第十章 输入输出系统分析

SCSI
Modem
打印机
将速度较低的 I／O 设备从总线上分出去， 而形成系统总线与 I／O 总线分开的结构
11/2/2018 5
3、三总线
主存
CPU Cache/桥 系统总线
高速总线
视频 网络
SCSI
P1394
扩展总线接口
扩展总线
串口
11/2/2018
Modem
FAX
6
• 总线结构对计算机系统性能的影响 三个方面： 1，影响最大存储容量。
总线的组织方法
1、单总线
所有模块都连接到单一总线上， 总线类型有地址线、数据线、 控制线和电源／地线。
CPU
主存
I/O1
……………
I/On
单总线具有结构简单便于扩充等优点，但由于总线的共享会成为瓶颈。
11/2/2018 4
2、双总线
CPU Cache
…………… 主存
系统总线
扩展总线接口
扩展总线
网络
通道具有自己的指令系统实现数据传送的操作，是已具备处理机功能的设 备。它仅仅是面向外围设备的控制和数据的传送。指令也是简单的几条与 I/O操作相关的命令。它要在CPU的I/O指令下启动、停止或改变工作状态。 还可以完成码制转换、数据的纠错等任务。一个通道可控制多台外设.
（5）外围处理机方式：
外围处理机可以完成码制转换、格式处理、数据块的检错、纠错等操作， 还可以用作维护、诊断、通信控制、系统工作情况显示和人机联系等任务。 外围处理机基本上独立于主机工作。在有些大型集中，外围处理机可以选 择小型通用计算机，分担I/O控制,通讯,维护等.使得计算机系统结构有了质 的飞跃，由功能集中式发展为功能分散的分布式系统。
单总线结构决定输出端口占用地址空间
2，影响指令系统
多总线结构，对应访存总线，和系统总线有不同指令
3，影响系统吞吐量
吞吐量：系统流入，处理，流出信息的速度 CUP 与 存贮 ，存贮 与 外设 存储器的访问周期和方式 决定着吞吐量，上述两个组信息交换渠道的相对独立可 大大提高吞吐量 11/2/2018 7
3、出错处理 自动纠错：接收部件具有自纠错能力。 发出“出错”信号：无自动纠错能力的但可发现出错的部件， 向CPU发出“数据出错”信号。做中断处理。
4、总线驱动(负载能力)：常使用三态门输出电路
10.5.3 总线举例：
11/2/2018
9
1、PCI总线
外围部件互连总线 (peripheral component interconnect) 局部总线。
10.5.2 总线组成： 总线需要总线控制线路来协调信息的传送，设有判优选则 ，避免多个部件同时发送信息，需要对信息传送定时，防 止信息丢失。
1、总线判优控制：为了保证在同一时刻只能有一个申请者使用总线所 设置的控制机构。 总线判优控制方法类型：
（1）、集中式总线控制：总线控制逻辑基本上集中于一个设备。 （例如CPU） （2）、分布式总线控制：总线控制逻辑分散在连接总线的各个 部件或设备中。 总线优先权仲裁方式： 总线可用
（2）程序中断传送方式：
程序中断传送方式中，外围设备启动后，CPU会继续执行原来的程 序，当外围设备完成数据传送准备工作后，会向CPU发出“中断请求” ，CPU接到请求后，若可以停止现行程序的运行，则会在一条机器 指令执行完成后，响应此中断请求，转而执行对应的“中断服务程序” 完成数据传送。传送完毕仍返回原来的程序。 程序中断传送方式中，CPU与外设间体现了某种程度的并行工作。 当多个外围设备发出“中断请求”，CPU可以按预先规定的优先次序 处理多台外围设备的数据传送。也实现了多台外围设备并行工作。 系统效率大大的提高。
10.1.2 输入输出设备数据传送控制方式
（1）程序直接控制方式：
(五种控制方式)
程序中安排一段由输入输出指令和其他指令组成的程序段直接控制 设备工作。 程序直接控制方式简单，但CPU和外围设备只能串行工作，由于两 者之间的速度差别很大，所以CPU会在花费大量时间处于等待、空 闲状态，使得系统效率很低。
2
11/2/2018
（3）直接存储器存取方式(DMA)：
直接存储器存取(DMA)：外围设备与主存之间设置的直接的数据传送机制。 DMA控制器与CPU都是可以控制使用总线的“主设备”，DMA用来在主存与 外围设备之间传送数据块，采取“CPU暂停”、“直接访问存储器工作方式” 方法。
（4）I/O通道控制方式：(”通道”专用词)
11/2/2018 3
10.5 总线结构(BUS)
总线：计算机系统大多采用模块结构,各个模块之间传送信息的通路。 总线必须含有两个以上的源部件（发送）和一个或多个目的 部件（接收）组成。 10.5.1 总线类型： 计算机内部各模块间的总线，例如：ISA总线、EISA总线、STD总线、 PCI总线等。 计算机系统之间或系统与外围设备之间的总线，例如：RS232C 串行总线.IEEE--488
第十章 10.1 概述
பைடு நூலகம்
输入输出系统
10.1.1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能 •输入输出设备的编址：对输入及输出设备进行寻址和选择而规定的地址码。 地址码亦称设备号或设备代码。 •输入输出设备的寻址方式： （1）专用的输入输出指令，其地址码字段指出输入输出设备的设备代码。 （2）使用主存访问指令执行输入输出，从主存的地址空间分出一部分地 址码作为输入输出设备的设备代码。 •设备控制器(适配器或接口)的基本功能： （1）总体说:实现主机和外围设备之间的数据传送转换及控制。 （2）实现数据缓冲，使主机与外围设备之间速度匹配。 （3）接受主机命令，提供设备接口的状态，并按照主机的命令控制设备。 •输入输出接口类型： （1）并行与串行接口： 接口与主机间都是并行的数据传输 （2）不同的传输控制方式 ①程序控制输入输出接口 ②程序中断输入输出接口. ③直接存储器存取(DMA)接口。 1 11/2/2018
总 线 控 制 器
11/2/2018
部件 0
部件 1
部件 n-1
离控制器 近优先
总线请求
总线忙
8
2、总线通信 总线通信可用采取的传送方式：
（1）、同步通信：时钟通常是由CPU发出的，送至总线上所有部件。 经过一段固定时间，本次总线传送周期结束，开始 下一个新的总线传送周期。 （2）、异步通信：利用数据发送部件和接收部件之间的相互“握手”信 号来实现总线数据传送。