第15章输入输出接口设计(略)
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第15章计算机组装与维护上机实训
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实训2 BIOS 设置
【实训内容及步骤】 1. 进入BIOS系统，为BIOS设置平安口令。保存退出
BIOS，然后重启计算机。 2. 通过BIOS设置，输入口令，进入BIOS，然后为开机设
置口令，保存退出。重启后开机就需要提供口令。 3. 假设开机口令忘记了，读者翻开主机箱，拔下CMOS电
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实训6 计算机网络平安与病毒保护
【实训内容及步骤】 1. 首先安装一款反病毒软件，比方瑞星或江民。再安装一
款个人计算机网络防火墙，比方瑞星的个人防火墙。 2. 更新反病毒软件的病毒库，在线升级或离线更新都可以。 3. 用反病毒软件检查计算机是否含有病毒、木马。如果有，
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实训3 安装操作系统
【实训内容及步骤】 1. 进入BIOS环境，设置系统的引导顺序为先CD/DVD-
ROM后硬盘。保存设置后退出。 2. 在CD/DVD-ROM中放入Window XP SP2的安装光
盘，重启计算机后系统将从CD/DVD-ROM启动。 3. 按照前面所学的知识，在安装过程中先给磁盘分区，方
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实训1 计算机的拆卸与组装
6. 常用插卡件的认识。主要包括对显卡、网卡、声卡、多 功能卡、视频卡、内置调置解调器等卡件的认识。
7. 常用外部设备的认识。主要包括对显示器、键盘、鼠标、 打印机、扫描仪、数码相机、外置调制解调器、音箱等外设 的作用、分类、型号、主要接口标准及其与主机的连接方法 等方面的认识。
4. 一般随机赠送驱动程序都是比较旧的，在Internet上查 找适合本机各类设备的最新驱动程序，然后下载并安装。
5. 了解本机的硬件配置情况，规划出一个硬件升级的方案。 注意硬件设备之间的兼容性，主板所能提供的接口，电源功 率，电压等是否支持所列出的硬件设备。
实训2 BIOS 设置
【实训内容及步骤】 1. 进入BIOS系统，为BIOS设置平安口令。保存退出
BIOS，然后重启计算机。 2. 通过BIOS设置，输入口令，进入BIOS，然后为开机设
置口令，保存退出。重启后开机就需要提供口令。 3. 假设开机口令忘记了，读者翻开主机箱，拔下CMOS电
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实训6 计算机网络平安与病毒保护
【实训内容及步骤】 1. 首先安装一款反病毒软件，比方瑞星或江民。再安装一
款个人计算机网络防火墙，比方瑞星的个人防火墙。 2. 更新反病毒软件的病毒库，在线升级或离线更新都可以。 3. 用反病毒软件检查计算机是否含有病毒、木马。如果有，
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实训3 安装操作系统
【实训内容及步骤】 1. 进入BIOS环境，设置系统的引导顺序为先CD/DVD-
ROM后硬盘。保存设置后退出。 2. 在CD/DVD-ROM中放入Window XP SP2的安装光
盘，重启计算机后系统将从CD/DVD-ROM启动。 3. 按照前面所学的知识，在安装过程中先给磁盘分区，方
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实训1 计算机的拆卸与组装
6. 常用插卡件的认识。主要包括对显卡、网卡、声卡、多 功能卡、视频卡、内置调置解调器等卡件的认识。
7. 常用外部设备的认识。主要包括对显示器、键盘、鼠标、 打印机、扫描仪、数码相机、外置调制解调器、音箱等外设 的作用、分类、型号、主要接口标准及其与主机的连接方法 等方面的认识。
4. 一般随机赠送驱动程序都是比较旧的，在Internet上查 找适合本机各类设备的最新驱动程序，然后下载并安装。
5. 了解本机的硬件配置情况，规划出一个硬件升级的方案。 注意硬件设备之间的兼容性，主板所能提供的接口，电源功 率，电压等是否支持所列出的硬件设备。
第15章 STC单片机SPI原理及实现(1)
