计组 输入输出系统

发布于 2020-01-15  55 次阅读


基本概念

  • I/O接口:主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路以及相应的软件控制
  • 输入设备:把现实的信息形式变换为计算机能接受并识别信息形式的设备
  • 输出设备:将计算机处理过的二进制代码信息,转换为人们能识别信息形式的设备

I/O设备

  • 人机交互
    • 键盘
    • 鼠标
    • ……
  • 计算机信息的驻留设备
    • 硬盘
    • 光盘
    • ……
  • 机机通信设备
    • MODEN
    • ……

设备控制器(I/O)的基本功能

  • 实现主机和外部设备之间的数据传送
  • 实现数据缓冲,以达到主机同外部设备之间的速度匹配
  • 接受主机命令,提供设备接口的设备,并按照主机是命令控制设备

I/O 与主机的连接方式

  • 辐射式连接
    • 每台设备都配有一套
    • 控制线路和一组信号线
    • 不便于增删设备
  • 总线连接
    • 便于增删设备

I/O编址方式

  • 统一编址:把I/O端口地址看作是内存单元地址的一部分
    • 特点:I/O地址占用了存储空间,减少了主存的容量,访问I/O使用访问主存的专用指令
  • 独立编址:I/O端口地址与内存单元的地址是分开的,有各自独立的存储空间
    • 特点:不影响主存容量,访问I/O时使用专用指令

I/O控制方式

  • 程序查询方式
    • I/O设备与主机之间采用程序查询方式交换信息
    • CPU与设备处于串行工作状态
  • 程序中断方式
    在执行程序的过程中,若出现异常或特殊情况,计算机停止现行程序的运行
    转向对这些异常或特殊情况的处理,处理结束后,再返回道现行程序的间断处继续执行源程序

    •  中断识别方法
      • 程序查询法
      • 硬件查询法
      • 独立请求法
    • CPU与设备处于并行工作状态
    • 中断服务程序的流程
      1. 保护现场
        1. 程序断点的保护
        2. 寄存器内容的保护
      2. 中断服务
        1. 对不同的I/O设备具有不同内容的设备服务
      3. 恢复现场
        1. 出栈指令
      4. 中断返回
        1. 中断返回指令
    • 单重中断:不允许中断现行的中断服务程序
    • 多重中断:允许级别更高的中断源,可以中断现行的中断服务程序
    • I/O设备的中断传输方式可以做到实时响应,
      但大批量传输数据时,中断次数过于频繁,效率受到影响;
  • 直接存储器存取方式(DMA)
    • 主要思想:主存和 I/O 之间有一条直接数据通道
    • CPU 和 I/O 并行工作
    • DMA 的三种工作方式
      • CPU暂停方式
      •  CPU周期窃取方式
      • 直接访问存储器
    • DMA 接口功能
      • 向 CPU 申请 DMA 传送
      • 处理总线 控制权的转交
      • 管理 系统总线、控制 数据传送
      • 确定 数据传送的 首地址和长度,修正 传送过程中的数据地址和长度
      • DMA 传送结束时,给出操作完成信号
    • DMA 传送过程
      • 预处理、数据传送、后处理
    • DMAC与CPU同时访问主存所引起主存使用权冲突的处理方法
      • 停止CPU使用主存法
      • DMAC与CPU交替使用主存法
      • 周期挪用法
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