(shí)間里，稱總線處于等待狀態(tài)。它影響系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低系統(tǒng)的性能。信息傳送尋址數(shù)據(jù)線地址線總線占用期間地址數(shù)據(jù)單周期數(shù)據(jù)傳輸方式尋址數(shù)據(jù)n地址數(shù)據(jù)3數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)線地址線...信息傳送總線占用期間無效

猝發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式總線周期以及相關(guān)概念正常總線周期：每次數(shù)據(jù)傳輸都由一次地址時(shí)間和一次數(shù)據(jù)時(shí)間組成。（單周期數(shù)據(jù)傳輸方式）Burst總線周期：數(shù)據(jù)傳輸由一次地址時(shí)間和多次數(shù)據(jù)時(shí)間組成，即給出一次地址信息，連續(xù)傳送多個(gè)數(shù)據(jù)。（猝發(fā)數(shù)據(jù)傳輸方式）輸入設(shè)備計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)：早期的計(jì)算機(jī)，如美國DEC公司PDP-11機(jī)只使用一組總線，所有的部件和設(shè)備都接在這唯一的總線上，包括數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，缺點(diǎn)是運(yùn)行效率低。CPU主存輸出設(shè)備總線計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)總線性能（數(shù)據(jù)輸入/輸出的吞吐量）對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體性能有重大的影響，提高總線性能，一是盡量提高總線本身的速度，二是從總線結(jié)構(gòu)多提供幾組總線。雙總線結(jié)構(gòu)是指是指在計(jì)算機(jī)中配置兩組總線，即在處理機(jī)總線上通過一塊擴(kuò)展總線的控制線路，提供出另外一組總線，稱為輸入/輸出總線，比較常用的有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（ISA）和擴(kuò)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線（EISA），主要用于連接一般的輸入/輸出設(shè)備。計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)CPU主存擴(kuò)展總線控制線路I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2處理機(jī)總線33MHz4B~8BISA/EISA8.33MHz

1,2,4B

雙總線結(jié)構(gòu)

...計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)總線性能（數(shù)據(jù)輸入/輸出的吞吐量）對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總體性能有重大的影響，提高總線性能，一是盡量提高總線本身的速度，二是從總線結(jié)構(gòu)多提供幾組總線。三總線結(jié)構(gòu)是指在計(jì)算機(jī)中配置3組總線，即在處理機(jī)總線上通過一塊被稱為PCI橋的控制線路，提供出一組高性能的局部總線，稱為PCI總線，而把原來的ISA總線和EISA總線從處理機(jī)總線上斷開，并通過IO控制線路連接到這里的PCI總線上。把一些慢速的輸入/輸出設(shè)備接到EISA（ISA）總線上。計(jì)算機(jī)總線的結(jié)構(gòu)CPU主存PCI橋I/O設(shè)備1I/O設(shè)備2處理機(jī)總線66MHz4B~8BISA/EISA8.33MHz

1,2,4B

三總線結(jié)構(gòu)