当复位后，该寄存器的值为“x000000”。
中断允许寄存器IE2各位的含义
比特 B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
名字
--
ET4
ET3 ES4 ES3 ET2 ESPI ES2
ESPI
SPI中断允许位。当该位为1时，允许SPI中断；当该位为0时，禁止SPI 中断。
SPI模块寄存器组
--控制SPI引脚位置寄存器
SPI控制寄存器SPCTL各位的含义
比特 B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
名字 SSIG SPEN DORD MSTR CPOL CPHA SPR1 SPR0
SSIG
SS引脚忽略控制位。当该位为1时，MSTR位确定单片机是主设备还 是从设备；当该位为0时，SS引脚用于确定单片机是主设备还是从设 备。SS引脚可作为普通I/O。
DPS
SPI模块寄存器组
--控制SPI引脚位置寄存器
SPI_S1和SPI_S0确定SPI接口在单片机上引脚的位置
SPI_S1和SPI_S0各位的含义
SPI_S1 SPI_S0
功能
0
0
选择SPI接口分别对应于单片机P1.2/SS、P1.3/MOSI、 P1.4/MISO、P1.5/SCLK引脚
0
1
比特 B7
B6
B5
B4
B3
B2
B1
B0
名字
8位数据
SPI模块寄存器组
--中断优先级寄存器2
中断优先级寄存器2
该寄存器位于STC单片机特殊功能寄存器地址为0xB5的位置。
当复位后，该寄存器的值为“xxx00000”。
微机原理与接口技术周荷琴课后习题答案
微机原理与接口技术习题参考答案第一章（p20）1、参考答案：冯•诺伊曼计算机的设计思想（EDVAC方案：存储程序通用电子计算机方案）：①计算机分为计算器、控制器、存储器、输入和输出装置五个部分；②计算机内采用二进制；③将程序存储在计算机内，简称“程序存储”。
其中第三点是冯•诺依曼计算机设计的精华，所以人们又把冯•诺依曼原理叫做程序存储原理，即程序由指令组成并和数据一起存放在存储器中，机器则按程序指定的逻辑顺序把指令从存储器中读出来并逐条执行，从而自动完成程序描述的处理工作。
冯•诺伊曼计算机主要以运算器和控制器为中心，结构框图如下图所示。
2、参考答案：微处理器就是中央处理器CPU，是计算机的核心，单独的CPU不能构成计算机系统；微型计算机由微处理器、主存储器、I/O接口（注意：不是I/O设备）组成；而微型计算机系统除了包括微型计算机外，还有系统软件（即操作系统）、应用软件、外存储器和I/O设备等。
微型计算机系统结构如下图所示。
3、答案略，见p6～74、答案略，见图2，或教材图1-35、答案略，见p12~136、参考答案：由于8086微处理器的地址总线的宽度为20位，所以它可寻址220＝1M字节的存储空间；而PentiumII微处理器的地址总线的宽度为36位，所以它可寻址236=64G字节的存储空间。
7、参考答案：①PCI(Peripheral Component Interconnect:外围设备互联)，是Intel公司1992年发布486微处理器时推出的32/64位标准总线，数据传输速率位132MB/s，适用于Pentium微型计算机。
PCI总线是同步且独立于微处理器的具有即插即用(PNP:Plug and play，所谓即插即用，是指当板卡插入系统时，系统会自动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动寻找相应的驱动程序）的特性.PCI总线允许任何微处理器通过桥接口连接到PCI 总线上。
第15讲IO接口电路基本概念
端口A：包含一个8位数据输出锁存 器/缓冲器和一个8位数据输入锁存器，输 入输出数据均受到锁存。
端口B和C: 都包含一个8位数据输入缓 冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 输出数据能锁存，输入数据不锁存。
端口C:可分成两个4位端口，分别定义 为输入或输出端口，还可定义为控制、状 态端口，配合端口A和端口B工作。
NEXTIN：IN TEST JZ
IN
AL，STATUS-PORT；从状态口输入状态信息
AL，01H
；测试标志位是否为1
NEXTIN
；未就绪，继续查询
AL，DATA-PORT ；从数据端口输入数据
查询输出
查询式输出的端口信息
NEXTOUT：
IN AL, STATUS_PORT TEST AL, 80H JNZ NEXTOUT MOV AL, BUF
