計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 完整課件第7章

第七章輸入輸出系統(tǒng)第一節(jié)輸入輸出設(shè)備的類型第二節(jié)基本的輸入輸出方式第三節(jié)中斷方式第四節(jié)DMA方式第五節(jié)通道方式第六節(jié)輸入輸出接口與總線第一節(jié)輸入輸出設(shè)備的類型一、輸出設(shè)備1.顯示器CRT液晶等離子體2.打印設(shè)備3.繪圖儀CRT顯示器——字符的顯示CRT顯示器——光柵掃描液晶顯示器等離子體顯示器2.打印設(shè)備擊打式串行、行式點(diǎn)陣針式、字模式非擊打式噴墨激光熱轉(zhuǎn)印擊打式打印機(jī)——點(diǎn)陣針式噴墨式打印機(jī)——?dú)馀菔絿娔酱蛴C(jī)——壓電式激光式打印機(jī) 3.繪圖儀平臺式滾筒式二、輸入設(shè)備——鍵盤二、輸入設(shè)備——光筆二、輸入設(shè)備——鼠標(biāo)器二、輸入設(shè)備——數(shù)字化儀二、輸入設(shè)備——觸摸屏二、輸入設(shè)備——掃描儀三、外存設(shè)備

1.磁記錄原理與記錄方式記錄方式游程長度受限碼——RLL編碼RLL碼用(d,k;m,n;r)表示，或簡單表示為(d,k)，其中d表示任何兩位相鄰的1之間的0的最小位數(shù)；k表示任何兩位相鄰的1之間的0的最大位數(shù)。RLL編碼的實(shí)質(zhì)是將原始數(shù)據(jù)序列變換成0、1游程長度受限制的代碼，即k和d均受到限制的編碼，然后再用不歸零制方式進(jìn)行調(diào)制和寫入，具有自同步能力。正確地設(shè)計(jì)k、d值可以獲得較高的編碼效率。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)編碼效率——位密度與最大磁化翻轉(zhuǎn)密度之比（(3,5)RLL為3）自同步能力——最小磁化翻轉(zhuǎn)間隔與最大磁化翻轉(zhuǎn)間隔的比值（(3,5)RLL為3/5）三、外存設(shè)備

2.硬盤設(shè)備磁道，扇區(qū)，柱面，溫徹斯特技術(shù) 磁盤接口技術(shù)指標(biāo)：(1)存儲密度。面密度，道密度，位密度(2)存儲容量(3)平均訪問時(shí)間 平均訪問時(shí)間=控制延遲+尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲+傳輸延遲(4)數(shù)據(jù)傳輸率習(xí)題：5 3.磁盤陣列目的：提高容量，提高可靠性 每個(gè)磁盤MTTF為20萬小時(shí)，100個(gè)無容錯(cuò)陣列的MTTF為2000小時(shí)。

R(t)=(e-lt)100類型：

RAID-0：非冗余的磁盤陣列。

RAID-1：鏡像磁盤冗余陣列。

RAID-2：海明碼糾錯(cuò)冗余的磁盤陣列，位交叉。

RAID-3：奇偶校驗(yàn)冗余的磁盤陣列，位交叉。

RAID-4：獨(dú)立傳送磁盤陣列，塊交叉，校驗(yàn)盤是瓶頸。

RAID-5：獨(dú)立傳送磁盤陣列，塊交叉，分布的冗余校驗(yàn)。

RAID-6：P+Q冗余技術(shù)，增強(qiáng)糾錯(cuò)能力。3.磁盤陣列（續(xù)）3.磁盤陣列（續(xù)）4.光盤存儲設(shè)備類型：只讀型、Worm型、可擦寫型。(1)只讀型凹坑——信息記錄載體，壓制形成，邊界代表1，平面代表0光道——螺旋形，恒線速通道碼——14位(2,10)RLL編碼，代表8位數(shù)據(jù)幀——記錄24字節(jié)有效數(shù)據(jù)，CIRC編碼，共32字節(jié)扇區(qū)——98個(gè)幀，2352字節(jié)有效數(shù)據(jù)，2048字節(jié)用戶數(shù)據(jù)4.光盤存儲設(shè)備（續(xù)）4.光盤存儲設(shè)備（續(xù)）(2)WORM型強(qiáng)激光燒灼出凹坑(3)可擦寫型相變型：晶態(tài)與非晶態(tài)轉(zhuǎn)換磁光型：激光與磁場調(diào)制記錄，克爾效應(yīng)讀取第二節(jié)基本的輸入輸出方式一、外設(shè)的尋址統(tǒng)一編址法：存儲器映像的外設(shè)尋址單獨(dú)編址法：兩個(gè)地址空間二、外設(shè)的定時(shí)異步應(yīng)答方式同步時(shí)鐘定時(shí)字設(shè)備與塊設(shè)備三、程序查詢方式

