计算机系统基础：输入输出技术知识笔记

              

1、内存与接口的编址方式

1.1 内存和接口地址独立编址方法

内存地址和接口地址是两个完全独立和相互隔离的地址空间。访问数据的指令也不同，接口只有读写指令，其余都是内存指令。

特点：接口和内存指令容易区分，但接口指令太少、功能太单一了。

1.2 内存和接口地址统一编址方法

内存地址和接口地址在一个公共的地址空间。其中一部分划给接口使用，其余地址给内存单元使用。分配的地址空间只能给自己使用，比如内存单元分配的地址空间，只允许给内存单元使用。

特点：内存的指令可以全部用于接口。不区分内存指令和接口指令；缺点：内存地址不连续，原因是整个地址空间被分为两部分。

2、程序的控制方式

在完成外设数据输入输出时，整个过程由CPU执行程序进行控制的。分为两种控制方式。

2.1 无条件传送

外设提前准备好，随时可以无条件接收CPU发来的数据、无条件向CPU提供要输入的数据。

2.2 程序查询方式

通过CPU查询程序判断外设是否准备好接收数据或向提供CPU要输入的数据。如果满足条件则执行相应的动作。

缺点:

1、降低了CPU的效率：因为CPU需要不停的对外设的状态进行查询。

2、对外部的突发事件无法做出实时响应：CPU必须等待I/O系统完成传输任务，在此期间需要定时查询I/O系统的状态，确认数据传输是否完成。

3、中断方式

3.1 工作流程

I/O系统和外设交换数据时，CPU无需等待和查询I/O的状态，可以处理其他任务。当I/O设备准备好后，发送中断通知给CPU，CPU接收到中断信号，保存当前执行的任务，转入I/O中断服务程序的执行，完成和I/O系统的数据传输任务，然后再返回中断之前的任务。因为省掉了CPU等待的问题，所以效率较高。

              

3.2 中断处理的方法

1、多中断信号法

每一个中断源都有属于自己的一条中断请求信号向CPU提出中断请求。

2、中断软件查询法

通过中断服务程序去轮询每个中断源确认是哪个发起了中断请求。然后根据优先级进行响应处理。

3、菊花链法

改进了软件查询方法。本质是硬件查询法。所以的I/O模块共享一根共同的请求线，中断信号以链式的方式在各个模块相连。

4、总线仲裁法

I/O发出中断请求之前，由总线获得控制权，然后由总线的仲裁机制决定谁可以发出中断信号请求。

5、中断向量法

中断向量表用来保存各个中断源服务的入口地址。

              

3.3 中断优先级控制

在具有多个中断源的计算机当中，需要根据中断源的紧迫程度不同，根据轻重缓急进行安排中断的执行顺序。

1、当多个中断请求同时发出中断请求，CPU根据优先级决定先响应哪一个。

2、当CPU正在执行某个中断请求时，来了一个比它优先级高的中断请求。CPU应暂停当前中断请求，去执行优先级高的请求。完成后再返回被暂停的中断请求。也被称为中断嵌套。

4、DMA 直接存取方式

DMA指的是内存与I/O设备之间直接块传送，不需要CPU干涉，只需要CPU传输之前(发送一条传数据指令)、传输结束（CPU根据轮询或中断判断过程是否结束和下次操作是否准备就绪）。DMA硬件直接执行传输任务。CPU可以处理别的任务。

              

5、 通道方式和外围处理机方式

5.1 通道方式

通道是一个具有特殊功能的处理器被称为输入输入处理器（IOP），它承担了CPU的一部分功能，实现了对 外围设备的统一管理，完成外围设备和主存直接的数据传送。

通道方式大大提高了CPU的工作效率，但需要增加硬件成本。

5.2 外围处理机

外围处理机(PPU) 它根据主机的I/O指令完成对外围设备的输入和输出。

 

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标签：计算机系统,中断,输入输出,接口,笔记,中断请求,地址,内存,CPU
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