第六章——输入输出系统

主机和外设之间进行信息交换一定要通过接口，原因：主机和外设各自具有自己的工作特点，它们在信息形式和工作速度上具有很大的差异，接口正是为了解决这些差异而设置的

1： 主机和外设之间交换的信息

1） 数据信息

2） 控制信息

3） 状态信息

4） 联络信息——决定不同工作速度的外设和主机之间交换信息的最佳时刻

5） 外设识别信息——使得主机能准确选择进行信息交换的设备

2： 接口的功能

1） 实现主机和外设的通信联络控制

2） 进行地址译码和设备选择

3） 实现数据缓冲

4） 数据格式的变换

5） 传递控制命令和状态信息

3：接口的组成

1） 数据端口：存放数据信息的寄存器

2） 命令端口：存放控制命令的寄存器，只能写，将CPU的各种控制命令发送给外设

3） 状态端口：存放状态信息的寄存器，只能读，将外设的状态标志送到CPU中去

注意：端口都是寄存器

4：端口地址编址方式

1） 独立编址：主存地址空间和I/O端口地址空间是相对独立的，分别单独编址；在指令系统中必须设置专门的I/O指令

2） 统一编址

        每个外设至少有两个寄存器：控制状态寄存器和数据缓冲寄存器

5：输入输出信息传送控制方式

1） 程序查询方式——程序直接控制，输入和输出完全通过CPU执行程序来完成；但外设和主机不能同时工作，各外设之间也不能同时工作

2） 程序中断方式——外设做好输入输出准备时，就向主机发送中断请求，主机响应中断进行处理；当外设数目较多时，中断请求过分频繁，可能使CPU应接不暇，造成信息丢失

3） 直接存储器存取方式——在主存和外设之间开辟直接的数据通路，只能进行简单的数据传送操作；在数据块传送的起始和结束时还需要CPU及中断系统进行预处理和后处理

4） I/O通道控制方式——通道是一个具有特殊功能的处理器，能独立地执行通道程序，产生相应的控制信号，实现对外设的统一管理和外设与主存之间的数据传送；但它需要在CPU的I/O指令指挥下才能启动、停止或改变工作状态；一次数据传送（注意和3中数据块的区别），只打扰CPU两次（启动和停止）

6：程序查询方式——CPU执行一段程序不断的查询I/O设备是否准备就绪

      至少有两个寄存器：数据缓冲寄存器（数据端口），状态寄存器（状态端口）

7：中断——计算机执行现行程序的过程中，出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，CPU暂停中止现行程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理，在处理完毕后，CPU将自动返回原来的程序继续执行

1） 中断基本类型：自愿中断和强迫中断，程序中断和简单中断，内中断和外中断（CPU内部和外部），向量中断和非向量中断，单重中断（不能被打断）和多重中断（可以转去执行更高的中断请求）

2） 中断请求信号的传送：独立请求线（每个中断源单独设置中断请求线），公共请求线（共用一条请求线），二维结构（同一级别的共用一条，不同级别的使用不同请求线）

3） CPU响应中断的条件：接收到中断请求信号、允许中断、一条指令执行完毕

4） 中断隐指令——CPU响应中断后，转去执行中断服务程序，这些操作由硬件直接实现，称为中断隐指令

        保存断点、暂不允许中断、引出中断服务程序

5） 中断屏蔽——用程序方式有选择的封锁部分中断

中断全过程——中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回

8：DMA方式——DMA控制器接管CPU的地址总线、数据总线和控制总线，CPU的主存控制信号被禁止使用

      DMA控制器的组成

1） 主存地址控制器：用来存放待交换数据的主存地址，初始值是主存缓冲区的首地址，每传送一个数据，将地址计数器加1

2） 传送长度计数器：用来记录传送数据块的长度，初始值为传送数据的总字数或总字节数，每传送一个字或一个字节，计数器自动减1，为0时表示数据全部传送完毕

3） 数据缓冲寄存器：用来暂存每次传送的数据

4） DMA请求触发器

5） 控制/状态逻辑：用于指定传送方向，修改传送参数等

6） 中断机构：当一个数据块传送完毕后出发中断机构

DMA控制器与CPU采用以下3种方法使用主存

1） CPU停止访问主存法——DMA操作期间，CPU处于保持状态，停止访问主存

2） 存储器分时法——一个存取周期分成两个时间片，一片分给CPU，一片分给DMA

3） 周期挪用法

9：通道控制方式与DMA方式的区别

1） DMA控制器是通过专门设计的硬件控制逻辑来实现对数据传送的控制；而通道则是一个具有特殊功能的处理器，具有自己的指令和程序

2） DMA控制器只能控制一台或少数几台同类设备；而一个通道则可以同时控制许多台同类或不同类的设备