计算机组成原理-第七章

@sixing  December 18, 2019

第七章 输入输出体系

输入输出控制方式

1. 程序查询方式:

  • 数据交换完全依赖于计算机的程序控制 CPU的操作和外围设备的操作能够完全同步 硬件结构也比较简单 外围设备的动作通常很慢,数据传输效率低下

2. 程序中断方式:

  • 外围设备用来“主动”通知CPU,准备发送或接收 数据的一种方式 节省了CPU时间,是管理I/O操作的一个 比较有效的方法 • 中断方式一般适用于随机出现的服务

3. DMA方式

  • 是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式
  • DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制权
  • 数据交换不经过CPU而直接在主存和外围设备之间进行,以便高速传 送数据
  • 数据传送速度很高
  • 需要更多的硬件 适用于主存和高速外围设备之间大批量数据交换的场合

4. 通道方式

  • 通道是一个具有特殊功能的处理器
  • 分担了CPU的一部分功能 可以实现对外围设备的统一管理
  • 大大提高了CPU的工作效率 增加更多的硬件为代价的

5. 外围处理机方式

  • 独立于主机工作

程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较 低的外围设备

DMA方式、通道方式和外围处理机方式适用于数据传 输率比较高的外围设备

程序中断方式

1、中断的基本概念

  • 保存现场:把程序计数器PC的内容,以及当前指令执行结束后CPU的状态都保存到堆栈中去
  • 恢复现场:从堆栈中恢复PC内容和 CPU状态,以便从断点处继续执行主程序

2、单级中断与多级中断

  • 单级不允许打断
  • 多级可以中断嵌套

3、中断控制器

DMA方式

1、DMA基本概念

  • 是一种完全由硬件执行I/O交换的 工作方式
  • MA控制器从CPU完全接管对总线的控制
  • 数据交换不经过CPU,而直接在主存和I/O设备之间 进行
  • DMA方式控制简单,适用于高数据传输率设备 进行成组传送

2、基本的DMA控制器

3、选择型和多路型DMA控制器

数据传送过程

  • 传送前预处理:由DMA控制器向CPU发出总线使用权 请求
  • 正式传送:接管数据总线 与地址总线的控制,并向主存提供地址 DMA数据传送是以数据块为基本单位进行的
  • 传送后处理:校验送入主存的数据是否正确 测试传送过程中是否发生 错误等等

选择型DMA控制器:在物理上可以连接多个设备,而在逻辑 上只允许连接一个设备

多路型DMA控制器:不仅在物理上可以连接多个外 围设备,而且在逻辑上也允许这些外围设 备同时工作

通道方式

1、通道的功能

  • 通道方式将控制I/O操作和信息传送的功能从CPU 中独立出来,代替CPU管理和调度外设与主机的 信息交换,从而进一步提高了CPU的效率
  • 通道与CPU分时使用主存,实现了CPU内 部运算与I/O设备的并行工作

通道特点

  • ⑴具有两种类型的总线 存储总线,I/O总线
  • ⑵一条通道总线可以连接多个设备控制器,一个设备控 制器可以连接多个设备
  • ⑶系统设有存储管理部件,是主存的控制部件

通道的基本功能

  • 执行通道指令
  • 组织外围设备和主存进行数据传输
  • 按I/O指令要求启动外围设备
  • 向CPU报告中断等

通道的类型

    1. 字节多路通道 :连 接控制多台低速外设,以字节交叉方式传送数据
    1. 选择通道 :,在物理上它可以 连接多个设备,但是这些设备不能同时工 作,在某一个时间段内通道只能选择一个 设备进行工作
    1. 数组多路通道:连接控制多个高速外设并以成组交叉方式 传送数据的通道称为数组多路通道

通用I/O接口

1、RS-232接口:串行通信接口

2、IDE接口:连接硬盘驱动 器的接口

  • 1)PIO模式
  • 2)DMA模式
  • 3)Ultra DMA模式

3、SATA接口:每个SATA硬盘都可独占一个传输通道

4、USB接口:即插即用,允许热插拔 化PC与外设之间的互连而共同研究开发 的一种标准化接口

5、SCSI接口:是一种并行I/O标准接口

6、IEEE-1394接口:具有视频数据传 输速度的串行接口标准


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