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计算机组成与系统结构——流水线技术 第11章 本章主要内容 计算机输入输出系统概述 计算机总线的功能与组成 计算机输入输出接口概述 常用的输入输出方式概述 计算机输入输出系统概述 输入输出系统的作用 连通计算机的各个功能部件和设备，并在它们之间实现数据交换 输入输出系统的组成 硬件部分主要由计算机总线和输入输出接口两部分组成，软件方面需要操作系统的支持 系统复杂多变的原因 太多的CPU系列和型号：运行速度、处理功能、接口逻辑各不相同；更多的外围设备：运行原理、提供的功能、读写速度、接口逻辑千差万别 不同的用户、不同的应用场合提出众多不同的使用要求，无法使用一种方式、一套方法全面解决问题 计算机输入输出系统概述 解决问题的途径 建立公用的交换信息的通路，提供各部件协调使用通路的规则，这个通路就是计算机总线 在众多不同的CPU和各种不同的外围设备之间设置功能电路，解决二者之间的连接、沟通、匹配、缓冲等，这个功能电路就是设备接口卡（输入输出接口） 支持多个I/O设备并发执行输入输出操作，降低输入输出操作对CPU干预的需求，采用多种不同的输入输出方式，例如中断方式、DMA方式等 计算机原理及系统结构 第四十四讲 第11章 本章主要内容 计算机输入输出系统概述 计算机总线的功能与组成 计算机输入输出接口概述 常用的输入输出方式概述 计算机总线概述 总线是计算机各个部件之间传输信息的公共通路，包括传输数据信号的逻辑电路、管理信息传输协议的逻辑线路和物理连线。 计算机总线概述 在任何时刻，只可以有一个部件向总线上发送信息，但却可以有一个或多个部件同时接收信息。控制向总线发送信息通常用带有高阻态输出的选通门实现。 计算机总线概述 承担不同功能的三种总线 数据总线：传输数据信息，频率与宽度正比于吞吐量 地址总线：传输地址信息，宽度决定了内存寻址空间 控制总线：给出总线周期类型、I/O操作完成时刻、DMA周期、中断等有关的控制信号等 计算机总线概述 总线周期以及相关概念 总线周期：通过总线完成一次内存读写操作或者完成一次I/O设备读写操作所需的时间，一般由地址时间和数据时间两个时间段组成 地址时间：CPU向内存或IO设备送出地址信息到地址总线 数据时间：CPU完成数据读写 周期类型：一般分为内存读周期、内存写周期、 I/O读周期、 I/O写周期四种类型 总线的等待状态：由于被读写的部件或设备速度慢，一次数据时间内不能完成读写操作，就要增加一个或多个数据时间继续完成读写操作，在这增加的数据时间里，称总线处于等待状态。它影响系统的运行效率，降低系统的性能。 计算机总线概述 正常总线周期：每次数据传输都由一次地址时间和一次数据时间组成。（单周期数据传输方式） Burst总线周期：数据传输由一次地址时间和多次数据时间组成，即给出一次地址信息，连续传送多个数据。（猝发数据传输方式） 计算机总线的结构 单总线结构：早期的计算机，如美国 DEC 公司PDP-11 机只使用一组总线，所有的部件和设备都接在这唯一的总线上，包括数据总线，地址总线，控制总线，其优点是结构简单，成本低廉，缺点是运行效率低。 计算机总线的结构 总线性能（数据输入/输出的吞吐量）对计算机系统总体性能有重大的影响，提高总线性能，一是尽量提高CPU总线本身的速度，二是从总线结构多提供几组总线（铁路可以修复线，公路可以有多条，计算机当然也可以提供几组总线）。 多总线结构 双总线：是指是指在计算机中配置两组总线，即在处理机总线上通过一块扩展总线的控制线路，提供出另外一组总线，称为输入/输出总线，比较常用的有工业标准总线（ISA）和扩展的工业标准总线（EISA），主要用于连接一般的输入/输出设备。 三总线：是指在计算机中配置3组总线，即在处理机总线上通过一块被称为PCI桥的控制线路，提供出一组高性能的局部总线，称为PCI总线，而把原来的ISA总线和EISA总线从处理机总线上断开，并通过IO控制线路连接到这里的PCI总线上。把一些慢速的输入/输出设备接到EISA（ISA）总线上。 计算机总线的结构 几种常用的标准总线 ISA（Industrial Standard Architecture）总线：工业标准结构总线，8位（后来16位）数据线，20位（后来24位）地址线，工作频率8.33MHz。 EISA（Extended Industrial Standard Architecture ）总线：扩展工业标准结构总线，16或32位数据线，32位地址线，工作频率8.33MHz，支持Burst方式传输数据。 VESA（Video Electronics Standard Association）总线：32位局部