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计算机组成原理-第七章输入/输出系统【期末复习|考研复习】

news 来源：原创 2024/5/13 16:15:39

前言

总结整理不易，希望大家点赞收藏。

给大家整理了一下计算机组成原理中的重点概念，以供大家期末复习和考研复习的时候使用。
参考资料是王道的计算机组成原理和西电的计算机组成原理。

计算机组成原理系列文章传送门：
第一/二章概述和数据的表示和运算
第三章存储系统
第四章指令系统
第五章中央处理器
第六章总线
第七章输入/输出系统

文章目录

前言
第七章输入/输出系统
- 7.1 I/O系统基本概念
- 7.2 I/O接口
- - 7.2.1 I/O接口的基本结构
  - 7.2.2 I/O端口的编址方式：
- 7.3 DMA方式和中断方式的区别：
8 练手题
- 8.1
- 8.2
- 8.3
- 8.4
- 8.5
总结

第七章输入/输出系统

7.1 I/O系统基本概念

I/O控制方式主要有一下4种：
1）程序查询方式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息
2）程序中断方式：只在I/O设备准备就绪并向CPU发出中断请求时才予以响应
3）DMA方式：主存和I/O设备间有一条直接数据通路，当主存和I/O设备交换信息时无需调用中断服务程序.
4）通道方式：在系统中设有通道控制部件，每个通道都挂接若干外设，主机在执行I/O命令时，只需启动有关通道，通道将执行通道程序，从而完成I/O操作。

7.2 I/O接口

I/O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）信号格式的转换。
5）传送控制命令和状态信息。

7.2.1 I/O接口的基本结构

内部接口：内部接口与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连，数据的传输方式只能是并行传输
外部接口：外部接口通过接口电缆与外设相连，外部接口的数据传输可能是串行方式，因此I/O接口需具有串/并转换功能。

7.2.2 I/O端口的编址方式：

1）统一编址，又称存储器映射方式，是指把I/O端口当做存储器的单元进行地址分配，这种方式CPU不需要设置专门的I/O指令，用统一的访存指令就可以访问I/O端口。
优点：需要设置专门的I/O指令，更灵活。缺点：占用存储器地址，内存容量变小，执行速度慢
2）独立编址，又称I/O映射方式，是指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
优点：I/O指令和存储器指令有明显区别，程序更清晰。缺点：I/O指令少，一般只能对端口进行传送操作。增减控制的复杂性。

7.3 DMA方式和中断方式的区别：

1）中断方式是程序的切换，需要保护和恢复现场；而DMA方式除了预处理和后处理，其他时候不占用CPU的任何资源。2）对中断请求的响应只能发生在每条指令执行完毕时（即指令的执行周期之后）；而对DMA请求的响应可以发生在每个机器周期结束时（在取指、间址、执行周期之后均可），只要CPU不占用总线就可以被响应。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，故数据传输速率非常高，适合于高速外设的成组数据传送。4）DMA请求的优先级高于中断请求。5）中断方式具有对异常事件的处理能力，而DMA方式仅限于传送数据块的I/O操作。6）从数据传送来看，中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送