计算机组成原理(IO)要点
计算机组成原理——IO接口以及IO设备数据传送控制方式
计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。
硬件与硬件之间有接⼝，硬件与软件之间有接⼝，软件与软件之间也有接⼝。
这⾥我们所说的I/O接⼝，⼀边连接着主机，⼀边连接着外设。
I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制。
组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。
其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝，⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。
内部接⼝：与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连。
数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。
外部接⼝：通过接⼝电缆与外设相连，外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式，因此I/O接⼝需具有串并转换功能。
接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝，端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。
I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择，必须给众多的I/O设备进⾏编址，也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码，称之为设备号或端⼝地址。
统⼀编址：与存储器共⽤地址，⽤访存指令访问I/O设备。
独⽴编址：单独使⽤⼀套地址，有专门的I/O指令。
接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。
是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。
通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。
也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态，⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进⾏数据的传送。
该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。
⽆条件传送：只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点：较好协调主机与外设之间的时间差异，所⽤硬件少。
缺点：主机与外设只能串⾏⼯作，主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯，CPU效率低。
程序查询⽅式接⼝结构：⼀次只能查询⼀个字的原因？在这种传送⽅式下，外部数据是要存到CPU寄存器中的，故需要⼀个字。
io知识点总结
io知识点总结什么是IO？IO（Input/Output）是指计算机与外部设备（如磁盘、网络等）之间的数据传输。
在计算机科学中，IO是指任何将数据从一个地方移动到另一个地方的过程。
输入是指从外部设备到计算机，输出是指从计算机到外部设备。
IO是处理器与外部世界交互的方式。
输入可以是用户输入、文件、网络数据等，输出可以是显示到屏幕上、保存到文件中、发送到网络等。
常见的IO设备有磁盘、键盘、鼠标、打印机、显示器、网络接口等。
在计算机编程中，IO是一个重要的概念。
程序需要从外部设备读取数据，处理数据，然后将结果输出到外部设备。
因此，理解IO的原理和使用方法对编程非常重要。
IO的分类IO可分为同步IO和异步IO两种模式。
同步IO是指程序在进行IO操作时会阻塞，直到操作完成才会继续进行下一步操作，而异步IO是指程序进行IO操作时不会阻塞，可以继续进行其他操作。
同步IO的优点是简单易用，适合于简单的IO操作，但缺点是效率不高。
异步IO的优点是效率高，适合于大量的IO操作，但缺点是复杂度高，使用起来较为困难。
IO通常又可以分为文件IO和网络IO两种类型。
文件IO是指程序与文件进行数据交换，包括读取文件、写入文件、修改文件等操作。
网络IO是指程序与网络进行数据交换，包括发送数据、接收数据、建立连接、断开连接等操作。
文件IO和网络IO在使用上有一些不同，但原理都是类似的。
在进行IO操作时，程序需要打开文件或建立网络连接，然后读取或写入数据，最后关闭文件或断开连接。
IO的基本操作在进行IO操作时，通常需要进行如下几个基本步骤：1. 打开文件或建立连接：首先需要使用适当的函数或方法打开文件或建立连接。
在文件IO 中，通常使用open()函数，而在网络IO中，通常使用socket库来创建套接字并连接到网络。
2. 读取数据或写入数据：一旦打开文件或建立连接，就可以进行数据的读取或写入操作。
在文件IO中，可以使用read()函数读取数据，write()函数写入数据；而在网络IO中，可以使用recv()函数接收数据，send()函数发送数据。