DMA与程序控制数据传送路径的比较
外设
CPU
总
存储器
线
程序控制的数据输入/输出
DMA
DMA与程序控制数据传送路径比较
I/O概述
微机系统的信息交换有并行通信 和串行通信两种方式。
并行通信是以微机的字长为传输单位； 适合于外部设备与微机之间进行近距离、 大量和快速的信息交换。
实现并行通信的接口称之为并 行接口。
方式设置标志
1=有效
图 8255A工作方式控制字格式
(2) 端口C的置位/复位控制字
控制字的格式如图所示。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
不使用 设置为000
位的置位/复位 1=置位，0=复位
位 选择 D3 D2 D1 通道C位
0 0 0 PC0 0 0 1 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7
端口B和C: 都包含一个8位数据输入缓 冲器和一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 输出数据能锁存，输入数据不锁存。
端口C:可分成两个4位端口，分别定义 为输入或输出端口，还可定义为控制、状 态端口，配合端口A和端口B工作。
NEXTIN：IN TEST JZ
IN
AL，STATUS-PORT；从状态口输入状态信息
AL，01H
；测试标志位是否为1
NEXTIN
；未就绪，继续查询
AL，DATA-PORT ；从数据端口输入数据
查询输出
查询式输出的端口信息
NEXTOUT：
IN AL, STATUS_PORT TEST AL, 80H JNZ NEXTOUT MOV AL, BUF
DMA与程序控制数据传送路径的比较
外设
CPU
总
存储器
线
程序控制的数据输入/输出
DMA
DMA与程序控制数据传送路径比较
I/O概述
微机系统的信息交换有并行通信 和串行通信两种方式。
并行通信是以微机的字长为传输单位； 适合于外部设备与微机之间进行近距离、 大量和快速的信息交换。
实现并行通信的接口称之为并 行接口。
方式设置标志
1=有效
图 8255A工作方式控制字格式
(2) 端口C的置位/复位控制字
控制字的格式如图所示。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
不使用 设置为000
位的置位/复位 1=置位，0=复位
位 选择 D3 D2 D1 通道C位
0 0 0 PC0 0 0 1 PC1 0 1 0 PC2 0 1 1 PC3 1 0 0 PC4 1 0 1 PC5 1 1 0 PC6 1 1 1 PC7
2022年职业考证-软考-系统集成项目管理工程师考试全真模拟易错、难点剖析B卷(带答案)第48期
2022年职业考证-软考-系统集成项目管理工程师考试全真模拟易错、难点剖析B卷（带答案）一.综合题(共15题)1.单选题以历史坐标轴观察，企业信息化是（）。
问题1选项A.生产关系的改变B.劳动工具的技术进步C.劳动者的替代D.对传统生产工艺的拼弃【答案】B【解析】从历史唯物主义的视角观察，企业信息化是劳动工具的技术进步。
2.单选题企业向消费者提供网上购物环境，消费者通过网络访问相关网络进行咨询、购买活动，这种模式称为（）。
问题1选项A.B2BB.C2CC.O2OD.B2C 【答案】D【解析】本题考查Internet 技术及应用，出自《系统集成项目管理工程师教程（第2版）》第3章信息系统集成专业技术知识 3.7.2 Internet 技术及应用。
B2B（Business To Business），是指一个市场的领域的一种，是企业对企业之间的营销关系。
电子商务是现代B2B marketing的一种具体主要的表现形式。
它将企业内部网，通过B2B网站与客户紧密结合起来，通过网络的快速反应，为客户提供更好的服务，从而促进企业的业务发展。
C2C实际是电子商务的专业用语，是个人与个人之间的电子商务。
因为英文中的2的发音同to，所以c to c简写为c2c。
c指的是消费者，因为消费者的英文单词是Customer，所以简写为C。
O2O即Online To Offline，含义是线上购买线下的商品和服务，实体店提货或者享受服务。
B2C是英文Business-to-Customer（商家对客户）的缩写，而其中文简称为“商对客”。
“商对客”是电子商务的一种模式，也就是通常说的商业零售，直接面向消费者销售产品和服务。
3.单选题企业信息结构包含（）。