...PCIBUS

33MHz4B擴(kuò)展總線控制線路I/O設(shè)備3I/O設(shè)備4接快速設(shè)備接慢速設(shè)備幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)總線ISA（IndustrialStandardArchitecture）總線：工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線，8位（后來16位）數(shù)據(jù)線，20位（后來24位）地址線，工作頻率8.33MHz。EISA（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）總線：擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線，16或32位數(shù)據(jù)線，32位地址線，工作頻率8.33MHz，支持Burst方式傳輸數(shù)據(jù)。VESA（VideoElectronicsStandardAssociation）總線：32位局部總線，連接顯卡、網(wǎng)卡等，最高工作頻率33MHz。沒有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，各廠家產(chǎn)品兼容性差，針對(duì)80486。PCI（PeripheralComponentInterface）總線：外圍部件互連總線（局部總線），V1.0支持33MHz工作頻率，32位地址和數(shù)據(jù)線互用；V2.1支持66MHz工作主頻，64位地址和數(shù)據(jù)線互用。ISA插槽PCI插槽AGP插槽北橋芯片組南橋芯片組內(nèi)存插槽CPU插槽IDE接口軟驅(qū)接口并口連接器串口連接器ROMBIOS鼠標(biāo)鍵盤USB接口主板電源插座現(xiàn)代PC機(jī)的結(jié)構(gòu)550MHzIDE2PentiumIII北橋440BXAGP南橋PIIX4ECMOS&RTCUSB超級(jí)I/OIDE1COM1COM2LPT1550MHzL1CacheL2Cache處理機(jī)總線100MHz100MHzPCI總線33MHzPCI插槽ISA插槽ISA總線8MHz內(nèi)存條ROMBIOS顯示器硬盤光驅(qū)軟驅(qū)鍵盤鼠標(biāo)打印機(jī)MODEM66MHz顯卡總線仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制總線主設(shè)備與從設(shè)備總線主設(shè)備（busmaster）：申請總線使用權(quán)并發(fā)出命令控制總線運(yùn)行的設(shè)備，如CPU等?？偩€從設(shè)備（busslave）：只能響應(yīng)主設(shè)備發(fā)出的命令并執(zhí)行讀寫操作的設(shè)備，如內(nèi)存等?？偩€控制器（總線仲裁器）執(zhí)行總線仲裁功能，解決多個(gè)總線主設(shè)備競爭使用總線的管理問題，它是通過判別主設(shè)備使用總線的優(yōu)先級(jí)（buspriority）來完成的，決定多個(gè)申請使用總線的主設(shè)備中哪個(gè)獲取總線的使用權(quán)，保證任何時(shí)刻只有一個(gè)總線主設(shè)備使用總線傳輸數(shù)據(jù)?？偩€仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制總線仲裁方式集中式控制：總線控制邏輯集中在一個(gè)部件上，常用的三種集中式總線仲裁方式串行鏈?zhǔn)讲樵兎绞接?jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式獨(dú)立請求方式分布式控制：總線控制邏輯分散在多個(gè)總線部件上各主模塊有自己的仲裁號(hào)和仲裁邏輯以優(yōu)先級(jí)仲裁策略為基礎(chǔ)。串行鏈?zhǔn)讲樵兎绞娇偩€控制部件I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n…BG數(shù)據(jù)線地址線BS

-總線忙BR-總線請求BG-總線同意I/O接口1BS

-總線忙BR-總線請求總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0…BSBRI/O接口1I/O接口n設(shè)備地址計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式I/O接口1

計(jì)數(shù)器設(shè)備地址0

1排隊(duì)器排隊(duì)器獨(dú)立請求方式總線控制部件數(shù)據(jù)線地址線I/O接口0I/O接口1I/O接口n…BR0BG0BR1BG1BRnBGnBG-總線同意BR-總線請求總線仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制分布式仲裁：首先把自己的仲裁號(hào)發(fā)送到仲裁總線上，仲裁邏輯將仲裁總線上的仲裁號(hào)與自己的仲裁號(hào)比較，若自己的優(yōu)先級(jí)低，則請求失敗，撤除自己的仲裁號(hào)，仲裁總線上最終保留優(yōu)先級(jí)最高的仲裁號(hào)。總線仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制