计算机组成原理-知识点汇总
《计算机组成原理》80个重要知识点汇总1、硬件包括中央处理器、存储器、外部设备和各类总线等。
1）中央处理器（处理器/CPU）：核心部件，用于执令的执行。
2）存储器:内存和外存3）外部设备（简称外设，也称I/O设备）：输入、输出设备。
4）总线：用于在部件之间传输信息。
2、软件1）系统软件: 操作系统（O/S）2）应用软件: 电子邮件、文字表格软件等。
3、计算机层次结构指令集体系结构ISA（简称体系结构或系统结构）：连接软件和硬件的一个“桥梁”，是一台计机可以执行的所有指令集合。
微体系结构（简称微架构）：具体实现的组织。
是由逻辑电路实现的，而逻辑电路又是按照特定的器件技术实现的。
编程语言低级语言：和运行计算机底层结构密切相关。
例：机器语言汇编语言：是一种机器语言的符号表示语言，通过用简短的英文符号和二进制代码建立对应关系。
高级语言：和底层计算机结构关联不大，大部分编程语言都是高级语言。
翻译程序：源程序→目标程序。
汇编程序：也称汇编器，将汇编语言源程序翻译成机器语言目标程序。
解释程序(解释器)：将源程序中的语句逐条解释，转换成机器指令执行。
编译程序(编译器)：将高级语言源程序翻译成汇编或机器语言目标程序。
4、冯诺依曼结构基本思想（1）采用“存储程序”工作方式。
存储程序: 指将编好的程序和原始数据送入主存并能自动执行的过程。
（2）计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个基本部件组成。
运算器：进行算术和逻辑运算。
控制器：自动执行指令。
存储器：存放数据和指令输入、输出设备：便于操作人员使用计算机。
（3）计算机内部以二进制形式表示指令和数据。
5、冯诺依曼结构模型机通用寄存器组：由若干个通用寄存器组成，用于存放操作数或操作数的地址。
标志寄存器：用来存放ALU运算得到的一些标志信息。
程序计数器（PC）：用来存放将要执行的下一条指令的地址。
指令寄存器（IR）：用于存放从主存储器读出的指令。
主存地址：每个存储单元的唯一编号。
计算机组成原理之IO系统
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1、接口与主机的连接
•Ｉ/Ｏ设备在结构和工作原理上与主机有很大的差异，它们 都有各自单独的时钟，独立的时序控制和状态标准。
•主机与外部设备工作在不同速度下，它们速度之间的差别 一般能够达到几个数量级。
•主机与外设在数据格式上也不相同：主机采用二进制编码 表示数据，而外部设备一般采用ASCII编码。在主机与外 设进行数据交换时必须引入相应的逻辑部件解决两者之间 的同步与协调、数据格式转换等问题，这些逻辑部件就称 为输入输出接口，简称为接口。
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3、接口的分类
接口类型与Ｉ/Ｏ设备的类型、Ｉ/Ｏ设备对接口的特殊要求、CPU 与接口之间信息交换的方式等因素有关，从不同的角度来考虑可以 分为： •按数据传输的宽度分类，分为并行接口与串行接口。在主机和接 口一侧，数据总是并行传送的，并行接口每次可传送一个字节（或 字）的所有位，所以传送速率高，但传输线宽。在串行接口中，外 设和接口间的数据每次只传送一位数据，传送速率低，但只需一根 数据线。常用在远程终端和计算机网络等设备离主机较远的场合下。 •按操作的节拍分类，可分为同步接口和异步接口。同步接口的数 据传送按照CPU的控制节拍进行。异步接口不由CPU的时钟控制， 而是利用应答方式实现CPU与Ｉ/Ｏ设备之间的信息交换。
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•Trap是一个引起陷阱的指令被执行后立刻会报告的异常。Trap 处理程序的返回地址指向引起陷阱指令的随后一条指令，因此返 回后会执行下一条指令。 •Abort是一种不会报告导致异常指令精确位置的异常，并且不允 许导致异常的程序重新继续执行。Abort用于报告严重错误，例 如硬件错误以及系统表中存在不一致性或非法值。
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主程序指令
是否有中断请求 Y N
主程序指令
(完整版)计算机组成原理知识点总结(唐朔飞版)
1、硬件：输入输出设备，控制器，存储器，运算器。
2、计算机技术指标：机器字长、存储容量、运算速度。
3、多总线结构的原理：双总线结构特点是将速度较低的I/O设备从单总线上分离出来，形成主存总线和I/O总线分开的结构。
三总线1由主存总线用于CPU与主存之间的传输，I/O总线供CPU与各类I/O 设备之间传递信息，DMA总线用于高速IO设备与主存之间直接交换信息，任意时刻只能用一种总线，主存总线与DMA总线不能同时对主存进行存取。
三总线2CPU与Cache之间构成局部总线，而且还直接连到系统总线上，cache可通过系统总线与主存传输信息，还有一条扩展总线可以连接IO设备。
四总线由局部总线，系统总线，告诉总线，扩展总线构成。
4、总线判优分为集中式和分布式两种，集中式分为链式查询、计数器定时查询、独立请求方式（排队器）5、总线通信控制的四种方式：同步通信，异步通信，半同步通信，分离式通信。
6、波特率是每秒传输的位数，比特率是每秒传输的有效数据位数（bps）7、存储器技术指标：存储速度，存储容量和位价。
