计算机组成原理:7输入输出系统-学习笔记

7.1 I/O 系统基本概念

基本概念

  • 外部设备
  • 接口:外设和主机传输数据时协调工作的逻辑部件
  • 输入设备
  • 输出设备
  • 外存设备
  • I/O 软件:驱动程序、用户程序等
  • I/O 硬件:包括外部设备、设备控制器和接口、I/O 总线等

I/O 控制方式

  • 程序查询方式
  • 程序中断方式
  • DMA 方式
  • 通道方式

7.2 外部设备

输入设备

  • 键盘
  • 鼠标

输出设备

  • 显示器
    • 主要参数
      • 屏幕大小:以对角线长度为标准
      • 分辨率
      • 灰度级
      • 刷新
      • 刷新频率
      • 显示存储器 (VRAM)
        • 容量
        • 带宽
    • 种类
      • CRT(Cathode-ray tube) 阴极射线管显示器
        • 字符显示器
        • 图形显示器
      • LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器
      • LED(Light-Emitting Diodes)发光二极管显示器
  • 打印机
    • 种类
      • 针式打印机
      • 喷墨式打印机
      • 激光打印机

外存储器

  • 磁盘存储器
    • 存储区域
      • 记录面(磁头数)
      • 磁道(柱面数)
      • 扇区(块)
    • 组成
      • 磁盘驱动器
      • 磁盘控制器
    • 记录原理
      • 通常调频制 FM 或改进型调频 MFM
    • 性能指标
      • 容量
      • 密度
        • 道密度、位密度、面密度
      • 平均存取时间
      • 数据传输率
    • 磁盘地址
    • 工作过程
      • 寻址、读盘、写盘
    • 磁盘阵列
      • RAID0, RAID1, RAID2, RAID 3, RAID 4, RAID 5
  • 光盘存储器
    • CD-ROM:只读
    • CD-R:一次可写
    • CD-RW:可重复读写
    • DVD-ROM(Digital Versatile Disc):高容量CD-ROM
  • 固态硬盘

7.3 I/O接口

接口功能

  • 控制主机与外设的联络
  • 选择设备和译码
  • 缓冲数据
  • 转换信号格式
  • 发送控制命令和状态信息

端口

  • 指接口电路中可以进行读写的寄存器

基本结构

  • 数据缓冲寄存器
  • 状态/控制缓冲寄存器
  • 地址译码和I/O逻辑控制
  • 外设界面控制逻辑

I/O接口类型

  • 按并行与串行
  • 按控制方式
    • 程序查询接口
    • 中断接口
    • DMA 接口
  • 按功能灵活性
    • 可编程接口
    • 不可编程接口

I/O 端口编址

  • 统一编制:又称存储器映射方式
  • 独立编址:又称 I/O 映射方式

7.4 I/O 方式

程序查询方式

程序中断方式

  • 过程
    1. 关中断
    2. 保存断电
    3. 引出中断服务程序
    4. 保存现场和屏蔽字
    5. 开中断
    6. 执行中断程序
    7. 关中断
    8. 恢复现场和屏蔽字
    9. 开中断
    10. 中断返回
  • 多重中断和中断屏蔽技术

DMA 方式

  • 特点
    • 传输时不需要经过CPU
    • 传输速度快
    • 传输开始前通过程序进行预处理,结束后通过中断进行后处理
  • DMA 控制器
    • 功能
      • 接受外部 DMA 请求,并向 CPU 发出总线请求
      • 接管总线,并操作 DMA
      • 确定传输地址和长度,并自动修改地址计数器
      • 规定传输方向,发出读写等信号执行传输操作
    • 组成
      • 主存地址计数器
      • 传送长度计数器
      • 数据缓冲寄存器
      • DMA 请求触发器
      • “控制/状态”逻辑
      • 中断机构
    • 传送方式
      • 停止 CPU 访问主存
      • DMA 与 CPU 交替访问主存
      • 周期挪用
    • 传送过程
      • 预处理
      • 数据传送
      • 后处理

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