教材基於《計算機組成原理 第3版》 ——唐朔飛
概述
輸入輸出系統的發展概況
🌈 輸入輸出系統發展的 4 個階段
輸入輸出系統的組成
I/O 設備與主機的聯系方式
1️⃣ I/O 設備編址方式
- 統一編址：將 I/O 地址看作存儲器地址的一部分
- 不統一編址：I/O 地址和存儲器地址是分開的，所以對 I/O 設備的訪問必須有專門的 I/O 指令
2️⃣ 設備尋址
每台設備都賦予一個設備號，啟動某設備時，可以由 I/O 指令的設備碼字段直接指出設備的設備號。
3️⃣ 傳送方式
-
並行：同一瞬間，n 位信息同時從 CPU 輸出到 I/O，或者從 I/O 輸入 CPU。速度快，單要求的數據線多。
-
串行：同一瞬間只傳送一位信息，在不同時刻連續逐位傳送一串信息。速度較慢，但只需要一根數據線和一根地線。
4️⃣ 聯絡方式
-
立即相應方式
-
異步工作采用應答信號聯絡：I/O 與主機速度不匹配，采用異步方式。在交換信息前，I/O 設備和CPU各自完成自身的任務，一旦出現聯絡信號，彼此才准備交換信息。
-
同步工作采用同步時標聯絡：I/O 設備與 CPU 的工作速度完全同步。
5️⃣ I/O 設備與主機的連接方式
- 輻射式：每台設備都配有一套控制線路和一組信號線。不便於增刪設備
- 總線式：便於增刪設備
I/O設備與主機信息傳送的控制方式
程序查詢方式
-
CPU 和 I/O 串行工作
-
踏步等待
程序中斷方式
-
CPU 和 I/O 並行工作
-
沒有踏步等待現象，中斷現行程序
DMA 方式
-
主存和 I/O 之間有一條直接數據通道
-
不中斷現行程序，而是中斷訪存，如果 CPU 需要進行訪存操作則需要等待一個存取周期
-
周期挪用（周期竊取）
-
CPU 和 I/O 並行工作
三種方式的 CPU 工作效率比較
I/O 設備
概述
外部設備大致分三類：
-
人機交互設備：鍵盤、鼠標、打印機、顯示器
-
計算機信息存儲設備：磁盤、光盤、磁帶
-
機——機通信設備：調制解調器等
輸入設備
-
鍵盤
-
按鍵
-
判斷哪個鍵按下
-
將此鍵翻譯成 ASCII 碼（編碼鍵盤法）
-
-
鼠標
-
機械式：金屬球，點位器
-
光電式：光電轉換器
-
-
觸摸屏
輸出設備
-
顯示器
-
字符顯示：字符發生器
-
圖形顯示：主觀圖像
-
圖像顯示：客觀圖像
-
-
打印機
-
擊打式：點陣式（逐字、逐行）
-
非擊打式：激光（逐頁）噴墨（逐字）
-
其他
-
A/D、D/A：模擬/數字（數字/模擬）轉換器
-
終端：由鍵盤和顯示器組成。完成顯示控制與存儲、鍵盤管理及通信控制
-
漢字處理：漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出
多媒體技術
I/O 接口
概述
為什么要設置接口？
-
實現設備的選擇
-
實現數據緩沖達到速度匹配
-
實現數據串——並格式轉換
-
實現電平轉換
-
傳送控制命令
-
反映設備的狀態（“忙”、“就緒”、“中斷請求”）
接口的功能和組成
總線連接方式的 I/O 接口電路
接口的功能和組成
I/O 接口的基本組成
1️⃣ 內部接口：內部接口與系統總線相連，實質上是與內存、CPU 相連。數據的傳輸方式只能是並行傳輸。
2️⃣ 外部接口：外部接口通過接口電纜與外設相連，外部接口的數據傳輸可能是串行方式，因此 I/O 接口需具有串/並轉換功能。
🌈 外部接口的工作流程
接口類型
程序查詢方式
程序查詢流程
程序查詢方式的接口電路
🔔 CPU 與 I/O 接口之間的信息傳送發生在 CPU 的寄存器和 I/O 接口的 DBR 之間，單位是一個字
例題
程序中斷方式
中斷的概念
🌈 中斷的概念
🌈 中斷的分類
🌈 中斷請求標記
I/O 中斷的產生
為了提高計算機的整機效率，應付突發事件，實時控制的需要，在計算機技術的發展過程中出現了中斷技術。為了實現中斷，計算機系統中必須配有相應的中斷系統或中斷機制。
程序中斷方式的接口電路
配置中斷請求觸發器和中斷屏蔽觸發器
排隊器
分為硬件排隊器和軟件排隊器
🌈 排隊器電路/鏈式排隊器
中斷向量地址形成部件
入口地址：由軟件產生 / 硬件向量法
由 硬件 產生 向量地址
再由** 向量地址** 找到 入口地址
程序中斷方式接口電路的基本組成
I/O 中斷處理過程
CPU 響應中斷的條件和時間
I/O 中斷處理過程
中斷服務程序流程
中斷隱指令
硬件向量法
中斷服務程序
單重中斷和多重中斷
單重中斷和多重中斷的服務程序流程
🌈 程序中斷接口芯片 8259A 的內部結構
🌈 主程序和服務程序搶占 CPU 示意圖
DMA 方式
DMA 方式的特點
DMA 和程序中斷兩種方式的數據通路
DMA 與主存交換數據的三種方式
DMA 接口的功能和組成
DMA 接口功能
1️⃣ 向 CPU 申請 DMA 傳送
2️⃣ 處理總線 控制權的轉交
3️⃣ 管理 系統總線、控制 數據傳送
4️⃣ 確定 數據傳送的 首地址和長度；修正 傳送過程中的數據 地址 和 長度
5️⃣ DMA 傳送結束時，給出操作完成信號
DMA 接口組成
DMA 的工作過程
DMA 傳送過程
DMA 接口與系統的連接方式
1️⃣ 具有公共請求線的 DMA 請求
2️⃣ 獨立的 DMA 請求
DMA 方式與程序中斷方式的比較
DMA 接口的類型
1️⃣ 選擇型
-
在 物理上 連接 多個 設備
-
在 邏輯上 只允許連接 一個 設備
2️⃣ 多路型
-
在 物理上 連接 多個 設備
-
在 邏輯上 允許連接 多個 設備同時工作
3️⃣ 多路型 DMA 接口的工作原理
