计算机组成原理(IO)要点

主机与外设交换信息控制方式
DMA方式
主存和高速外设之间直接实现数据传送 特点：主机与I/O并行工作，主存和I/O之间 有直接数据通路。CPU启动I/O后，不必查 询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发出 DMA请求，此时CPU不直接参与I/O和主存 间的信息交换，只是把外部总线的使用权暂 时交赋予DMA，仍然可以完成自身内部的 操作，故不必中断现行程序，只需暂停一个 存取周期访存，CPU效率更高。
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总线分类
1、按功能划分 局部总线 系统总线
RAM CPU 总线控制逻辑 系统总线 总线扩 展板 存储模块 扩展板 打印机 接口板 显示器接 口板 外总线 （局部总线与系统总线结构图） ROM
在系统中 内总线 所处的地位 外总线
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计算机组成原理
主讲：颜俊华 总线与I/O
Computer Science
主要内容
总线的基本概念、总线分类 接口的基本概念、接口分类 主机与外设间信息交换控制方式
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总线数据传输方式
同步传输：使用系统时钟控制数据传输 的时间标准。 异步传输：采用异步应答方式传输，没 有统一的时钟信号。
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接口概述
I/O接口：指主机和外设交接的部分 I/O接口位于系统总线和外设之间
I/O端口单独编址
设置单独I/O地址空间分时共享地址总线， 设置专用信号区分访问存储器还是I/O 特点：不占用存储地址空间，需用专用I/O 指令，灵活性差
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I/O指令
I/O指令
输入（IN）指令 输出（OUT）指令
通道指令 IOP指令
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并—串 转换
串—并 转换
串行总线
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总线性能指标
总线宽度：总线一次可同时传输的数据 位数 总线时钟频率：同步总线上的基本时钟， 是总线工作的最高频率 总线传输速率：总线上每秒钟传输的最 大字节数
总线传输速度=（总线宽度/8）*（总线时钟频率/时钟周期数）
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总线组成
地址总线：用于传送地址信息 数据总线：用于传输数据和代码 控制总线：用于传送控制和状态信号
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总线数据传输过程
总线基本任务传送数据。传送信息的主 动方称为主模块，被动放称为从模块。 同一时刻仅有一个主模块占用总线。 一次总线传输划分为：总线申请和裁决、 总线寻址、数据传送、错误检测
按所连接总线分类
ISA总线接口 EISA总线接口 MCA总线接口 STD总线接口
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接口的编址
与存储器统一编址
将I/O接口中的寄存器与内存单元统一编址， 访问I/O接口如同访问内存 特点：操作灵活，不用专用I/O指令，但需 要占用部分内存地址空间
系 统 总 线 外 设
接口
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接口功能
使用接口的原因：
一台机器通常配有多台设备，它们各自有其 编号，通过接口可以实现对设备的选择 I/O设备种类繁多，速度不一，通过接口可实 现数据缓冲，达到速度匹配 I/O设备可能串行传送数据，而CPU都是并行 传送，通过接口可实现数据串并格式转换 I/O设备的电平与CPU的电平不同，通过接口 可实现电平转换
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程序查询传送方式
主机对I/O接口访问（或传送数据）前，需 要查询外设的状态，已准备好，传送数据， 否则，CPU等待。
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主机与外设交换信息控制方式
特点：传送可靠 ， CPU与I/O设备串行工作， CPU利用率低（外设准备时好）
总线分类
2、 按数据传送格式分
并行总线 串行总线
发送 部件
高位 1
0 1 1 0 1 0 1
接收 部件
并行总线
3、按时序控制方式分
同步总线 异步总线
低位
4、总线标准
（IEEE美国电气电子工程师协会制订）
发送部件 传送数据 10110101
接收部件
PC总线 ISA总线 EISA总线 PCI总线等
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中断传送方式
CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为 某个随机事态服务的中断处理程序。处理完 毕后自动恢复原程序的执行。 特点：主机与I/O并行工作。CPU启动I/O后， 继续执行程序。当I/O准备就绪时，向CPU 发出中断请求信号，CPU在适当时候响应该 请求。提高了CPU的效率。
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接口功能
CPU启动I/O设备工作，要向设备发控制信号， 可通过接口传送控制命令 I/O设备需及时报告CPU其工作状态，通过接口 可监视设备工作状态，并保存状态信息，供 CPU查询
综上所述，接口具有的功能
寻址 数据传送与缓冲 数据类型、格式变换 主机与外设间数据、控制命令和状态信息的交换
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主机与外设交换信息控制方式
立即程序传送方式
主机对I/O接口的访问（读/写）不需要任何 条件，随时可以进行（要求主机与外设是同 步的）。即在传送信息时，外设已准备好。 特点：程序简单，硬件省；主机与外设要同 步（外设准备好），否则出错。
PIO CTC 部件内 总线
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总线分类
内存控 制器
内存
AGP/PCIE
CPU类型 内存类型 主频 前端总线 等支持
CPU
南桥 芯片
USB 键盘接口等
北桥 芯片
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接口分类
按数据传送格式划分
并行接口 接口与系统总线、接口与外设均按照并行方式 传送数据 适用于设备本身并行工作，距主机较近的场合 串行接口 接口与系统总线并行传送，接口与外设串行传 送 适用于设备本身串行工作，或距主机较远，或 需减少传送线的情况
总线概述
总线定义：一组能为多个部件分时共享的信息传送线路 特点：分时、共享
总线协议：连接到总线的各部件须遵守的总线标来自百度文库和规则
它包括： 1）信号线的定义 2）数据格式 3）时序关系 4）信号电平 5）控制逻辑
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总线概述
总线周期：一次总线操作所需要的时间 总线位宽：总线上能同时传输的数据位数 总线工作频率：协调总线上各种操作的时钟 频率，总线工作频率越高总线工作速度越快 总线带宽：单位时间内总线上可传输的数据 量 主设备：获得总线控制权的设备 从设备：被主设备访问的设备
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接口分类
按时序控制方式划分
同步接口 异步接口
按I/O传送控制方式划分
直接程序传送接口 中断接口 DMA接口
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接口分类
按是否可编程控制
可编程接口 不可编程接口