①产品（服务）层②作业层③决策层④客户层⑤管理层问题1选项A.①②③④B.①②③⑤C.②④⑤⑥D.③④⑤⑥【答案】B【解析】本题考查企业信息化结构，出自《系统集成项目管理工程师教程（第2版）》第1章信息化知识 1.4.1 企业信息化概述。
SoC设计第15章
• 实验2
了解SoCLib电子系统级仿真平台 学会如何在SoCLib平台上添加新的硬件模块 编写简单C程序验证所添加的模块的正确性 在所构建的单核 SoC 上实现串行 MJPEG 解码应用，验证所搭建的 SoC的正确性
构建基于SoCLib的MPSoC
在单核SoC系统结构之上添加若干处理器构成MPSoC 了解基于MPSoC的并行应用设计需求 完 成 MJPEG 解 码 的 并 行 程 序 设 计 ， 移 植 到 MPSoC 之 上 ， 验 证 MPSoC的正确性 修改 MPSoC 中的各种系统参数，比较在不同配置下并行 MJPEG 的 运行性能
实验要求
• 按照系统设计方案，完成各模块的定义、设计、验
证，完成各模块的设计文档
• 完成SoC系统集成和系统级验证，形成验证脚本 • 完成SoC芯片的后端设计流程，生成基本可供流片
的版图文件
内容大纲
• 基于ESL设计方法的Motion-JPEG视频解码器设计
• 基于ARM7TDMI处理器的SoC设计 • 项目进度管理
Motion JPEG运行示意图
• 在描述的单核 SoC的顶层 top.cpp文件中，参考MIPS处
理器的声明定义方法，再分别添加 1～5个 MIPS处理器， 构成MPSoC。
实验2 构建基于SoCLib的MPSoC
双MIPS核SoC硬件平台
• /project_soc/TP/TP1/SW/mjpeg_mpro 文 件 夹
Loëffler’s算法
实验4 面向MJPEG解码的MPSoC系统优化
• 根据实验 3中提到的步骤方法，设计 IDCT的设备
驱动程序，编写简单的C程序进行测试
• 根据 MPSoC 系统结构，修改 MJPEG 解码程序并
C#LectureNotes_第15章
15.3.2
Convert类方法介绍
15.4 Math类和Random类
15.4.1 System.Math类 15.4.2 Systrm.Random类
15.5 TimeSpan类
15.5.1 15.5.2 15.5.3 15.5.4
TimeSpan对象的单位和格式 TimeSpan公共属性和字段 构造函数和创建TimeSpan对象 TimeSpan公共方法和运算符
15.8 System.Collections中的类
表15.8 System.Collections名空间中的类
类
ArrayList BitArray CaseInsensitiveComparer CaseInsensitiveHashCodeProvider CollectionBase Comparer DictionaryBase Hashtable Queue ReadOnlyCollectionBase SortedList Stack
定义所有集合的大小、枚举数和同步方法。
公开一种比较两个对象的方法。 表示键/值对的集合。 枚举字典的元素。 公开枚举数，该枚举数支持在集合上进行简单迭代。 支持在集合上进行简单迭代。 使用自定义Hash函数为对象提供Hash代码。
IList
表示可按照索引单独访问的一组对象。
15.10 System.Collections.Specialized名 空间
15.3 Convert类
Convert类是一个库，它真正提供了把一种基本数据类型显式地转换 为其他基本数据类型的能力，它支持大部分的类型转换，甚至是缩小 转换，但是因为它总是要进行溢出检测，很容易抛出异常，所以转换 并非可以无条件进行的。
第15章 RMI技术
15.2 RMI的动态加载类
RMI可以调用远端方法,而传递给远端方法的参数可以是基 本数据类型,也可以是益一个用户定义的对象,且服务器 也可以返回一个对象.无论对象是作为参数传递还是作为 返回值传递个另一个程序,都要求该程序拥有此对象的类 文件.如果服务器返回了一个远端对象,但是客户端根本 不知道该对象对应的类文件,则无法通过编译.因此,此 时需要类加载器加载所需要的类. 而当客户端加载一个对象的类文件时,必须考虑安全问题 如Applet中考虑的问题一样,在RMI中Java设计了安全管理 器,保证下载到客户端的程序不会但对客户端的程序有伤 害.通常情况下,使用Java提供的类加载器和安全管理器 可以满足用户需求,而不必再使用其他的安全管理器了.