8、存储器分为主存，闪存，辅存和缓存。
9、分层原因：1缓存-主存层解决CPU与主存速度不匹配问题；2主存-辅存层解决系统存储容量的问题。
10、主存的技术指标：存储容量，存储速度（存取时间和存取周期表示）。
11、存储器带宽的计算方法：如存取周期为500ns，每个存取周期可访问16位，则带宽为32M位/秒。
带宽是衡量数据传输率的重要技术指标。
12、动态RAM的刷新方式：集中刷新（是在规定的一个刷新周期内，对全部存储单元集中一段时间逐行进行刷新，此刻必须停止读写操作‘死时间’）分散刷新（指对每行存储单元的刷新分散到每个存取周期内完成。
不存在死时间，整个系统速度降低）异步刷新（前两种方式的结合，即可缩短死时间，又充分利用最大刷新间隔为2ms的特点）。
13、动态RAM集成度远高于静态RAM；动态RAM行列地址按先后顺序输送，减少了芯片引脚，封装尺寸也减少；动态RAM功耗比静态RAM小；动态RAM的价格比静态RAM便宜；由于使用动态元件，因此速度比静态RAM低；动态RAM需要再生，需配置再生电路，也需要消耗一部分功率。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结计算机组成原理是计算机科学与技术专业的一门重要课程，涉及到计算机硬件的各个方面。
下面是对计算机组成原理的一些常见知识点的总结：1. 计算机的基本组成：计算机由中央处理器（CPU）、存储系统（主存储器和辅助存储器）、输入设备和输出设备组成。
2. 中央处理器（CPU）：CPU是计算机的核心部件，负责执行指令和控制计算机的运算。
它包括运算器和控制器两个主要部件。
3. 存储系统：存储系统用于存储和访问计算机的数据和程序，分为主存储器（RAM）和辅助存储器（硬盘、固态硬盘等）两种。
主存储器是CPU直接访问的内存空间，辅助存储器则用于长期存储数据。
4. 输入设备和输出设备：输入设备将外部数据和指令输入到计算机中，输出设备将计算机处理后的结果输出给用户。
常见的输入设备有键盘、鼠标等，输出设备有显示器、打印机等。
5. 数据表示与运算：计算机使用二进制系统来表示和处理数据。
常见的数值表示方法有原码、反码和补码。
计算机可以对数据进行加、减、乘、除等基本运算。
6. 指令与程序：计算机通过指令集来执行各种操作。
指令包括操作码和操作数，操作码表示要执行的操作，操作数表示操作的对象。
程序是一系列指令的集合，通过指令的顺序执行来实现特定功能。
7. 控制器：控制器负责解析和执行指令，控制计算机的各个部件的动作，保证指令的正确执行顺序。
控制器包括指令寄存器、程序计数器和时序控制等模块。
8. 总线：计算机中各个部件之间通过总线进行数据和控制信号的传输。
主要包括数据总线、地址总线和控制总线三种。
9. 中断和异常：中断是指计算机在执行中断指令或外部事件发生时，强制暂停当前程序的执行，转而执行中断处理程序。
异常是指计算机执行指令时遇到的错误或特殊情况，需要进行异常处理。
10. 存储器层次结构：计算机的存储器层次结构包括寄存器、高速缓存、主存储器和辅助存储器等多个层次。
不同层次的存储器根据访问速度和容量等特点，提供不同级别的数据存储和访问。
计算机组成原理知识点总结
计算机组成原理知识点总结计算机组成原理是计算机科学与技术的基础课程之一，涉及到计算机系统的硬件和软件组成，以及它们之间的交互关系。
以下是一些计算机组成原理的重要知识点总结：1. 计算机的分类：计算机可以根据规模、用途和结构等方面进行分类。
常见的分类有超级计算机、服务器、工作站、个人电脑、嵌入式系统等。
2. 计算机的基本组成：计算机由硬件和软件两部分组成。
硬件包括中央处理器(CPU)、内存、输入输出设备和存储设备等。
软件包括系统软件和应用软件。
3. 冯·诺依曼体系结构：冯·诺依曼体系结构是现代计算机体系结构的基础，它包含了存储器、算术逻辑单元(ALU)、控制单元和输入输出单元。
4. 存储器层次结构：计算机的存储器层次结构从高速缓存到主存再到辅助存储器，层层递进，速度和容量逐渐增大，成本逐渐减小。
5. 数据表示和运算：计算机使用二进制表示数据，并且可以进行不同进制间的转换。
在计算过程中，计算机使用算术逻辑运算对数据进行操作。
6. 指令集体系结构：指令集体系结构是计算机硬件和软件的接口，定义了计算机的指令集和指令执行方式。
常见的指令集体系结构有精简指令集(RISC)和复杂指令集(CISC)。
7. CPU的工作原理：CPU执行计算机指令的过程包括取指令、译码指令、执行指令和写回结果等步骤。
这些步骤是由控制单元和算术逻辑单元(ALU)完成的。
8. 输入输出系统：计算机通过输入输出设备与外部环境进行交互。
输入输出系统包括输入输出控制器、输入输出接口和输入输出设备等。
9. 总线：计算机内部各个硬件部件之间通过总线进行通信和数据传输。
总线包括数据总线、地址总线和控制总线。
10. 中断和异常：中断是计算机在执行过程中响应外部事件的一种机制，可以中断当前的执行流程。
异常是由于程序错误或硬件错误而引起的计算机响应机制。
以上是计算机组成原理的一些重要知识点总结，它们构成了计算机系统的基础，对于理解计算机的工作原理和设计原则非常重要。
计算机组成原理输入输出系统
2007.7.2
计算机组成原理
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预置传送参数 启动外设
取外设状态
外设准备
N
就绪?