數(shù)據(jù)傳輸控制方式：解決的是通信雙方交換數(shù)據(jù)過程中在時(shí)間上的配合關(guān)系，也就是同步問題?？梢苑譃橥酵ㄐ排c異步通信。同步通信是指在總線上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通信雙方使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行同步，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)通?？梢杂蒀PU的總線控制邏輯部件提供，稱為總線時(shí)鐘。此種方式邏輯簡單，可以有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率。異步通信是指在總線上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，允許通信雙方各自使用自己的時(shí)鐘信號(hào)，采用“應(yīng)答方式”（握手方式）解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的時(shí)間配合關(guān)系。此種方式便于實(shí)現(xiàn)不同速度部件之間的數(shù)據(jù)傳送?？偩€仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制同步通信步驟：（1）主設(shè)備在第1個(gè)時(shí)鐘周期開始處發(fā)出地址和讀信號(hào)，地址和控制信號(hào)有效，（2）從設(shè)備接收后在下一個(gè)時(shí)鐘周期開始處把數(shù)據(jù)信號(hào)及應(yīng)答信號(hào)放到總線上，（3）在下一個(gè)時(shí)鐘周期到來時(shí)，各信號(hào)恢復(fù)，完成總線周期。時(shí)鐘讀地址應(yīng)答數(shù)據(jù)同步傳送時(shí)序圖總線仲裁與數(shù)據(jù)傳輸控制異步通信步驟：（1）主設(shè)備先發(fā)出地址和讀信號(hào)，待穩(wěn)定后再發(fā)出主同步信號(hào)MSYN，表示地址和控制信號(hào)有效，（2）從設(shè)備檢測到同步信號(hào)后發(fā)出數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再發(fā)出從同步信號(hào)SSYN，表示數(shù)據(jù)信號(hào)有效，（3）主設(shè)備接收數(shù)據(jù)。讀地址MSYN數(shù)據(jù)SSYN異步傳送時(shí)序圖6、常用的輸入輸出方式基本概念在計(jì)算機(jī)主機(jī)和I/O設(shè)備之間采用不同的控制方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；各種方式的性能、價(jià)格、解決問題的重點(diǎn)不同。常用的控制方式程序直接控制方式程序中斷傳送方式直接存儲(chǔ)器存取方式I/O通道控制方式外圍處理機(jī)方式程序直接控制方式基本概念用戶程序直接使用I/O指令完成輸入輸出操作，由CPU查詢設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)傳送過程控制過程開始傳送數(shù)據(jù)前CPU檢測設(shè)備是否準(zhǔn)備好（通過讀取接口中的狀態(tài)寄存器內(nèi)容實(shí)現(xiàn)），若設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好則啟動(dòng)這次傳送；若沒有準(zhǔn)備好，則重復(fù)檢測設(shè)備存在問題缺點(diǎn)是嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能，CPU與外設(shè)只能串行工作，CPU資源浪費(fèi)，降低系統(tǒng)效率如果設(shè)備出現(xiàn)故障，CPU無法獲取正確的設(shè)備狀態(tài)信息，則計(jì)算機(jī)將可能進(jìn)入“死機(jī)”局面程序直接控制方式CPU

處

理

過

程程序直接控制方式A20002000: MVRDR2,000A MVRDR0,00302004: OUT80 DECR2 JRZ200E PUSHR02008: IN81 SHRR0 JRNC2008 POPR0 INCR0 JR2004200E: RETCPU方：往接口送出要輸出的字符查詢接口狀態(tài)（循環(huán)等待）直到外設(shè)已經(jīng)輸出該字符輸出下一個(gè)字符外設(shè)方：接收接口中的字符往外設(shè)中輸出字符處理完后，置狀態(tài)寄存器接收下一個(gè)字符通過串行接口輸出‘0’~‘9’十個(gè)數(shù)字符的程序程序中斷傳送方式基本概念通常在程序中安排一條指令，啟動(dòng)外設(shè)，然后CPU繼續(xù)執(zhí)行程序。當(dāng)外設(shè)完成信號(hào)，在結(jié)束一條指令執(zhí)行過程、下一條指令尚未開始的時(shí)刻，停下正在運(yùn)行的程序，保存好運(yùn)行的現(xiàn)場信息，轉(zhuǎn)去完成數(shù)據(jù)傳送工作，通常傳送一個(gè)字節(jié)或字，傳送完畢之后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。工作特點(diǎn)系統(tǒng)在啟動(dòng)外設(shè)后到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成這段時(shí)間內(nèi)CPU一直在執(zhí)行程序，而不是處于等待狀態(tài)，一定程度上實(shí)現(xiàn)了CPU與外設(shè)的并行工作。多臺(tái)外設(shè)啟動(dòng)后可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)備工作，若多臺(tái)外設(shè)同時(shí)發(fā)出中斷請求信號(hào)，CPU可以按照一定的優(yōu)先順序進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)了外設(shè)的并行工作。直接存儲(chǔ)器存取方式

主要應(yīng)用于快速外圍設(shè)備和主存儲(chǔ)器進(jìn)行快速成批交換數(shù)據(jù)的場合。數(shù)據(jù)的傳輸過程可以交由一塊專用的DMA接口卡來控制，讓DMA卡代替CPU控制在快速設(shè)備與主存儲(chǔ)器之間直接傳輸數(shù)據(jù)，每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)只需一個(gè)總線周期即可。從共同使用總線的角度看，DMA和CPU成為競爭對(duì)手關(guān)系。當(dāng)完成一批數(shù)據(jù)傳輸之后，快速設(shè)備還是要向CPU發(fā)一次中斷請求，報(bào)告本次傳輸結(jié)束的同時(shí)，“請示”下一步的操作要求。