�
15.1.4 创建服务器程序
创建远端服务器,为服务器对象类Hello.class提供运行场所. 代码是一个例子,说明创建RMI服务器程序的过程.该类和类Hello.class放在在同一个目 录(D:\source code\ch15code)下. 代码 创建RMI服务器程序示例 1 import java.rmi.*; 2 public class RMI_Server{ 3 public static void main(String[] args){ 4 try{ 5 //实例化需要发布的类Hello 6 Hello hello = new Hello(); 7 //绑定RMI名称,该名称说明和具体类对象hello的关联,在客户端程序中用作寻找 远端对象方8 //法的参数. 9 //调用RMI的静态类Naming的方法rebind发布该类对象 10 Naming.rebind("RMI_Hello",hello); 11 System.out.println("======Hello Server is Ready======"); 12 } 13 catch(Exception exception){ 14 exception.printStackTrace(); 15 } 16 } 17}
15电路
裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一 个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上 裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才 亮。 1
1
设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示 成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。
A 0 B 0 0 1 1 C 0 1 0 1
Y
0 0 0 0
A 1 1 1 1
B 0 0 1 1
C 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
真值表
2
0 0 0
2
逻辑表达式 Y m5 m6 m7 AB C ABC ABC
第15章 组合逻辑电路
**************************************************************
本节小结
①组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当 时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。实现 组合电路的基础是逻辑代数和门电路。 ②组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、逻辑 表达式、卡诺图和波形图等5种方法来描述，它们在本 质上是相通的，可以互相转换。 ③组合电路的分析步骤：逻辑图→写出逻辑表达式 →逻辑表达式化简→列出真值表→逻辑功能描述。 ④组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑表 达式或画出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→画出逻 辑图。
C 0 1 0 1 0 1 0 1
Y 0 0 0 1 0 1 1 1
4
真值表
4
0 0 0
电路的逻 辑功能
1 1 1 1
当输入A、B、 C中有2个或3 个为1时，输 出Y为1，否 则输出Y为0。 所以这个电路 实际上是一种 3人表决用的 组合电路：只 要有2票或3票 同意，表决就 通过。
1
设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示 成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。
A 0 B 0 0 1 1 C 0 1 0 1
Y
0 0 0 0
A 1 1 1 1
B 0 0 1 1
C 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
真值表
2
0 0 0
2
逻辑表达式 Y m5 m6 m7 AB C ABC ABC
第15章 组合逻辑电路
**************************************************************
本节小结
①组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当 时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。实现 组合电路的基础是逻辑代数和门电路。 ②组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、逻辑 表达式、卡诺图和波形图等5种方法来描述，它们在本 质上是相通的，可以互相转换。 ③组合电路的分析步骤：逻辑图→写出逻辑表达式 →逻辑表达式化简→列出真值表→逻辑功能描述。 ④组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑表 达式或画出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→画出逻 辑图。