Y
传送一次数据
修改传送参数 Y
N
传送完
否?
结束
图8-5 程序查询方式流程
2007.7.2
计算机组成原理
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8.2.2 中断方式
在程序查询方式使CPU循环等待，造成了CPU 资源的浪费。中断传送方式很好地解决了这个问题， 在外设没有做好数据传送准备时，CPU可以运行与 传送数据无关的其他指令，外设做好传送准备后， 主动向CPU提出申请，若CPU响应这一申请，则暂 停正在运行的程序，转去执行数据输入/输出操作的 指令，数据传送完毕后返回，CPU继续执行原来运 行的程序，这样使得外设与CPU可以并行工作，提 高了系统的效率。如今，中断已经是现代计算机普 遍采用的—项技术。
07.7.2
计算机组成原理
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程序查询方式的工作过程大致为：
(1)预置传送参数。在传送数据之前，由CPU 执行一段初始化程序，预置传送参数。传送参数包 括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。
(2)向外设接口发出命令字。当CPU选中某台 外设时，执行输出指令向外设接口发出命令字启动 外设，为接收数据或发送数据做应有的操作准备。
io 原理
io 原理IO原理是计算机系统中的一个重要概念，它指的是输入和输出的基本原理和机制。
在计算机系统中，输入和输出是与外部世界进行信息交互的方式，也是计算机与用户之间进行信息传递的途径。
了解IO原理对于理解计算机系统的工作原理和优化系统性能具有重要意义。
一、IO的基本原理IO（Input/Output）是指计算机系统与外部设备之间进行信息传递的过程。
计算机系统需要通过输入设备接收外部输入的信息，如键盘、鼠标等；同时，计算机系统还需要通过输出设备将计算结果或其他信息传递给用户，如显示器、打印机等。
IO原理主要包括输入和输出两个方面。
输入是指将外部设备传递的信息输入到计算机系统中。
计算机通过输入设备接收外部输入的信息，然后将其转换成计算机能够处理的形式。
例如，键盘是常见的输入设备，用户通过键盘输入字符或命令，计算机将其转换为二进制数据进行处理。
输出是指将计算机系统中的信息传递给外部设备。
计算机通过输出设备将计算结果或其他信息展示给用户。
例如，显示器是常见的输出设备，计算机将处理后的数据转换为图像信号，通过显示器展示给用户。
二、IO的工作原理IO的工作原理可以分为同步IO和异步IO两种模式。
同步IO是指在IO的整个过程中，系统在等待IO完成时处于阻塞状态，直到IO操作完成后才继续执行。
同步IO的特点是简单直观，但会造成系统资源的浪费，因为系统需要等待IO操作完成后才能进行其他任务。
异步IO是指在IO的整个过程中，系统不需要等待IO操作完成，而是继续执行其他任务。
当IO操作完成后，系统会通知用户程序进行后续处理。
异步IO的特点是效率高，可以充分利用系统资源，但编程复杂度较高。
三、IO的优化方法为了提高系统的IO性能，可以采取以下优化方法：1. 缓存：通过将IO数据缓存在内存中，减少IO操作的次数，提高系统的IO性能。
例如，操作系统会将磁盘中的数据缓存在内存中，当需要读取数据时，首先检查缓存中是否存在，如果存在则直接返回，避免了磁盘IO操作。
计算机组成原理 IO设备及其工作原理
光笔、画笔与图形板
• 光笔：头部装有一个透镜系统，能把进入的光汇聚成一个 光点，通过后端的导线连到主机，从而拾取某光点在显示 器屏幕上的X，Y坐标。
– 光笔将荧光屏当作图形平板，屏上的象素矩阵能够发光。当光笔 所指的象素被激活时，象素发出的光就被转换为脉冲信号。这个 脉冲信号与扫描时序进行比较后，便得出光笔所指位臵的方位信 号。 – 缺点1：显示器的不同分辨度，电子束的不同扫描速度，荧光粉的 不同特性，以及笔尖与荧光粉的不同距离与角度等诸多因素都会 影响光笔的分辨度与灵敏度。 – 缺点2：光笔对于荧光屏上不发光的区域无法检测。而且使用者长 期凝视荧屏，会感到眼睛疲劳。
• 操纵杆输入
– 使用时用手指轻压小圆杆，显示器上的光标将 按照圆杆受力的方向在屏幕上移动。一般在底 盘设臵应变硅片或压敏电阻来感受圆杆所受的 压力。
• 鼠标器和操纵杆
– 它们和显示器光标结合，可输入相对坐标。
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触摸屏
• 触摸屏
– 触摸屏是透明的，可安装在任何一种显示 器的表面。
– 工作原理：一种定位设备，通过一定的物 理手段，使用户触摸触摸屏时，所摸的位 臵（以坐标形式）被控制器检测到，并通 过I/O接口送到CPU，从而确定用户所输入 的信息。
– 每个I/O设备都必须配有一套独立的逻辑电路与CPU相连， 线路复杂。 – 输入输出过程穿插在CPU执行程序之中进行，当I/O与主 机交换信息时，CPU不得不停止各种运算。 – 每个I/O设备的逻辑控制电路与CPU的控制器紧密构成一 个不可分割的整体，增减或更换I/O设备十分困难。
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接口模块和DMA阶段
