【北邮本科课件 计算机组成原理】第8章 输入输出系统
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计算机组成原理第八章输入输出系统1. 概述输入输出系统是计算机的重要组成部分,它负责处理计算机与外部设备之间的数据交换。
本文将介绍计算机组成原理第八章输入输出系统的相关内容。
2. 输入输出系统的基本概念输入输出系统是计算机与外设之间数据传输和控制的桥梁。
它由输入和输出两部分组成。
输入系统负责将外设传输的数据转换为计算机可识别的形式,输出系统则将计算机处理的数据转换为外设可识别的形式。
输入输出系统通常由输入输出设备、输入输出接口和输入输出控制器组成。
输入输出设备包括键盘、鼠标、扫描仪等,输入输出接口实现设备与计算机之间的数据传输,输入输出控制器负责控制输入输出接口的工作。
3. 输入输出系统的工作原理输入输出系统的工作可以分为五个阶段:命令传递、数据传送、缓冲操作、中断处理和错误处理。
命令传递阶段是指计算机向输入输出设备发送控制信息,包括读写命令、纠错命令等。
数据传送阶段是指计算机将数据从存储器传送到输入输出设备或将输入输出设备的数据传送到存储器。
缓冲操作阶段是指输入输出设备与计算机之间的数据缓冲区进行数据交换,以提高数据传输效率。
中断处理阶段是指在输入输出过程中,若发生异常情况会触发中断并由中断处理程序进行处理。
错误处理阶段是指在输入输出过程中,若发生错误会进行相应的错误处理操作。
4. 输入输出系统的分类输入输出系统可以根据数据传输方式进行分类,常见的分类有程序控制输入输出和直接存储器访问输入输出。
程序控制输入输出是指计算机通过控制程序来实现输入输出设备的数据传输和控制。
它的优点是控制灵活、适用范围广,但缺点是效率低,对计算机性能有较大的影响。
直接存储器访问输入输出是指计算机通过专门的输入输出控制器直接与存储器进行数据交换。
它的优点是效率高,不会对计算机性能产生较大影响,但缺点是硬件复杂,需要专门的输入输出控制器支持。
5. 输入输出系统的性能指标输入输出系统的性能指标主要包括响应时间、吞吐量和可靠性。
第八章输入输出系统8.1输入输出设备的编址方式8.2 总线结构8.2.1 概述总线是传送信息的通路,在计算机系统中使用的总线可分成3类:(1)计算机系统中各部件内部传送信息的通路。
例如:运算器内部寄存器与寄存器之间、寄存器与算术逻辑运算单元(ALU)之间的传送通路,通常称之为内部总线。
(2)计算机系统中各部件之间传送信息的通路。
例如CPU与主存储器之间,CPU与外设端口之间传送信息的通路,通常称之为“系统总线”。
(3)计算机多机系统内部各计算机之间传送信息的通路,通常称之为“机间总线”或“多机总线”。
本节中讨论的主要是CPU与外设接口之间的系统总线,又可称作输入输出总线,简称I/O总线。
提到总线,人们马上会想到它由许多条传输线构成,这些传输线的总条数称作总线的宽度,连接在一条总线上常常有多个设备或部件,因此常被称作共享总线或分时总线。
因为不管一条总线上连接了多少个设备,任何时候只能有两个设备利用总线进行通信,一是信息发送者,一是信息接收者。
于是就应该有一个部件来确定当前总线由哪两个设备来使用。
如果有多个部件申请使用总线时,还应该由它根据申请者的优先级别来确定使用总线的优先次序,所有这些功能要由总线控制逻辑来完成。
因此总线应该是由一定数量的传输线和总线控制器两部分构成。
总线控制器可以是集中式的,集中在某个部件内部,也可以是分散式的,分散在共享总线的多个部件中。
8.2.2总线的控制方式以集中式总线控制方式为例来说明常用的3种总线控制与仲裁方式。
1.串行链式查询方式采用串行链式查询方式来实现判优功能的连接图如图8-3所示。
从图8-3中可以看出,该总线上连接着多个部件,对各个部件来说,除了共享数据总线和地址总线外,还有3条控制线(构成控制总线):总线请求信号线(BR)、总线忙信号线(BS)和总线认可信号线(BG)。
由于总线认可信号线对共享总线的多个部件来说形成了一条串行的链,故串行链式查询方式因此而得名。