第七章-IO系统

I/O接口：又称为I/O控制器、设备控制器，负责协调主机与外部设备之间的数据传输

I/O控制方式

• 程序查询方式（独占查询、定时查询）
  • 优点：接口设计简单、设备量少
  • 缺点：CPU在信息传送过程中要花费很多时间用于查询和等待，而且在一段时间内只能和一台外设交换信息，效率大大降低
• 程序中断方式
• DMA方式:
  • 预处理
  • 数据传送
  • 后处理
• 通道方式

I/O接口

• 数据缓冲：通过数据寄存器打到主机和外设工作速度的匹配
• 错误或状态检测：通过状态寄存器反馈设备的各种错误、状态信息，供CPU查用
• 控制和定时：接受从控制总线发来的控制信号、时钟信号
• 数据格式转换：串-并、并-串等格式转换
• 与主机和设备通信：实现主机-I/O接口-I/O设备之间的通信

部件：

• 数据线：读写数据、状态字、控制字、中断类型号
• 地址线：指明I/O端口
• 控制线：读/写I/O端口地信号、中断请求信号

端口及编址：

1. 统一编制：把I/O端口当作存储器的单元进行地址分配，用统一的访存指令就可以访问I/O端口，又称为存储器映射方式（靠不同的地址吗区分内存和I/O设备）
   • 优点：不需要专门的输入/输出指令，所有访存指令都可直接访问端口，程序设计灵活性高、端口有较大的编制空间、读写控制逻辑电路简单
   • 缺点：端口占用了主存地址空间，使主存地址空间变小，外设寻址时间长
2. 独立编址：I/O端口地址与存储器地址无关，独立编址CPU需要设置专门的输入/输出指令访问端口，又称I/O映射方式（靠不同的指令区分内存和I/O设备）
   • 优点：使用专用I/O指令，程序编址清晰；I/O端口地址位数少，地址译码速度快；I/O端口的地址不占用准村地址空间
   • 缺点：I/O指令类型少，一般只能对端口进行传送操作，程序设计灵活性差；需要CPU提供存储器读/写、I/O设备读/写两组控制信号，增加了控制逻辑电路的复杂性

DMA方式和中断方式的区别：

1. 中断方式是程序的切换，需要保护和回复现场；而DMA方式不中断现行程序，无需保护现场，除了预处理和后处理，其他时候不占用任何CPU资源
2. 对中断请求的响应只能发生在每条指令执行结束时；而对DMA请求的响应可以发生在任意一个机器周期结束时
3. 中断传送过程需要CPU的干预；而DMA传送过程不需要CPU的干预，因此数据传送速率非常高，适合于高速外设的成组数据传送

DMA与CPU请求总线的优先级对比：

• DMA请求的优先级高于中断请求
• 中断方式具有处理异常事件的能力，而DMA方式仅限于大批数据的传送
• 从数据传送来看，中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送