I/O设备及其工作原理
1
输入输出系统的发展
• 四种类型
– 以CPU为中心的阶段(早期阶段)
io底层原理
io底层原理IO底层原理IO（Input/Output）是计算机中常用的数据输入输出方式，是计算机与外部设备（如磁盘、网络等）进行交互的重要手段。
IO底层原理指的是IO操作在计算机系统中的实现原理和机制。
本文将从硬件层面、操作系统层面和应用层面依次介绍IO底层原理。
一、硬件层面1. 总线通信：计算机内部的IO设备通过总线与CPU进行通信。
总线是一种传输数据的通道，分为地址总线、数据总线和控制总线。
IO设备通过地址总线传递地址信息，通过数据总线传递数据，通过控制总线传递控制信号。
2. 硬件中断：IO设备通过硬件中断机制与CPU通信。
当IO设备完成一个输入输出操作时，会向CPU发出中断请求信号，CPU会暂停当前任务，转而处理IO设备的中断请求。
3. DMA（Direct Memory Access）：DMA是一种无需CPU干预的数据传输方式，可以提高IO设备与内存之间的数据传输效率。
DMA控制器可以直接将IO设备的数据存储到内存中，或者将内存中的数据传输到IO设备中，减轻了CPU的负担。
二、操作系统层面1. 缓冲区：操作系统为IO设备分配了缓冲区，用于暂存输入输出的数据。
缓冲区可以提高IO设备与CPU之间的数据传输效率，同时可以减少CPU对IO设备的频繁访问。
2. IO调度算法：操作系统通过IO调度算法来决定IO设备的访问顺序。
常见的IO调度算法有先来先服务（FCFS）、最短寻道时间优先（SSTF）、电梯算法等，这些算法可以有效地提高IO设备的利用率和响应速度。
3. 中断处理程序：操作系统会为每个IO设备注册一个中断处理程序，用于处理IO设备的中断请求。
中断处理程序会根据中断类型进行相应的处理，如读取数据、写入数据等。
三、应用层面1. 文件系统：文件系统是应用程序与IO设备之间的接口，用于管理文件和目录。
文件系统提供了读取、写入、删除等操作，通过文件系统可以将IO设备的数据存储到文件中，或者从文件中读取数据。
计算机组成原理 第五章 IO系统
5.3.2 DMA控制器与接口的连接
系统总线 CPU M
接口 接口
多路型DMA控制器 允许各设备以字节 为单位交叉传送， 或以数据块为单位 成组传送。
DMA 控制器
接口板 I/O I/O
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主机板
系统总线 CPU M DMA DMA 控制器 接口 接口
1.DMA控制器功能
I/O
I/O
（1）接收初始化信息 （传送方向、主存首址、交换量）。 初始化 （2）接收外设DMA请求，判优， 向CPU申请总线。 传送前 （3）接管总线权，发地址、读/写命令。 传送期间
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（2）判断中断源 向量中断与非向量中 断相结合 (软件扩展) 请求1与请求2在控制 逻辑中形成公共请求 IRQ2，送入8259参加 判优；CPU响应后执行 IRQ2服务程序(向量中 断过程)； CPU在IRQ2服务程序中 查询各设备状态，判 中断源，转入相应设 备服务程序 (非向量中 断过程)。
5
（2）特点
随机发生的事态 （按键、故障） （调用打印机） 随机性 有意调用,随机请求与处理的事态 随机插入的事态 （软中断指令插入程序任何位置）
注意中断与转子的区别。 3.中断分类 （1）硬件中断与软中断
由硬件请求信号引发中断
由软中断指令引发中断
（2）内中断与外中断
中断源来自主机内部
中断源来自主机外部
模型机的外中断源安排： 8259 通过IRQ2进行扩展。 （1）接口组成 两个扩展中断源共用一个接口。
5 4 3 2 1
IRQ0 系统时钟 IRQ1 实时时钟 IRQ2 通信 IRQ7 打印机
0
命令字格式： 启动1 停止1 选通1 启动2 停止2 选通2
状态字格式： 忙1 完成1 出错1 忙2 完成2 出错2
《计算机组成原理》第五章知识点
知识点1、输入输出系统的组成：I/O软件（I/O指令、通道指令）、I/O硬件2、I/O设备与主机的联系方式：I/O设备编址方式、设备寻址、传送方式、联络方式、I/O 设备与主机的连接方式(1)I/O设备编址方式：①统一编址：将I/O地址看做是存储器地址的一部分，用取数、存数指令②不统一编址：I/O地址和存储器地址是分开的，所有I/O设备的访问必须有专门的I/O指令(2)设备寻址可由I/O指令的设备码字段直接指出该设备的设备号。
通过接口电路中的设备选择电路，便可选中要交换信息的设备。
(3)传送方式：并行、串行(4)联络方式：①立即响应方式：用于一些工作速度十分缓慢的I/O设备②异步工作采用应答信号联络：用于I/O设备与主机工作速度不匹配时。
③同步工作采用同步时标联络：要求I/O设备与CPU工作的速度完全同步。
3、I/O设备与主机的连接方式(1)辐射式连接方式：要求每台I/O设备都有一套控制线路和一组信号线，因此所用器件和连线较多，对I/O设备的增删比较困难(2)总线连接方式：便于增删设备，被大多数现代计算机所采用4、I/O设备与主机信息传送的控制方式(1)程序查询方式：是由CPU通过程序不断查询I/O设为被是否已经做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息。
