計算機(jī)組成原理(IO))

1、College of computer science, SWPUComputer ScienceComputer Science計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU總線定義：總線定義：一組能為多個部件一組能為多個部件分時共享分時共享的信息傳送線路的信息傳送線路特點：特點：分時、共享分時、共享總線協(xié)議：總線協(xié)議：連接到總線的各部件須遵守的總線標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則連接到總線的各部件須遵守的總線標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則它包括：它包括： 1）信號線的定義）信號線的定義2

2、）數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)格式3）時序關(guān)系）時序關(guān)系4）信號電平）信號電平5）控制邏輯）控制邏輯計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU總線周期：一次總線操作所需要的時間總線周期：一次總線操作所需要的時間總線位寬：總線上能同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)總線位寬：總線上能同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)總線工作頻率：協(xié)調(diào)總線上各種操作的時鐘總線工作頻率：協(xié)調(diào)總線上各種操作的時鐘頻率，總線工作頻率越高總線工作速度越快頻率，總線工作頻率越高總線工作速度越快總線帶寬：單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線帶寬：單位時間內(nèi)總線上可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量量主設(shè)備：獲得總線控制權(quán)的設(shè)備主設(shè)備：獲得總線控

3、制權(quán)的設(shè)備從設(shè)備：被主設(shè)備訪問的設(shè)備從設(shè)備：被主設(shè)備訪問的設(shè)備計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU1、按功能劃分在系統(tǒng)中所處的地位局部總線系統(tǒng)總線內(nèi)總線外總線CPURAMROMPIOCTC總線控制邏輯總線擴(kuò)展板存儲模塊擴(kuò)展板打印機(jī)接口板顯示器接口板外總線系統(tǒng)總線部件內(nèi)總線（局部總線與系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)圖）計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPUCPU北橋北橋芯片芯片內(nèi)存內(nèi)存AGP/PCIEAGP/PCIECPUCPU類型類型內(nèi)存類型內(nèi)存類型主頻主頻前端總線前端總線等支持等支持南橋南橋芯

4、片芯片USBUSB鍵盤接口等鍵盤接口等內(nèi)存控制器計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU72、 按數(shù)據(jù)傳送格式分按數(shù)據(jù)傳送格式分發(fā)送部件接收部件10110101高位低位并串轉(zhuǎn)換串并轉(zhuǎn)換發(fā)送部件接收部件傳送數(shù)據(jù)10110101并行總線串行總線 并行總線并行總線 串行總線串行總線3、按時序控制方式分、按時序控制方式分 同步總線同步總線 異步總線異步總線4、總線標(biāo)準(zhǔn)、總線標(biāo)準(zhǔn) （IEEE美國電氣電子工程師協(xié)會制訂）美國電氣電子工程師協(xié)會制訂） PC總線總線 ISA總線總線 EISA總線總線 PCI總線等總線等計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 Col

5、lege of Computer Science, SWPU計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU 接口接口外設(shè)外設(shè)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU一臺機(jī)器通常配有多臺設(shè)備，

6、它們各自有其一臺機(jī)器通常配有多臺設(shè)備，它們各自有其編號，通過接口可以實現(xiàn)對設(shè)備的選擇編號，通過接口可以實現(xiàn)對設(shè)備的選擇I/O設(shè)備種類繁多，速度不一，通過接口可實設(shè)備種類繁多，速度不一，通過接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，達(dá)到速度匹配現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，達(dá)到速度匹配I/O設(shè)備可能串行傳送數(shù)據(jù)，而設(shè)備可能串行傳送數(shù)據(jù)，而CPU都是并行都是并行傳送，通過接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)串并格式轉(zhuǎn)換傳送，通過接口可實現(xiàn)數(shù)據(jù)串并格式轉(zhuǎn)換I/O設(shè)備的電平與設(shè)備的電平與CPU的電平不同，通過接口的電平不同，通過接口可實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換可實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPUCPU啟

7、動啟動I/O設(shè)備工作，要向設(shè)備發(fā)控制信號，設(shè)備工作，要向設(shè)備發(fā)控制信號，可通過接口傳送控制命令可通過接口傳送控制命令I(lǐng)/O設(shè)備需及時報告設(shè)備需及時報告CPU其工作狀態(tài)，通過接口其工作狀態(tài)，通過接口可監(jiān)視設(shè)備工作狀態(tài)，并保存狀態(tài)信息，供可監(jiān)視設(shè)備工作狀態(tài)，并保存狀態(tài)信息，供CPU查詢查詢尋址尋址數(shù)據(jù)傳送與緩沖數(shù)據(jù)傳送與緩沖數(shù)據(jù)類型、格式變換數(shù)據(jù)類型、格式變換主機(jī)與外設(shè)間數(shù)據(jù)、控制命令和狀態(tài)信息的交換主機(jī)與外設(shè)間數(shù)據(jù)、控制命令和狀態(tài)信息的交換計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU并行接口并行接口接口與系統(tǒng)總線、接口與外設(shè)均按照并行方式接口與