C 0 1 0 1 0 1 0 1
Y 0 0 0 1 0 1 1 1
4
真值表
4
0 0 0
电路的逻 辑功能
1 1 1 1
当输入A、B、 C中有2个或3 个为1时，输 出Y为1，否 则输出Y为0。 所以这个电路 实际上是一种 3人表决用的 组合电路：只 要有2票或3票 同意，表决就 通过。
UML第15章 统一软件过程(RUP)
图15-24 实现一个类
（5）执行单元测试。主要的输入和制品 如图15-25所示。
图15-25 执行单元测试
15.2.5 测试工作流
• 测试工作流贯穿于软件开发的整个过程。 • 从初始阶段开始，到细化阶段和构造阶段是测
试的焦点。 • 测试是为了找出程序中的错误与缺陷，而不能
证明程序无错。 • 测试是一项相当重要的工作，其工作量占软件
如下：
（1）由于把软件系统分成多个独立部分，采用增量开发，降低了开支风险。 （2）由于是迭代开发，每次迭代生产出一个完整的软件产品，降低了产品无法 按照既定进度进入市场的风险。 （3）由于采用迭代开发，多个小组可以并行工作，加快了整个开发工作的进度。
图15-3 RUP中某个阶段的迭代开发模型
15.2 RUP中的核心工作流
图15-21 架构实现
架构描述 （实现）
（2）系统集成。主要的输入和 制品如图15-22所示。
系统集成 图15-22 系统集成
（3）实现一个子系统。主要的输入和制品如图15-23所示。 （4）实现一个类。主要的输入/输出制品如图15-24所示。
接口（完整）
接口（完整）
图15-23 实现一个子系统
4．交付阶段
• 交付阶段的主要目标如下： （1）进行Beta版测试，按用户的要求验证新系统。 （2）替换旧的系统。 （3）对用户和维护人员进行培训。 （4）对系统进行全面调整，例如调试、性能或可用 性的增强。 （5）与用户达成共识，配置基线与评估标准一致。
• 交付阶段的焦点是实现和测试工作流。
15.1.2 RUP的迭代模型
（1）制定测试计划。主要的输入和 制品如图15-27所示。
补充性需要
图15-27 制定测试计划
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多数教材把I/O控制器和插座合起来称为I/O接口。
7
I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系
寄存器组
ALU
R6 y
显卡
CPU总线接口 CPU(前端)总线 北桥芯片 存储器总线
主存储器 0
y
A
I/O 总线
南桥芯片 I/O 总线
USB 控制器和接口
以太网卡
主板扩展槽 PCI接口
磁盘控制器 声卡 视频卡
读写控制逻辑简单
缺点
主存空间减少。因为被I/O占用了存储空间 外设寻址时间长。为了识别I/O端口,全部地址线都需参
第15章 输入输出接口及设计
主要内容
I/O系统概述
I/O系统的性能 I/O系统的功能
I/O设备概述
I/O设备的通用模型
I/O接口的分类 I/O控制器的结构 I/O端口的概念 I/O设备的寻址 I/O设备、I/O总线、I/O接口、I/O控制器的连接
2
I/O System的性能
两个常用的性能指标：
Throughput: I/O bandwidth ( 吞吐率，即：I/O带宽)
统一编址方式
CPU不直接通过读写 控制信号IOR#、 IOW#对I/O端口读写， 而是根据I/O端口在地 址空间的位置，通过 地址译码来实现
地址线的高位参与片 选控制逻辑
无需设置专门I/O指令， 只要用一般访存指令 就可存取I/O端口
MemR#或MemW#命令由
访存指令发出，IOR#和 IOW#命令怎样呢？
数据格式转换
提供数据格式转换部件使通过外部接口得到的数据转换为内 部接口需要的格式，或在相反的方向进行数据格式转换
与主机和设备通信
上述功能通过I/O接口与主机之间、I/O接口与设备之间的通 信来完成
9
I/O接口（I/O控制器）的结构
I/O控制器的一般结构
通过I/O控制寄存器发送命令字来向设备发送命令 通过从状态寄存器读取状态字来获取外设或I/O控制器的状态信息 通过向I/O控制器发送或读取数据来和外设进行数据交换
I/O控制器 芯片组
机箱 IDE接口
主
机箱
板
硬盘
插座
插
光驱
I/O设备
槽
CPU
内 存
机箱
I/O设备
I/O总线
插座
主板
PCI插槽
I/O控制器 板卡 （扩充卡）插座
I/O设备
I/O接口
键盘 鼠标器
打印机 扫描仪
显示器 麦克风 网线
I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口 与I/O控制器连接
要实现上述功能需解决以下一系列的问题