I/O通道控制方式基本概念I(lǐng)/O通道是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中代替CPU管理控制外設(shè)的獨(dú)立部件，是一種能執(zhí)行有限I/O指令集合——通道命令的I/O處理機(jī)。一對(duì)多的連接關(guān)系，適應(yīng)不同速度、不同種類的外部設(shè)備，可并行工作。通道功能根據(jù)CPU要求選擇某一指定外設(shè)與系統(tǒng)相連，向該外設(shè)發(fā)出操作命令，進(jìn)行初始化指出外設(shè)讀/寫信息的位置以及與外設(shè)交換信息的主存緩沖區(qū)地址控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)交換指定數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時(shí)的操作內(nèi)容，檢查外設(shè)狀態(tài)外圍處理機(jī)方式主要用途主要應(yīng)用于大型高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，使用微小型通用計(jì)算機(jī)協(xié)助主處理機(jī)完成輸入輸出操作。主要功能不但可以完成前面講的I/O通道的I/O控制功能，還可以完成更加復(fù)雜多樣的附加操作功能；例如：碼制轉(zhuǎn)換、格式處理、數(shù)據(jù)塊的檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理，承擔(dān)I/O系統(tǒng)與設(shè)備的診斷維護(hù)、人機(jī)交互處理等處理功能。程序中斷輸入輸出方式中斷的概念是由I/O設(shè)備或其他非預(yù)期的急需處理的事件引起的，它使CPU暫時(shí)中斷現(xiàn)在正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)至另一服務(wù)程序去處理這些事件，處理完成后再返回原程序中斷的作用CPU與I/O設(shè)備并行工作硬件故障報(bào)警與處理實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互聯(lián)系實(shí)現(xiàn)多道程序分時(shí)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)過程控制實(shí)時(shí)處理中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序入口1入口212…KK+1QQ+1……中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序2中斷的概念I(lǐng)O中斷產(chǎn)生：以打印機(jī)為例發(fā)中斷請求

空閑接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)中斷請求打印打印打印機(jī)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序響應(yīng)中斷中斷返回響應(yīng)中斷中斷返回