8、系統(tǒng)總線、接口與外設(shè)均按照并行方式傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)適用于設(shè)備本身并行工作，距主機(jī)較近的場合適用于設(shè)備本身并行工作，距主機(jī)較近的場合串行接口串行接口接口與系統(tǒng)總線并行傳送，接口與外設(shè)串行傳接口與系統(tǒng)總線并行傳送，接口與外設(shè)串行傳送送適用于設(shè)備本身串行工作，或距主機(jī)較遠(yuǎn)，或適用于設(shè)備本身串行工作，或距主機(jī)較遠(yuǎn)，或需減少傳送線的情況需減少傳送線的情況計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU同步接口同步接口異步接口異步接口直接程序傳送接口直接程序傳送接口中斷接口中斷接口DMA接口接口計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Comput

9、er Science, SWPU可編程接口可編程接口不可編程接口不可編程接口ISA總線接口總線接口EISA總線接口總線接口MCA總線接口總線接口STD總線接口總線接口計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU將將I/O接口中的寄存器與內(nèi)存單元統(tǒng)一編址，接口中的寄存器與內(nèi)存單元統(tǒng)一編址，訪問訪問I/O接口如同訪問內(nèi)存接口如同訪問內(nèi)存特點：操作靈活，不用專用特點：操作靈活，不用專用I/O指令，但需指令，但需要占用部分內(nèi)存地址空間要占用部分內(nèi)存地址空間設(shè)置單獨(dú)設(shè)置單獨(dú)I/O地址空間分時共享地址總線，地址空間分時共享地址總線，設(shè)置專用信號區(qū)分訪問存

10、儲器還是設(shè)置專用信號區(qū)分訪問存儲器還是I/O特點：不占用存儲地址空間，需用專用特點：不占用存儲地址空間，需用專用I/O指令，靈活性差指令，靈活性差計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU輸入（輸入（IN）指令）指令輸出（輸出（OUT）指令）指令計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU主機(jī)對主機(jī)對I/O接口的訪問（讀接口的訪問（讀/寫）不需要任何寫）不需要任何條件，隨時可以進(jìn)行（要求主機(jī)與外設(shè)是同條件，隨時可以進(jìn)行（要求主機(jī)與外設(shè)是同步的）。即在傳送信息時，外設(shè)已準(zhǔn)備好。步的）。即在傳

11、送信息時，外設(shè)已準(zhǔn)備好。特點：程序簡單，硬件??；主機(jī)與外設(shè)要同特點：程序簡單，硬件?。恢鳈C(jī)與外設(shè)要同步（外設(shè)準(zhǔn)備好），否則出錯。步（外設(shè)準(zhǔn)備好），否則出錯。主機(jī)對主機(jī)對I/O接口訪問（或傳送數(shù)據(jù)）前，需接口訪問（或傳送數(shù)據(jù)）前，需要查詢外設(shè)的狀態(tài)，已準(zhǔn)備好，傳送數(shù)據(jù)，要查詢外設(shè)的狀態(tài)，已準(zhǔn)備好，傳送數(shù)據(jù)，否則，否則，CPU等待。等待。計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU特點：傳送可靠特點：傳送可靠 ， CPU與與I/O設(shè)備串行工作，設(shè)備串行工作，CPU利用率低（外設(shè)準(zhǔn)備時好）利用率低（外設(shè)準(zhǔn)備時好）CPU暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)

12、行為暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某個隨機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完某個隨機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完畢后自動恢復(fù)原程序的執(zhí)行。畢后自動恢復(fù)原程序的執(zhí)行。特點：主機(jī)與特點：主機(jī)與I/O并行工作。并行工作。CPU啟動啟動I/O后，后，繼續(xù)執(zhí)行程序。當(dāng)繼續(xù)執(zhí)行程序。當(dāng)I/O準(zhǔn)備就緒時，向準(zhǔn)備就緒時，向CPU發(fā)出中斷請求信號，發(fā)出中斷請求信號，CPU在適當(dāng)時候響應(yīng)該在適當(dāng)時候響應(yīng)該請求。提高了請求。提高了CPU的效率。的效率。計算機(jī)組成原理計算機(jī)組成原理 College of Computer Science, SWPU主存和高速外設(shè)之間直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送主存和高速外設(shè)之間直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送特點：主機(jī)與特點：主機(jī)與I/O并行工作，主存和并行工作，主存和I/O之間之間有直接數(shù)據(jù)通路。有直接數(shù)據(jù)通路。CPU啟動啟動I/O后，不必查后，不必查詢詢I/O是否準(zhǔn)備好，當(dāng)是否準(zhǔn)備好