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万可模块WAGO- I/O-SYSTEM输入输出(I/O)系统 课程教学要求 本章内容： 1. I/O设备的速度分级与信息交换方式 2. 程序中断方式* 3. DMA方式* 4. 通道方式 5. 通用I/O标准接口* 输入输出系统 8.1 I/O设备的速度分级与信息交换方式 1. I/O设备的速度分级

2. 信息交换方式 8.1.1 I/O设备的速度分级 已知，不同种类的I/O设备，各自信息传输速率相 差非常悬殊。 高速工作的主机 ？ 不同工作速度的I/O设备 如何有效相连接？如何保证主机与I/O设备在时间上同步? —— 必须首先解决主机与I/O设备的定时问题。 [以CPU与I/O设备数据交换为例]：（见教材P234） 输入过程： (1) CPU把设备地址值放在地址总线上，选择并启动 该输入设备； (2) CPU等候输入设备的数据有效； (3) 一旦“数据有效”，CPU即从数据总线读入数据， 并存到寄存器或数据缓冲器DR中。 CPU完成一次数据输入 输出过程： (1) CPU把地址值放在地址总线上，选择某一个I/O 设备；

CANopen ECO现场总线适配器 (2) CPU把数据送到数据总线上； (3) 输出设备在“数据有效”时，把数据取走。 问题是： 什么时候数据才是”有效”的? 何时数据“有效”，对于不同速度的外围I/O设 备，显然需要有不同的定时方式来确定。 通常，CPU与I/O设备之间的定时，主要有以下 三种情况： ① 无需定时方式； （极慢速设备） ② 异步定时方式； （慢、中速设备） ③ 同步定时方式 （高速设备） 1.速度极慢或简单的I/O设备 对这类设备（如机械开关、显示二极管等）来讲， CPU认为设备总是准备好的，可以随时对其进行数据读 入或输出，无需考虑或等待设备的状态。 CPU与I/O设备之间无定时 问题 输入输出系统 2.慢速或中速的I/O设备 这类设备的速度较慢或适中，但是与CPU的速度 不在一个数量级，或者由于设备本身是在不规则时间 间隔下操作的(如键盘、鼠标等)。 CPU与这类设备之间的数据交换，通常采用异步 定时方式。 输入输出系统 [异步定时过程]： 数据输入： CPU首先查询外设的状态: 如果该外设的状态标 志表明设备已把数据“准备就绪”，那么CPU就通过 总线迅速接收走数据。 CPU在接收数据以后，发出回应信号，告诉外设 数据已被取走。这时，外设清除（复位)“准备就绪” 标志，准备下一次的交换。 输入输出系统 反之，如果CPU查询外设时，外设没有“准备就 绪”，表示外设“忙”，数据尚未“有效”。 这时，CPU无法启动I/O操作，

万可模块WAGO- I/O-SYSTEM CANopen ECO现场总线适配器只有等到外设发 出“准备就绪”信号以后，才可读取该外设准备 的数据。 数据输出：与数据输入过程类似。 输入输出系统 —— ∴ CPU和外设之间必须采用应答方式，完成定 时与数据交换。 异步定时方式 输入输出系统 3.高速的I/O设备 如PCI总线上挂的I/O设备，这类外设的速度较快， 可以与CPU以等间隔的速率，同步定时执行各类I/O 操作。因此，这种方式叫做同步定时方式。 一旦CPU和外设发生同步，它们之间的数据交换便 由时钟脉冲控制来同步进行。 更快的同步传送，包括：直接内存访问(DMA)方 式，或成块数据的猝发式传送（如PCI总线）技术等。 【例1】：教材P235 说明某计算机系统，若CPU速度每年提高50%， 而配套的I/O设备速度不变，则由CPU性能提高所带 来的效益将被大打折扣。 （处理I/O的时间比例: 10% → 45%)

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