要求I/O接口内设置一个能反映I/O设备是否准备就绪的状态标记，CPU通过对此标记的检测，可得知I/O设备的准备情况，从而终止了原程序的执行。
CPU反复查询的过程犹如就地“踏步”。
（串行）CPU工作效率不高。
(2)程序中断方式：CPU在启动I/O设备后，不查询设备是否已经准备就绪，继续执行自身程序，只是当I/O设备准备就绪并向CPU提出中断请求后才予以响应，大大提高了淳朴的工作效率。
CPU执行程序与I/O设备做好准备是同时进行的，CPU资源得到了充分的利用。
(3)DMA方式（直接存储器存取方式：主存与I/O设备之间有一条数据通路，交换信息是，无须调用中断服务程序。
计算机组成原理外存与IO设备要点课件
投影仪
投影仪可以将计算机输出的视频信号 投影到大屏幕上，方便多人观看。
音响
音响用于播放声音，可以输出计算机 输出的音频信号。
通信设备
01
02
03
网络适配器
网络适配器用于将计算机 连接到网络，实现数据传 输和通信。
调制解调器
调制解调器用于将计算机 通过电话线连接到互联网 。
交换机和路由器
交换机和路由器用于连接 多个计算机或网络设备， 实现数据传输和通信。
储和读取。
工作原理
光盘内部由透明材料制成，表面有记录数 据的凹坑和凸起，通过激光器照射在光盘
表面并检测反射光的变化来读取数据。
特点
容量大、价格低、数据可靠性高，但读写 速度较慢。
分类
按照存储容量可分为CD、DVD、BD等， 按照读写类型可分为只读、可写一次、可 擦写等。
02
IO设备介绍
输入设备
键盘
工作原理
硬盘内部由多个磁盘片组成， 数据存储在磁道上，通过读写 磁头在磁盘表面移动来读取或 写入数据。
分类
按照接口类型可分为IDE、 SATA、SCSI等，按照转速可分 为5400转/分、7200转/分等。
固态硬盘
定义
特点
固态硬盘是一种基于闪存的存储设备，没 有机械运动部件，数据存储在闪存芯片中 。
04
外存与IO设备的性能指标
存储容量
存储容量
指外存或IO设备能够存储的数据量， 通常以字节（Byte）、千字节（KB） 、兆字节（MB）、吉字节（GB）、 太字节（TB）等单位来表示。
存储密度
指单位物理空间内能够存储的数据量 ，是衡量存储器性能的重要指标之一 。
传输速率
01
计算机组成原理要点
计算机组成原理要点计算机组成原理是计算机科学与技术领域的基础学科，它涉及到了计算机的硬件、软件和通信等方面。
下面将介绍一些计算机组成原理的重要要点。
1. 计算机硬件计算机硬件由多个不同的组件构成，包括中央处理器（CPU）、内存、输入输出设备以及存储设备等。
CPU 是计算机的核心，它执行指令、处理数据和控制其他硬件设备。
内存用于存储程序和数据，它分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型。
输入输出设备用于与计算机交互，例如键盘、鼠标、显示器和打印机等。
存储设备包括硬盘、固态硬盘和光盘等，用于长期存储数据和程序。
2. 指令执行计算机中的指令以二进制形式表示，计算机根据指令来执行不同的操作。
指令集体系结构（ISA）定义了计算机所支持的指令集，包括指令的格式和操作的功能等。
指令通常包括操作码和操作数，操作码表示指令的类型，操作数指定了指令要操作的数据和寄存器等。
指令的执行过程包括取指、译码、执行和访存等阶段，计算机按照指令的顺序逐步执行。
3. 运算器和控制器计算机中的运算器负责进行算术和逻辑操作，它包括算术逻辑单元（ALU）和寄存器等组件。
ALU 能够执行各种算术和逻辑运算，例如加法、减法和与或非等。
寄存器用于暂时存储数据，包括通用寄存器、指令寄存器和程序计数器等。
控制器负责解释和执行指令，它与算术逻辑单元和存储器之间进行数据传输和控制信号的交互。
控制器还包括时钟、总线和解码器等。
4. 存储器层次结构计算机的存储器采用存储器层次结构，以满足不同存储需求和性能要求。
存储器层次结构从上到下分为高速缓存、主存和辅助存储器等级别。
高速缓存作为最快速的存储器，用于暂时存储经常被访问的数据和指令。
主存是计算机的主要存储器，用于存储正在运行的程序和数据。
辅助存储器包括硬盘、固态硬盘和光盘等，用于长期存储大量数据和程序。
5. 总线和输入输出计算机中的总线用于连接和传输数据和控制信号。
总线分为数据总线、地址总线和控制总线等。
计算机组成原理(重点知识总结)
第一章计算机系统概论1.冯•诺依曼计算机模型。
1）计算机由运算器、存储器、控制器和输入/输出五个部件组成；2）存储器以二进制形式存储指令和数据；3）存储程序工作方式；4）五部件以运算器为中心进行组织。
现代计算机以存储器为中心。
2.计算机系统性能指标：字长，主频，主存容量，RASIS特性，兼容性。
第三章系统总线1.总线是连接两个或多个功能部件的一组共享的信息传输线；一个部件发出的信号可以被连接到总线上的其他所有部件所接收。
总线按连接部件不同分为：片内总线、系统总线、通信总线。
系统总线按传输信息不同分为：数据总线（双向，其位数与机器字长和存储字长有关，总线宽度）、地址总线（由CPU输出，单向）、控制总线。