怎样在CPU、主存和外设间建立一个信息传输 “通路” 怎样将用户的I/O请求转换成设备的命令 如何对外设进行编址 怎样使CPU方便地寻找到要访问的外设 I/O硬件和操作系统如何协调完成主机和外设之间的数
据传送， 等等
4
15.1 I/O接口概述
I/O接口：I/O设备与I/O控制器之间的连接器
可编程接口
不可编程接口
串行口
5
I/O设备接口
键盘接口 并行口
以太网 双绞线接口
鼠标器 串行口 显示器
接口
接口
U接S口B
麦克风 音箱
(安装在主板上的I/O设备接口)
串行口 9针
VGA 视频口 并行口 25针 并行口
键盘接口 双绞线接口
同轴电缆网 络接口 PS/2接口
6
I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系
将I/O控制器中CPU能够访问的各类寄存器称为I/O端口
对外设的访问通过向I/O端口发命令、读状态、读/写数据来进行
10
15.1.1 I/O地址空间和I/O指令
对I/O端口读写，就是向I/O设备送出命令或从设备 取得状态或读/写设备数据 一个I/O控制器可能会占有多个端口地址 I/O端口必须编号后，CPU才能访问 I/O设备的寻址方式就是I/O端口的编号方式
要求响应时间短的场合：
如：事务处理系统（存/取款的速度要快！）
要求吞吐率高且响应时间短的场合：
如：ATM、文件服务器、Web服务器等
3
I/O System的功能
输入/出系统的功能
解决各种形式信息的输入和输出 即：用户如何将所需的信息(文字、图表、声音、视频 等)通过不同的外设输入到计算机中，以及计算机内部 处理的结果信息如何通过相应的外设输出给用户
（1）统一编址方式（内存映射方式）
与主存统一编址，将主存空间分出一部分地址给I/O端口进行 编号（因该方法是将I/O端口映射到主存空间的某区，故也被 称为“存储器映射方式”） 例如，Motorola公司生产的处理器就采用该方案
（2）独立编址方式（特殊I/O指令方式）
不和主存单元一起编号，单独编号，成为一个独立的I/O地址 空间（因需专门I/O指令，故也称为“特殊I/O指令方式”） 例如，Intel公司和Zilog公司的处理器就是独立编址方式11
包括：插头 / 插座的形式、通讯规程和电器特性等
分类：
从数据传输方式来分：
串行（一次只传输1位） 并行（多位一起进行传输）
从是否能连接多个设备来分：
总线式（可连接多个设备）
独占式（只能连接1个设备）
从是否符合标准来分：
标准接口 （通用接口）
专用接口 （专用接口）
按功பைடு நூலகம்选择的灵活性来分：
并行口
I/O模块
也是访存指令，只是访问的地 12
址范围不同！
统一编址方式
优点
与访存指令一致的存/取指令
减少对专门I/O指令的设计 利用丰富的访存指令进行I/O操作（不仅可对端口进行数
据传送，而且还可直接对端口进行移位、测试等）
便于扩大系统吞吐率
外设或I/O寄存器数目几乎不受限制，而只受总存储容量 的限制。在大型控制或数据通信系统等特殊场合很有用
单位时间内从系统输入/输出多少数据？ 单位时间内实现了多少次输入/输出操作？
(服务器更关注)
Response time: Latency ( 响应时间，即：等待延迟)：
在多长时间内完成请求的任务？ (台式机和嵌入式更关注)
不同的任务对性能的要求不同：
要求吞吐量高的场合：
如：多媒体应用（音/视频的播放要流畅！）
鼠标器 键盘
网线
光驱 disk
I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接 I/O总线经过北桥芯片与内存、CPU连接
8
I/O接口（I/O控制器）的职能
数据缓冲
提供数据缓冲寄存器，以达到主机和外设工作速度的匹配
错误或状态检测
提供状态寄存器，以保存各种错误或状态信息供CPU查用
控制和定时
提供控制和定时逻辑，以接受从系统总线来的控制定时信号
7
I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系
寄存器组
ALU
R6 y
显卡
CPU总线接口 CPU(前端)总线 北桥芯片 存储器总线
主存储器 0
y
A
I/O 总线
南桥芯片 I/O 总线
USB 控制器和接口
以太网卡
主板扩展槽 PCI接口
磁盘控制器 声卡 视频卡
读写控制逻辑简单
缺点
主存空间减少。因为被I/O占用了存储空间 外设寻址时间长。为了识别I/O端口,全部地址线都需参
第15章 输入输出接口及设计
主要内容
I/O系统概述
I/O系统的性能 I/O系统的功能
I/O设备概述
I/O设备的通用模型
I/O接口的分类 I/O控制器的结构 I/O端口的概念 I/O设备的寻址 I/O设备、I/O总线、I/O接口、I/O控制器的连接
2
I/O System的性能
两个常用的性能指标：
Throughput: I/O bandwidth ( 吞吐率，即：I/O带宽)
统一编址方式
CPU不直接通过读写 控制信号IOR#、 IOW#对I/O端口读写， 而是根据I/O端口在地 址空间的位置，通过 地址译码来实现
地址线的高位参与片 选控制逻辑