啟動(dòng)打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)CPUCPU與打印機(jī)并行工作程序中斷輸入輸出方式中斷源能引起中斷的事件或能發(fā)出中斷請求的設(shè)備中斷源分類硬件中斷：由各種輸入/輸出設(shè)備、一些接口卡等引起的中斷被稱為外（部）中斷，而由處理機(jī)硬件故障、程序運(yùn)行出錯(cuò)等引起的中斷被稱為內(nèi)（部）中斷，例如非法指令、算術(shù)運(yùn)算溢出、校驗(yàn)錯(cuò)、電源故障等都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)中斷。軟件中斷：由寫在程序中的語句（例如用戶程序中的系統(tǒng)調(diào)用指令，trap指令等）引起的一段程序的執(zhí)行過程，它很類似于一次中斷處理過程。軟件中斷是嚴(yán)格的與程序運(yùn)行過程同步的，而硬件中斷則是隨機(jī)發(fā)生的。程序中斷輸入輸出方式中斷觸發(fā)器當(dāng)中斷源發(fā)生引起中斷的事件時(shí)，先將它保存在設(shè)備控制器的“中斷觸發(fā)器”中，即將“中斷觸發(fā)器”置“1”，向CPU發(fā)出“中斷請求”信號(hào)。每個(gè)中斷源有一個(gè)中斷觸發(fā)器，全機(jī)的多個(gè)中斷觸發(fā)器構(gòu)成中斷寄存器。中斷屏蔽觸發(fā)器當(dāng)產(chǎn)生中斷請求后，用程序方式有選擇的封鎖部分中斷，而允許其他部分中斷仍得到響應(yīng)，稱為中斷屏蔽。實(shí)現(xiàn)方法是為每個(gè)中斷源設(shè)置一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器來屏蔽設(shè)備的中斷請求。程序中斷輸入輸出方式可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷可以被CPU通過指令限制其發(fā)出中斷請求的中斷屬于可屏蔽中斷，例如對(duì)某些外圍設(shè)備就可以在一段時(shí)間里執(zhí)行中斷屏蔽；一些中斷是不允許執(zhí)行屏蔽中斷的,例如電源掉電中斷，稱這類中斷為不可屏蔽中斷。禁止中斷如果由于某種原因，在很短一小段時(shí)間內(nèi)，不允許CPU接收任何一個(gè)中斷請求（禁止中斷），通常是在CPU內(nèi)部設(shè)置一個(gè)“中斷允許”觸發(fā)器，只有該觸發(fā)器被置為“１”狀態(tài),才允許CPU響應(yīng)中斷請求，該觸發(fā)器被置為“0”狀態(tài)，則禁止CPU響應(yīng)中斷請求；指令系統(tǒng)中，要給出“開中斷”指令（置“１”中斷允許觸發(fā)器）和“關(guān)中斷”指令（清“０”中斷允許觸發(fā)器）。程序中斷輸入輸出方式中斷優(yōu)先級(jí)為管理眾多的中斷請求，需要按每個(gè)（類）中斷處理的急迫程度，對(duì)中斷進(jìn)行分級(jí)管理。在有多個(gè)中斷請求時(shí)，首先響應(yīng)與處理優(yōu)先級(jí)最高的一個(gè)中斷請求。中斷嵌套是指在處理中斷的過程中又可以響應(yīng)更高優(yōu)先級(jí)中斷的辦法。如果CPU正在處理優(yōu)先級(jí)低的一個(gè)中斷，又來了優(yōu)先級(jí)更高的一個(gè)中斷請求，則停止低優(yōu)先級(jí)的中斷處理過程，以便及時(shí)響應(yīng)更高優(yōu)先級(jí)的中斷請求，在該高優(yōu)先級(jí)中斷處理完成之后，接下來再繼續(xù)處理低優(yōu)先級(jí)的中斷，在該低優(yōu)先級(jí)中斷處理完成之后，返回去接著執(zhí)行主程序。程序中斷輸入輸出方式中斷請求中斷源給CPU發(fā)控制信號(hào)，通過中斷源的中斷觸發(fā)器完成（但受中斷屏蔽觸發(fā)器的制約）中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)的基本條件：允許中斷、CPU結(jié)束一條指令執(zhí)行、中斷優(yōu)先級(jí)比當(dāng)前處理任務(wù)高中斷處理程序中斷輸入輸出方式判別中斷源的方法多個(gè)中斷源發(fā)出中斷請求時(shí)，首先需要找出其中中斷優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)中斷源；采用軟件方案時(shí)，是用程序檢查中斷字的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)全部的中斷觸發(fā)器構(gòu)成中斷寄存器，其內(nèi)容稱為中斷字。當(dāng)中斷源數(shù)量很多時(shí)，中斷字也就很長；為了管理方便，通常把所有中斷按不同類別、性質(zhì)取分為若干個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)中安排多個(gè)中斷源，在確定中斷優(yōu)先次序時(shí)，先查最高中斷優(yōu)先級(jí)，再到這一中斷優(yōu)先級(jí)中找出中斷優(yōu)先次序最高的中斷源。采用硬件方案時(shí)，一般選用串行鏈?zhǔn)脚抨?duì)法，需要有比較、判斷中斷的優(yōu)先級(jí)的邏輯線路程序中斷輸入輸出方式定位中斷服務(wù)程序入口地址一是在中斷總控程序中用專用的指令接收中斷設(shè)備編碼，再用該設(shè)備編碼到指定的內(nèi)存區(qū)中找到中斷服務(wù)程序的入口地址。另外一種是中斷向量法，由每個(gè)中斷源直接提供中斷向量，用這一中中斷向量為地址到中斷向量表中取出中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷向量表是由每個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址組成的一張列表，通常被存放在內(nèi)存中的指定的一片區(qū)域中。主程序：A2150A2000PUSHR02個(gè)寄存器的入棧出棧操*

EI(6E00)PUSHR13作是為了避免不同優(yōu)先級(jí)

MVRDR0,4DMVRDR13,0FFF中斷嵌套過程中彼此干擾

OUT80DECR13CALA2150JRNZ2154JR2001POPR13RETPOPR0RETA2120（2130，2140）3個(gè)中斷服務(wù)程序入口各不相同，并使用不同的寄A2104*EI(6E00)存器檢查輸出的字符個(gè)數(shù)

JR2120PUSHR0A2108MVRDR7，50（R8，R9）

JR2130MVRDR0,31(32,33)A210COUT80前面帶*號(hào)的語句屬于

JR2140CALA2150擴(kuò)展指令，只能用E命

DECR7

（R8，R9）令輸入指令碼