2.总线性能指标：（1）总线宽度：它是指数据总线的根数。
（2）总线带宽：总线的数据传输速率即单位时间内总线上传输数据的位数，单位为MBps（3）时钟同步/异步：总线上的数据与时钟同步工作的总线称同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。
（4）总线复用：为了提高总线的利用率，优化设计，特将地址总线和数据总线共用一条物理线路，只是某一时刻该总线传输地址信号，另一时刻传输数据信号或命令信号。
（5）信号线数：即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。
（6）总线控制方式：包括并发工作、自动配置、仲裁方式、逻辑方式、计数方式等。
3.总线裁决：决定哪个总线主控设备将在下次得到总线使用权的过程称为总线裁决。
•两类总线裁决方式：集中式和分布式集中式裁决方式：使用总线控制器；分布式裁决方式：控制逻辑分散在各个部件或设备中。
集中式裁决方式：链式查询，计数器定时查询，独立请求查询。
总线通信控制：同步通信（通信双方由统一时标控制数据传送）异步通信（采用应答方式，不互锁，半互锁，全互锁）。
第四章存储器1.存储器的主要性能指标容量，速度，价格。
存储器的分类2.按存储介质分类：1）半导体存储器（双极型和MOS型）2）磁表面存储器3）磁芯存储器4）光盘存储器按存取方式分类1）随机存储器2）只读存储器（静态SRAM，动态DRAM）3）串行访问存储器3.半导体只读存储器：掩膜只读存储器ROM可编程ROM（PROM）可擦除和编程的ROM（EPROM）电擦除电改写只读存储器（EEPROM）闪速存储器（flash memory）4.主存的指标存储容量，存储速度（时间和周期）和存储器带宽。
计算机组成原理外存与IO设备要点课件
这些设备在特定应用场景下发挥 重要作用，如摄像头用于视频通 话和会议，游戏手柄用于游戏控 制等。
06
CATALOGUE
IO设备的工作原理
显示器的工作原理
显示器的工作原理
显示器是计算机的重要输出设备，用于将计算机内部的数据以可视化的方式呈现给用户。显示器通过将计算机传输的 信号转换成图像，使用户能够直观地查看和交互。
固态硬盘
总结词
固态硬盘（SSD）是一种基于闪存的存储器，具有高速读写、低功耗、抗震等特点。
详细描述
固态硬盘内部由多个闪存芯片组成，数据存储在闪存芯片的存储单元中。由于没有机械运动，固态硬盘的读写速 度非常快，通常在数百兆字节每秒以上。此外，固态硬盘还具有低功耗和抗震等特点，使其成为高性能计算机和 移动设备的理想选择。
电子式
智能式
现代的IO设备已经逐渐向智能式发展 ，如触摸屏、扫描仪等，它们不仅具 有输入输出功能，还能进行数据处理 和通信。
随着电子技术的发展，IO设备逐渐向 电子式转变，如磁盘驱动器、打印机 等，它们具有更高的速度和精度。
IO设备的技术指标
数据传输速度
IO设备的数据传输速度是衡量其性能的 重要指标，包括传输速率、带宽等参数
数据。
光盘的工作原理
01
光盘利用激光束在光盘表面形成凹坑和凸起，以二进制形式存 储数据。
02
光盘表面由透明基质、反射层和存储层组成，激光束通过基质
照射到存储层，反射回来的光线经过聚焦后形成光点。
光点的形状和大小通过调制激光束的强度和聚焦点位置来控制
03
，从而实现数据的写入和读取。
U盘与闪存盘的工作原理
兼容性
指外存储器与计算机和其他设备的互 操作能力，通常以接口类型、操作系 统支持等为指标。
华中科技大学计算机组成原理考研资料——(9)IO系统
请按下图所示时间轴给出的设备中断请求时刻，画出CPU执行程序的轨 迹。A、B、C中断服务程序的时间宽度均为20 s。
中断 请求
20
40
60
80
t(s)
-39-
A
B C请求
解：从中断屏蔽字看出，其处理优先级为： A>C>B 故CPU运行轨迹如下：
C服务
-15-
中断分类
自愿中断—— 指令中断
内中断
强迫中断
中断 外中断( 强迫中断)
硬件故障 软件出错 不可屏蔽中断 可屏蔽中断
-16-
程序中断处理示意图
A请求中断 主程序 B请求中断 C请求中断
A中断服务子程序 B中断服务子程序
C中断服务子程序
主程序？ 子程序与中断服务子程序与的区别？
子程序在特定位置显式调用，后者随机调用，现场不同？
输入过程 输出过程
-4-
输入输出过程
输入过程
CPU将一个地址放在地址总线上，选择设备 CPU等候输入设备的数据成为有效
CPU从数据总线读入数据
输出过程
CPU将一个地址放在地址总线上，选择设备 CPU把数据放在数据总线上； 输出设备认为数据有效，取走数据
-5-
-26-
中断屏蔽位
中断请求寄存器IR
对应位为1表示相应外设发出了中断请求； 中断字，中断码。
中断屏蔽寄存器INM
对应位设置1为设置屏蔽，否则取消屏蔽； 每个设备都有自己独立的中断屏蔽字；
CPU执行某个设备的中断服务子程序时将其中断屏蔽字载入中断 屏蔽寄存器；
不可屏蔽中断不受中断屏蔽寄存器的控制。
io基础知识点
io基础知识点嘿，朋友！咱们今天来聊聊 IO 基础知识点，这可是计算机世界里相当重要的一块儿哦！你想啊，IO 就像是计算机的“嘴巴”和“耳朵”，它负责让计算机和外部世界交流。