——由主機(jī)控制輸入輸出過程設(shè)備接口的結(jié)構(gòu)：CPU處理過程：信號傳輸過程：接口例子：第三節(jié)中斷方式一、基本概念中斷是一種在發(fā)生了一個(gè)外部的事件時(shí)調(diào)用相應(yīng)的處理程序(或稱服務(wù)程序)的過程。中斷服務(wù)程序與中斷時(shí)CPU正在運(yùn)行的程序是相互獨(dú)立的，相互不傳遞數(shù)據(jù)。中斷處理中的問題： (1)設(shè)備識別方式 (2)中斷處理程序入口地址的形成 (3)中斷裁決 (4)中斷屏蔽二、中斷響應(yīng)過程簡單的中斷處理過程：關(guān)中斷（屏蔽中斷）保存現(xiàn)場識別中斷形成服務(wù)程序入口地址執(zhí)行服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場開中斷中斷處理中的問題設(shè)備的識別（問題1）CPU輪詢中斷向量入口地址形成（問題2）中斷向量表（通常位于內(nèi)存起始處）三、中斷裁決（問題3）三種方式：鏈?zhǔn)讲樵儶?dú)立請求分組鏈?zhǔn)饺?、中斷裁決（問題3）三種方式：鏈?zhǔn)讲樵儶?dú)立請求分組鏈?zhǔn)饺?、中斷裁決（問題3）三種方式：鏈?zhǔn)讲樵儶?dú)立請求分組鏈?zhǔn)剿?、中斷屏蔽（問題4）多重中斷：中斷服務(wù)程序也可以被中斷——中斷嵌套。實(shí)現(xiàn)方法一：給CPU及中斷請求都設(shè)置優(yōu)先級。響應(yīng)過程：關(guān)中斷保存現(xiàn)場識別中斷形成服務(wù)程序入口地址開中斷執(zhí)行服務(wù)程序關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場開中斷實(shí)現(xiàn)方法二：

采用中斷屏蔽寄存器，用軟件設(shè)置靈活的優(yōu)先級。例假定硬件原來的響應(yīng)順序?yàn)?→1→2，試設(shè)置中斷屏蔽字，將中斷優(yōu)先級改為1→2→0。解：中斷輸入輸出方式的接口五、中斷的類型中斷的例子復(fù)位，時(shí)鐘中斷，鍵盤中斷，頁面失效中斷中斷的類型：內(nèi)部中斷（異常處理）：算術(shù)操作異常、非法指令、越權(quán)指令、頁面失效外部中斷（可屏蔽，不可屏蔽）：鍵盤、鼠標(biāo)、電源軟件中斷：自陷（系統(tǒng)調(diào)用）習(xí)題：9，12，13第四節(jié)DMA方式一、基本概念目的減少大批量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)CPU的開銷。方法采用專用部件生成訪存地址并控制訪存過程。傳輸過程：預(yù)處理數(shù)據(jù)傳輸后處理二、DMA傳送方式問題：訪存沖突解決方法：CPU等待DMA。DMA乘存儲器空閑時(shí)訪問存儲器（周期挪用）。CPU與DMA交替訪問存儲器（透明方式）。DMA控制流程：三、DMA控制器結(jié)構(gòu)—基本結(jié)構(gòu)DMA與CPU的連接：習(xí)題：14第五節(jié)通道方式通道是一個(gè)具有輸入輸出處理器控制的輸入輸出部件。通道控制器有自己的指令，即通道命令，能夠根據(jù)程序控制多個(gè)外部設(shè)備并提供了DMA共享的功能。一、通道的類型 1.選擇通道 2.數(shù)組多路通道 3.字節(jié)多路通道二、通道的功能性能指標(biāo)：流量（吞吐率）字節(jié)多路通道的極限流量應(yīng)大于所接外設(shè)的字節(jié)傳送速率之和；其他兩種通道的極限流量應(yīng)大于所接外設(shè)中字節(jié)傳送速率最大的設(shè)備。通道的功能： 1.接受CPU的指令。 2.讀取并執(zhí)行通道程序。 3.控制數(shù)據(jù)傳送。 4.讀取外設(shè)的狀態(tài)信息，提供給CPU。 5.發(fā)出中斷請求。四、輸入輸出處理機(jī)通道結(jié)構(gòu)的I/O處理機(jī)(IOP)專用處理機(jī)（如網(wǎng)卡、顯卡上的處理機(jī)）外圍處理機(jī)(PPU)通用機(jī)（如雙CPU服務(wù)器）功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)搜索、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)、編碼/譯碼，打包/解包第六節(jié)輸入輸出接口與總線

——SCSI總線1.特點(diǎn)從通道發(fā)展而來傳輸速度快靈活性好（適用于各種外設(shè)）設(shè)備獨(dú)立性采用高級命令系統(tǒng)2.信號定義信號電平：單端方式差分方式3.總線控制地址構(gòu)成：設(shè)備地址(8個(gè))邏輯單元號（邏輯設(shè)備號）邏輯分區(qū)地址（16到32位塊地址）通信協(xié)議：消息傳遞八個(gè)