第六章——輸入輸出系統

主機和外設之間進行資訊交換一定要通過接口，原因：主機和外設各自具有自己的工作特點，它們在資訊形式和工作速度上具有很大的差異，接口正是為了解決這些差異而設定的

1： 主機和外設之間交換的資訊

1） 資料資訊

2） 控制資訊

3） 狀态資訊

4） 聯絡資訊——決定不同工作速度的外設和主機之間交換資訊的最佳時刻

5） 外設識别資訊——使得主機能準确選擇進行資訊交換的裝置

2： 接口的功能

1） 實作主機和外設的通信聯絡控制

2） 進行位址譯碼和裝置選擇

3） 實作資料緩沖

4） 資料格式的變換

5） 傳遞控制指令和狀态資訊

3：接口的組成

1） 資料端口：存放資料資訊的寄存器

2） 指令端口：存放控制指令的寄存器，隻能寫，将CPU的各種控制指令發送給外設

3） 狀态端口：存放狀态資訊的寄存器，隻能讀，将外設的狀态标志送到CPU中去

注意：端口都是寄存器

4：端口位址編址方式

1） 獨立編址：主存位址空間和I/O端口位址空間是相對獨立的，分别單獨編址；在指令系統中必須設定專門的I/O指令

2） 統一編址

        每個外設至少有兩個寄存器：控制狀态寄存器和資料緩沖寄存器

5：輸入輸出資訊傳送控制方式

1） 程式查詢方式——程式直接控制，輸入和輸出完全通過CPU執行程式來完成；但外設和主機不能同時工作，各外設之間也不能同時工作

2） 程式中斷方式——外設做好輸入輸出準備時，就向主機發送中斷請求，主機響應中斷進行處理；當外設數目較多時，中斷請求過分頻繁，可能使CPU應接不暇，造成資訊丢失

3） 直接存儲器存取方式——在主存和外設之間開辟直接的資料通路，隻能進行簡單的資料傳送操作；在資料塊傳送的起始和結束時還需要CPU及中斷系統進行預處理和後處理

4） I/O通道控制方式——通道是一個具有特殊功能的處理器，能獨立地執行通道程式，産生相應的控制信号，實作對外設的統一管理和外設與主存之間的資料傳送；但它需要在CPU的I/O指令指揮下才能啟動、停止或改變工作狀态；一次資料傳送（注意和3中資料塊的差別），隻打擾CPU兩次（啟動和停止）

6：程式查詢方式——CPU執行一段程式不斷的查詢I/O裝置是否準備就緒

      至少有兩個寄存器：資料緩沖寄存器（資料端口），狀态寄存器（狀态端口）

7：中斷——計算機執行現行程式的過程中，出現某些急需處理的異常情況和特殊請求，CPU暫停中止現行程式，而轉去對随機發生的更緊迫的事件進行處理，在處理完畢後，CPU将自動傳回原來的程式繼續執行

1） 中斷基本類型：自願中斷和強迫中斷，程式中斷和簡單中斷，内中斷和外中斷（CPU内部和外部），向量中斷和非向量中斷，單重中斷（不能被打斷）和多重中斷（可以轉去執行更高的中斷請求）

2） 中斷請求信号的傳送：獨立請求線（每個中斷源單獨設定中斷請求線），公共請求線（共用一條請求線），二維結構（同一級别的共用一條，不同級别的使用不同請求線）

3） CPU響應中斷的條件：接收到中斷請求信号、允許中斷、一條指令執行完畢

4） 中斷隐指令——CPU響應中斷後，轉去執行中斷服務程式，這些操作由硬體直接實作，稱為中斷隐指令

        儲存斷點、暫不允許中斷、引出中斷服務程式

5） 中斷屏蔽——用程式方式有選擇的封鎖部分中斷

中斷全過程——中斷請求、中斷判優、中斷響應、中斷處理、中斷傳回

8：DMA方式——DMA控制器接管CPU的位址總線、資料總線和控制總線，CPU的主存控制信号被禁止使用

      DMA控制器的組成

1） 主存位址控制器：用來存放待交換資料的主存位址，初始值是主存緩沖區的首位址，每傳送一個資料，将位址計數器加1

2） 傳送長度計數器：用來記錄傳送資料塊的長度，初始值為傳送資料的總字數或總位元組數，每傳送一個字或一個位元組，計數器自動減1，為0時表示資料全部傳送完畢

3） 資料緩沖寄存器：用來暫存每次傳送的資料

4） DMA請求觸發器

5） 控制/狀态邏輯：用于指定傳送方向，修改傳送參數等

6） 中斷機構：當一個資料塊傳送完畢後出發中斷機構

DMA控制器與CPU采用以下3種方法使用主存

1） CPU停止通路主存法——DMA操作期間，CPU處于保持狀态，停止通路主存

2） 存儲器分時法——一個存取周期分成兩個時間片，一片分給CPU，一片分給DMA

3） 周期挪用法

9：通道控制方式與DMA方式的差別

1） DMA控制器是通過專門設計的硬體控制邏輯來實作對資料傳送的控制；而通道則是一個具有特殊功能的處理器，具有自己的指令和程式

2） DMA控制器隻能控制一台或少數幾台同類裝置；而一個通道則可以同時控制許多台同類或不同類的裝置