组成原理（六）：I/O概述

目录

• 学习重点
• 1.I/O系统的发展
• 2.I/O系统的组成
• 3.I/O设备与主机联系
  • 编址方式
  • 联络方式
  • 连接方式
  • 传送方式
• 4.I/O设备
• 5.I/O接口

学习重点

• I/O系统的发展
• I/O系统的组成
  • 软件
  • 硬件
• I/O设备与主机的联系
  • 编址方式
  • 联络方式
  • 连接方式
  • 信息传送方式
• I/O设备(了解)
• I/O接口
  • 功能
  • 电路图
  • 组成图
  • 分类

1.I/O系统的发展

1. 外部设备与主机分散连接
   CPU与I/O设备串行工作（程序查询）
2. 接口模块和DMA阶段
   CPU与I/O设备并行工作（中断，DMA）
3. 通道结构阶段
   通道：小型DMA处理器，能进行I/O与主机间信息传送(指出数组首地址，传送字数，操作命令)
4. I/O处理机阶段

2.I/O系统的组成

1. I/O软件：

   • I/O指令：
     cpu指令的一部分，格式如下
     
   • 通道指令：通道拥有的自身指令
     数组首地址，传送字数，操作命令

2. I/O硬件：

   • 无通道：
     设备—I/O接口—总线
   • 有通道
     设备—设备控制器—子通道—通道—总线

3.I/O设备与主机联系

编址方式

1. 统一编址：
   把I/O设备的地址看成内存地址的一部分
   用取数，存数指令控制（无专门I/O指令）
2. 不统一编址：
   有专门的I/O指令

联络方式

1. 立即响应

2. 异步工作：采用应答信号

   • 异步并行：应答
     

   • 异步串行：高低电平控制
     

3. 同步工作：采用同步时标

连接方式

1. 辐射式：
   

   每台设备有自己的控制线路和信号线，高耦合，不便于增删设备

2. 总线连接：便于增删设备

传送方式

1. 程序查询方式
   I/O准备数据过程中CPU需要等待，I/O数据写入主存需要CPU操作
   流程图(内存读数据)
   

• 缺点：内存与IO设备之间数据交换必须经过CPU
• IO接口有个作用就是反映设备状态

2. 程序中断方式
   I/O准备数据时CPU不等待，但是I/O数据写入主存仍然需要CPU操作， 示意图
   

   • K：外部设备准备好数据，开始执行输入输出，向cpu发送中断请求，cpu收到中断请求
   • K+1：中断服务程序执行完毕
   • 中断服务程序中cpu执行数据的输入输出
   • cpu一定程度上从数据输入，输出工作中解放

• 流程图
  

  • 数据准备时cpu无等待，I/O数据写入仍然需要cpu操作

3. DMA方式
   不中断现行程序，通过周期挪用来实现，不用CPU参与
   周期挪用(周期窃取)示意图：
   

cpu在存取周期时可暂停，不需要cpu参与IO

4. 三种方式比较：
   

4.I/O设备

1.示意图：

2.分类：

• 人-机交互设备：键盘，鼠标，打印机，显示器...
• 信息存储设备：磁盘，光盘，磁带...
• 机-机通信设备：网卡，调制解调器...

5.I/O接口

1. 功能：（功能决定组成）
   选择功能：设备选择线
   传送命令：命令线
   传送数据：数据线
   反映设备状态：状态线
   并串转换
   电平转换

2. 总线方式连接的I/O接口电路：
   

3. I/O接口的基本组成
   

4. 接口类型

   • 按数据传送方式分：
     • 串行
     • 并行
   • 按功能选择灵活性分：
     • 可编程
     • 不可编程
   • 按通用性分：
     • 通用接口
     • 专用接口