无需设置专门I/O指令， 只要用一般访存指令 就可存取I/O端口
MemR#或MemW#命令由
访存指令发出，IOR#和 IOW#命令怎样呢？
数据格式转换
提供数据格式转换部件使通过外部接口得到的数据转换为内 部接口需要的格式，或在相反的方向进行数据格式转换
与主机和设备通信
上述功能通过I/O接口与主机之间、I/O接口与设备之间的通 信来完成
9
I/O接口（I/O控制器）的结构
I/O控制器的一般结构
通过I/O控制寄存器发送命令字来向设备发送命令 通过从状态寄存器读取状态字来获取外设或I/O控制器的状态信息 通过向I/O控制器发送或读取数据来和外设进行数据交换
I/O控制器 芯片组
机箱 IDE接口
主
机箱
板
硬盘
插座
插
光驱
I/O设备
槽
CPU
内 存
机箱
I/O设备
I/O总线
插座
主板
PCI插槽
I/O控制器 板卡 （扩充卡）插座
I/O设备
I/O接口
键盘 鼠标器
打印机 扫描仪
显示器 麦克风 网线
I/O设备通常都是物理上相互独立的设备，它们一般通过I/O接口 与I/O控制器连接
要实现上述功能需解决以下一系列的问题
怎样在CPU、主存和外设间建立一个信息传输 “通路” 怎样将用户的I/O请求转换成设备的命令 如何对外设进行编址 怎样使CPU方便地寻找到要访问的外设 I/O硬件和操作系统如何协调完成主机和外设之间的数
据传送， 等等
4
15.1 I/O接口概述
I/O接口：I/O设备与I/O控制器之间的连接器
可编程接口
不可编程接口
串行口
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I/O设备接口
键盘接口 并行口
以太网 双绞线接口
鼠标器 串行口 显示器
接口
接口
U接S口B
麦克风 音箱
(安装在主板上的I/O设备接口)
串行口 9针
VGA 视频口 并行口 25针 并行口
键盘接口 双绞线接口
同轴电缆网 络接口 PS/2接口
6
I/O总线,I/O控制器,I/O接口与I/O设备的关系
将I/O控制器中CPU能够访问的各类寄存器称为I/O端口
对外设的访问通过向I/O端口发命令、读状态、读/写数据来进行
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15.1.1 I/O地址空间和I/O指令
对I/O端口读写，就是向I/O设备送出命令或从设备 取得状态或读/写设备数据 一个I/O控制器可能会占有多个端口地址 I/O端口必须编号后，CPU才能访问 I/O设备的寻址方式就是I/O端口的编号方式
要求响应时间短的场合：
如：事务处理系统（存/取款的速度要快！）
要求吞吐率高且响应时间短的场合：
如：ATM、文件服务器、Web服务器等
3
I/O System的功能
输入/出系统的功能
解决各种形式信息的输入和输出 即：用户如何将所需的信息(文字、图表、声音、视频 等)通过不同的外设输入到计算机中，以及计算机内部 处理的结果信息如何通过相应的外设输出给用户
（1）统一编址方式（内存映射方式）
与主存统一编址，将主存空间分出一部分地址给I/O端口进行 编号（因该方法是将I/O端口映射到主存空间的某区，故也被 称为“存储器映射方式”） 例如，Motorola公司生产的处理器就采用该方案
（2）独立编址方式（特殊I/O指令方式）
不和主存单元一起编号，单独编号，成为一个独立的I/O地址 空间（因需专门I/O指令，故也称为“特殊I/O指令方式”） 例如，Intel公司和Zilog公司的处理器就是独立编址方式11
包括：插头 / 插座的形式、通讯规程和电器特性等
分类：
从数据传输方式来分：
串行（一次只传输1位） 并行（多位一起进行传输）
从是否能连接多个设备来分：
总线式（可连接多个设备）
独占式（只能连接1个设备）
从是否符合标准来分：
标准接口 （通用接口）
专用接口 （专用接口）
按功பைடு நூலகம்选择的灵活性来分：
并行口
I/O模块
也是访存指令，只是访问的地 12
址范围不同！
统一编址方式
优点
与访存指令一致的存/取指令
减少对专门I/O指令的设计 利用丰富的访存指令进行I/O操作（不仅可对端口进行数
据传送，而且还可直接对端口进行移位、测试等）
便于扩大系统吞吐率
外设或I/O寄存器数目几乎不受限制，而只受总存储容量 的限制。在大型控制或数据通信系统等特殊场合很有用
单位时间内从系统输入/输出多少数据？ 单位时间内实现了多少次输入/输出操作？
(服务器更关注)
Response time: Latency ( 响应时间，即：等待延迟)：
在多长时间内完成请求的任务？ (台式机和嵌入式更关注)
不同的任务对性能的要求不同：
要求吞吐量高的场合：
如：多媒体应用（音/视频的播放要流畅！）
鼠标器 键盘
网线
光驱 disk
I/O控制器通过扩展卡或者南桥芯片与I/O总线连接 I/O总线经过北桥芯片与内存、CPU连接
8
I/O接口（I/O控制器）的职能
数据缓冲
提供数据缓冲寄存器，以达到主机和外设工作速度的匹配
错误或状态检测
提供状态寄存器，以保存各种错误或状态信息供CPU查用
控制和定时
提供控制和定时逻辑，以接受从系统总线来的控制定时信号