计算机组成原理第5章 输入输出系统
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机组成原理第5章 输入输出系统相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
教材基于《计算机组成原理 第3版》 ——唐朔飞
概述
输入输出系统的发展概况
计算机组成原理期末复习必备知识点大全——第五章（输入输出系统）
前文导读：
一、概述
1）输入输出系统的发展
输入输出系统发展共经历4个阶段：
早期阶段→接口模块和DMA阶段→通道阶段→I/O处理机阶段
1.早期阶段：CPU和外设分散连接、串行工作、耦合性强，机器速度慢、价格高。
2.接口模块和DMA阶段：具有总线模式，主机通过各种接口连接外设，具有中断或DMA功能。
3.通道阶段：
通道是用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之间交换信息的部件，可视为从属于CPU的专用处理器。
通道具有专门指令，能独立执行由通道指令编写的输入输出程序。
4.I/O处理机阶段： 外围处理机又称为I/O处理机，独立于主机工作，除了具备通道功能之外，还具备码制转换、格式处理、数据校验等功能。
2）输入输出系统的组成
输入输出系统由I/O软件和I/O硬件组成两部分组成。
3）I/O设备与主机的联系方式
I/O设备编址方式：
统一编址： I/O占用存储器地址空间，无须专门的I/O指令。减少了存储器最大容量。采用不同地址码来区分访问对象。
独立编址： I/O地址与存储器地址分开，采用专门指令来访问I/O。不占用主存容量。采用不同指令形式来区分访问对象。
设备寻址：每台设备都有设备号，启动设备时，由I/O指令的设备码字段直接指出设备号，经接口中的设备选择电路选中设备。
传送方式：
并行：多位同时传送，需要多条数据线，速度快。
串行：一条数据线和一条地线，逐位传送，速度慢，适用于远距离传送。
4）I/O设备与主机信息传送控制方式
程序查询方式：CPU和I/O串行工作， I/O工作时CPU原地踏步。
中断方式：CPU和I/O部分并行工作，在中断服务子程序中完成数据的传送。
中断程序消除了CPU原地踏步的情况，但是，CPU在响应中断请求后，必须暂停现程序，转而去执行中断服务子程序，消耗了CPU资源，并且，中断处理过程是有开销的。
DMA方式：在主存和I/O之间建立数据传送的直接通道，由DMA控制器来完成信息传送，不需要中断CPU的运行。进一步提高了CPU和I/O的并行程度。
周期窃取：若出现DMA和CPU同时访问主存，CPU总是将总线占有权让给DMA，通常把DMA的这种占有称为窃取或挪用。窃取的时间一般是一个存取周期，所以称为窃取周期。
三种方式比较：
通道方式：
外围处理机方式：
二、I/O设备
三、I/O接口
接口可以看做两个系统或部件之间的交接部分，它既是两种硬件设备之间的连接电路，也可以看做两个软件之间的共同逻辑边界。
每一台I/O设备都是通过I/O接口挂到系统总线上的。I/O总线包括数据线、设备选择线、命令线和状态线。
I/O接口的基本组成
数据线：数据线是I/O设备与主机之间数据代码的传输线。
设备选择线：设备选择线是用来传送设备码的。
命令线：命令线主要是用以传输CPU向设备发出的各种命令信号。
状态线：状态线是将I/O设备的状态向主机报告的信号线。
程序查询方式
程序查询方式的核心问题在于每时每刻需不断查询I/O设备是否准备就绪。
传送一个数据的流程
程序中断方式
中断 ：计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，CPU停止现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的断点处，继续执行原程序，这就是中断。
中断接口电路：
INTR 中断请求触发器 INTR=1有请求
MASK中断屏蔽触发器 MASK=1被屏蔽
D 完成触发器
例题：结合程序中断方式，简要说明I/O设备向CPU提出中断请求的条件
没有中断屏蔽信号mask=0,收到来自CPU中断查询，d触发器为1，设备工作结束
程序中断方式接口电路的基本组成
CPU响应中断的条件和时间
条件：CPU允许中断：中断允许触发器EINT=1。（开中断、关中断指令可以改变EINT）
相关中断的掩码（MASK）为0
时间：每条指令执行结束（CPU发出中断查询信号（将INTR置1））
中断处理的五个阶段：
中断请求：INTR
中断判优：链式排队
中断响应：INTA，得到中断号
中断服务：根据中断号查中断向量表，得到中断入口地址，跳转到中断服务程序
中断返回：从中断服务程序中返回到源程序继续执行
中断服务程序流程
保护现场
断点保护： 中断隐指令完成
保存寄存器值：进栈指令
中断服务：（视情形开中断）
恢复现场
出栈指令
中断返回
中断返回指令
单重中断与多重中断
单重中断：不允许中断现行的中断服务程序
多重中断（中断嵌套）：允许更高级别的中断源中断现行的中断服务程序
DMA方式
DMA访问主存有三种可能：
CPU此时不访存：总线立刻交给DMA
CPU此时正访存：CPU访存结束后总线立刻交DMA
CPU与DMA同时请求访存：总线交DMA
以上是关于计算机组成原理第5章 输入输出系统的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章