计算机组成原理-第5章总结.doc

第五章 输入输出系统 ?5-1名词术语： 输入设备:外界信息转换成计算机能是别的信息 输出设备:计算机01信息形式转换为设备或人能接收的信息 外围设备:输入设备，输出设备统称外围设备 输入/输出模块 ?5-2设备与CPU连接方式： 直接连接：主存?CPU ?I/O 总线连接：P157图5.2优点：屏蔽设备复杂性；关键：I/O接口 ?5-3I/O基本方法 无条件传送：慢速设备 接口逻辑：功能：连接器，转换器。 I/O接口功能:设备选择，数据缓冲，格式转换，电平转换，传送控制命令，反馈设备状态 ?5-4 I/O接口组成：数据寄存器，状态/控制寄存器，设备选择I/O控制 三部分 ?5-5设备编址解决的问题：CPU如何找到指定的设备。设备编址=I/O接口编址 设备地址=I/O地址=I/O接口地址=I/O端口地址=端口 实际上是I/O接口中寄存器的地址 ?5-6编址方法：存储器映射I/O， 端口寻址 对I/O地址码的编址，两种方式：统一编址，不统一编址 ?5-7I/O基本方法： ①编程I/O：程序查询，条件查询 I/O由CPU直接完成，外设与CPU完全串行工作，最简单，最经济 ②中断驱动I/O 编程I/O存在的问题：高速CPU与低速设备之间的矛盾 ?中断：设备主动通知CPU进行数据交换的过程，中断是随机的 计算机在执行程序过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现在程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序 中断源：中断产生的来源，复位，时钟中断，键盘中断，页面失效中断 中断系统：实现中断的软硬件系统 中断处理： 主程序：被中断的程序 中断服务子程序：处理中断事物的程序 ?5-8I/O设备与主机信息传送的控制方式 程序查询方式：CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。 只要一启动I/O设备，CPU便不断查询I/O设备的准备情况，从而终止了原程序的执行。CPU在反复查询过程中，犹如就地”踏步”。另一方面，I/O设备准备就绪后，CPU要一个字一个字地从I/O设备取出，经CPU送至主存，此刻CPU也不能执行原程序，这种方式使CPU和I/O设备出去串行工作状态，CPU的工作效率不高。 程序中断方式：CPU只有当I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求后才予以响应。 书P163图5.9,5.11 中断好处：实时处理，并行处理，故障处理 ?5-9接口：可以看作是两个系统或部件之间的交接部分，既可以是两种硬件设备之间的连接电路，也可以是两个软件之间的共同逻辑边界。 I/O接口通常指主机与I/O设备之间设置的一个硬件电路及相应的软件控制。 ?5-10I/O总线包括数据线，设备选择线，命令线和状态线。 ?5-11接口功能:选址功能，传送命令功能，传送数据功能，反映I/O设备工作状态的功能 ?5-12I/O接口分类： 按数据传送方式:并行，串行 按功能选择的灵活性:可编程接口，不可编程接口 按通用性:通用接口，专用接口 按数据传送的控制方式:程序型接口(慢速设备)，DMA型接口(高速设备) ?5-13 书P191图 ?5-14 CPU一旦响应了I/O中断，就要暂停现行程序，转去执行该设备的中断服务程序。不同的设备有不同的中断服务程序，每个服务程序都有一个入口地址，CPU必须去找到这个入口地址。 ?5-15 书P198 图5.41 ?5-16中断服务程序流程：保护现场，中断服务，恢复现场，中断返回 硬件：①响应中断，②关中断，③保护断点，④向量指向PC，转设备服务 ??5-17书P201 图5.43 ?5-18中断类型： 单重中断，多重中断 单线中断，多线中断 ?向量中断，非向量中断 中断向量=中断服务例程的起始地址 向量地址=存储中断向量的存储单元地址 中断向量表：通常是系统内存的第0页 ?5-19DMA方式 目的：减少大批量数据传送时CPU的开销 方法：硬件实现DMA，采用专用部件生成访存地址并控制访存过程 特点：数据交换不经过CPU DMAC：DMA控制器，组成： DMA传送：DMA时，CPU对总线的使用权临时禁止 预处理：初始化DMAC： 设置数据传送方向(读/写) 设置I/O接口地址 设置存储器起始地址 设置传送的数据量(计数器置初值) 数据传送：完成一批数据的传送，CPU不参与 后处理：DMA结束后通过中断方式请求CPU处理 问题：CPU与设备访存冲突：设备优先(设备无足够存储资源，不及时处理会丢失) 方法：①停止CPU访问。 优点：控制简单 缺点：CPU，内存利用率低(可能同时空闲) 应用：高速设备 ②透明方式(交替) 优点：不需总线控制权的申请建立和归还，总线控制权的转移很快，高效 缺点：控制复杂