比如说，你在键盘上敲字，这信息怎么能被计算机“听”到并处理呢？这就得靠 IO 啦！先来说说输入。
就好比你去餐厅点菜，服务员把你点的菜记下来，这就是输入。
计算机也一样，它得从各种设备接收信息，像键盘、鼠标、摄像头、麦克风等等。
那输出呢？这就像厨师把做好的菜端给你，让你看到、尝到。
计算机把处理好的结果展示在屏幕上、打印出来、通过音响发声，这都是输出。
文件读写也是 IO 里很关键的一部分。
想象一下，文件就像是一个个装满信息的“宝箱”，计算机得有办法打开宝箱读取里面的宝贝，或者把新的宝贝放进去。
读文件的时候，计算机得准确地找到文件的位置，然后逐字逐句地理解里面的内容。
写文件呢，就像是你在精心创作一本日记，把重要的事情记录下来。
还有网络 IO 呢！这就像是计算机和远方的朋友通信。
它得把自己想说的话发出去，也得能听懂对方传来的消息。
要是网络IO 出了问题，那可就像电话信号不好，话都说不清楚啦！再比如说，缓冲区在 IO 中也起着重要作用。
缓冲区就像是一个临时的“仓库”，可以先把一些数据存起来，等攒够了一起处理，这样能提高效率。
这就好像你去超市买东西，先把选好的东西放到购物篮里，装满了再一起去结账。
在实际编程中，处理 IO 可不能马虎。
要是不小心弄错了，那程序可能就会出乱子，就像搭积木没搭稳，一下子全倒了！所以说啊，IO 基础知识点虽然看似复杂，但只要咱们用心去理解，就像掌握一门新的语言一样，多练习多琢磨，就能运用自如啦！总之，IO 是计算机世界中非常重要的一环，掌握好它，咱们就能让计算机更好地为我们服务，创造更多的精彩！。
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计算机组成原理
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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
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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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）
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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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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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。
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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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
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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
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
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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
7
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）
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准和规则
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
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பைடு நூலகம்
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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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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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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